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Heißes und kaltes Wasser sind beide flüssige Formen von H2O, haben jedoch aufgrund der Wärmeeinwirkung auf Wassermoleküle unterschiedliche Dichten. Obwohl der Dichteunterschied gering ist, hat er einen erheblichen Einfluss auf natürliche Phänomene wie Meeresströmungen, bei denen warme Strömungen dazu neigen, über kalte zu steigen.
Wasserdichte
Kaltes Wasser ist immer dichter als warmes Wasser; Die Dichteänderung beträgt zwischen dem Gefrierpunkt und 30 Grad Celsius (86 Grad Fahrenheit) etwa 4 Zehntel Prozent. Obwohl der Unterschied gering ist, kann warmes Wasser auf kaltem Wasser "schwimmen", ein Phänomen, das jeden Tag in den Weltmeeren auftritt.
Warmwasserdichte
Der Grund, warum warmes Wasser weniger dicht ist als kaltes Wasser, ist die Wärme selbst. Wenn Wärme an Wasser abgegeben wird (von einer Quelle wie der Sonne), werden seine Moleküle durch die Energie angeregt. Sie bewegen sich schneller, und wenn sie aufeinander prallen, springen sie weiter voneinander weg. Der vergrößerte Abstand zwischen den sich schnell bewegenden Molekülen verringert die Dichte.
Kaltwasserdichte
Kaltes Wasser hat eine größere Dichte als heißes, weil seine Wassermoleküle träger sind. Vibrationen und Bewegungen sind langsamer und weniger energisch. Die Moleküle prallen und drängeln sich weniger, sodass mehr auf kleinerem Raum zusammenpassen können. Weil sie enger zusammengepackt sind, ist die Wasserdichte größer.
Konvektion von Wasser
Da warmes Wasser weniger dicht ist, steigt warmes Wasser nach oben, wenn sich warmes und kaltes treffen. Wissenschaftler nennen dies "Konvektion". Dieser Prozess erzeugt manchmal einen Kreislauf, in dem das Wasser an der Oberfläche eines Sees tagsüber erwärmt wird, nachts abkühlt und sinkt, wodurch eine langsame, kontinuierliche Zirkulation von den Tiefen zur Oberfläche und wieder zurück entsteht.
Meeresströmungen
In den Weltmeeren erheben sich Massen von warmem Wasser über kaltem Wasser. Angesichts der Strömung wird warmes, tropisches Wasser in einer Bewegung wie ein Förderband zu den Polen geschleust, mit kaltem Wasser darunter. Die Temperaturverteilung wird als Thermoklima bezeichnet. Der Golfstrom ist ein Beispiel für dieses Phänomen, und dieser Zyklus der Erwärmung des tropischen Wassers wirkt sich auch auf das Klima in großen geografischen Gebieten aus. London ist zum Beispiel nicht so kalt wie Calgary, obwohl es den gleichen Breitengrad hat, weil es vom Golfstrom profitiert. Das Meerwasser bewegt sich jedoch nicht immer friedlich. Wenn heißes und kaltes Wasser (und Luftmassen) zusammentreffen, ist das Ergebnis manchmal ein Sturm oder sogar ein Hurrikan.