Varmt och kallt vatten är båda flytande former av H2O, men de har olika densiteter på grund av effekten av värme på vattenmolekyler. Även om densitetsskillnaden är liten har den en betydande inverkan på naturfenomen som havsströmmar, där varma strömmar tenderar att stiga över kalla.
Vattentäthet
Kallt vatten är alltid tätare än varmt vatten; densitetsförändringen uppgår till cirka 4 tiondelar av en procent mellan nästan frysning och 30 grader Celsius (86 grader Fahrenheit). Även om den är liten tillåter skillnaden att varmt vatten "flyter" ovanpå kallt vatten, ett fenomen som uppträder varje dag i världshaven.
Varm vattentäthet
Anledningen till att varmt vatten är mindre tätt än kallt vatten är själva värmen. När värme införs i vatten (från en källa som solen), uppmuntras dess molekyler av energin. De börjar röra sig snabbare, så när de stöter på varandra, studsar de längre bort. Det ökade utrymmet mellan de snabbt rörliga molekylerna minskar densiteten.
Kallvattentäthet
Kallt vatten har större densitet än varmt eftersom dess vattenmolekyler är trögare; vibrationer och rörelser är långsammare och mindre energiska. Molekylerna studsar och tappar varandra mindre, så mer kan passa ihop i ett mindre utrymme. Eftersom de packas ihop tätare är vattentätheten större.
Konvektion av vatten
Eftersom varmt vatten är mindre tätt, när varmt och kallt möts stiger varmt vatten till toppen; forskare kallar detta "konvektion". Denna process skapar ibland en cykel där vatten vid ytan av en sjö värms upp under dagen, sedan svalnar och sjunker på natten, vilket skapar en långsam, kontinuerlig cirkulation från djupet till ytan och tillbaka om igen.
Havsströmmar
Massor av varmt vatten stiger över kallt vatten i världshaven. Med tanke på strömmar sköts varmt, tropiskt vatten mot polerna i en rörelse som ett transportband med kallt vatten under. Klyftan i temperaturer kallas termoklim. Golfströmmen är ett exempel på detta fenomen, och denna cykel för att föra upp varmt tropiskt vatten påverkar också klimatet i stora geografiska områden. London är till exempel inte lika kallt som Calgary, även om det är samma breddgrad, eftersom det drar nytta av Gulf Stream. Havsvatten rör sig dock inte alltid så lugnt. Ibland, när varmt och kallt vatten (och luftmassor) möts är resultatet en storm eller till och med en orkan.