عندما ينصهر الجليد ينكسر نحو 12% من روابط الهدروجين فقط، وهذا ما يشير إلى أن الماء السائل عند 0°C يحتفظ بجزء كبير من بنية الجليد. ووفقاً لما ذكرناه آنفا، تبقي روابط الهدروجين جزيئات الماء متباعدة عن بعضها البعض، ويكون انكسار الروابط المحدود عند الانصهار كافياً لجعل الجزيئات الإفرادية تقترب من بعضها البعض. وهذا هو سبب كون كثافة الماء عند 0°C أكبر من كثافة الجليد. وحينما يُسخن الماء ضمن مجال طوره السائل، يُؤثّر عاملان متضاربان في كثافته. أحدهما هو حصول مزيد من تكسر روابط الهدروجين (يُقدَّر أن 8% من التكسُّر تحصل بين 0°C و 100°C، وهذا ما يترك 80% من الروابط سليمة في الماء السائل عند غليانه)، وهذا ما يؤدي إلى زيادة الكثافة. والثاني هو أن ازدياد درجة الحرارة يُكسب الجزيئات طاقة حركية أكبر، وهذا ما يؤدي إلى تمدده الحراري ومن ثم إلى انخفاض كثافته ويُهيمن العامل الأول بين 0°C و 4°C، ويُهيمن الثاني بين 4°C و 100°C. وتكون المحصلة النهائية لهما أن كثافة الماء تأخذ قيمتها العظمى عند 4°C تقريباً.

تؤدي علاقات الكثافة تلك إلى أنماط معينة من سلوك الماء في البحيرات وغيرها من التجمعات المائية التي تتعرض إلى تغيرات حرارية موسمية كبرى (الشكل 5.9(في أثناء فصل الصيف الدافئ، تتكون في البحيرات بنية مستقرة ذات هيئة ثلاثية الطبقات (طبقة المياه الدافئة epilimnion ونطاق المنحدر الحراري metalimnion thermocline)، ونطاق المياه الدافئة hypolimnion) مشابهة لتلك الموجودة في المحيطات التي ذكرناها سابقاً وتنخفض درجة الحرارة مع ازدياد العمق في طبقة المياه الدافئة، لكن عمق هذه الطبقة أصغر كثيراً طبعاً من عمق نظيرتها البحرية ويعتمد مقدار تغيرات درجة الحرارة، ومعه سماكات الطبقات الناتجة على درجة حرارة الهواء والعوامل المناخية الأخرى، وعلى حجم وعمق البحيرة.

• وعندما ينتهي الفصل الدافئ، وتنخفض درجات الحرارة مدة طويلة، يُصبح الماء السطحي أكثف من الماء الدافئ الذي تحته، ويؤدي هذا إلى نزوله إلى الأسفل حاملاً معه أكسجيناً ومغذيات طازجة، فيندفع بذلك ماء الأعماق إلى الأعلى. وتسبب سيرورة المزج هذه، التي تسمى بالدوران، حدوث أنشطة كيميائية وحيوية مكروية متزايدة.

• ومع استمرار درجات الحرارة بالانخفاض، وبدء موسم من الصقيع الدائم، يتكون في البحيرة نوع جديد من البنية المستقرة (المعكوسة). ففي فصل الشتاء، يطفو الجليد على السطح، ويقع تحته مباشرة ماء تساوي درجة حرارته 0°C تقريباً، وتزداد درجة الحرارة مع ازدياد العمق حتى تصل إلى قيمة عظمى تساوي 4°C.

• ومع ازدياد درجة الحرارة في الربيع، تحصل جولة أخرى من المزج القوي، وتتكرر الدورة سنوياً.