不請自來，有幸根據自己所學發表一下拙見！

熱脹冷縮的現象在自然界中廣泛存在，時刻影響著人類的生產，生活活動。以下是我對熱脹冷縮的認識及針對題主提問的個人見解。

熱脹冷縮是指物體受熱膨脹，遇冷收縮的特性。實質上是構成物體的內部粒子的運動會隨著溫度的變化而不斷變化，當物體溫度升高時，內部粒子的運動受到影響，振動更加劇烈，表現在宏觀上就是物質體積增大。溫度降低時，內部粒子振動幅度減小，宏觀上直觀表現為物體體積減小收縮。

人類經過長期的探索，發現了熱脹冷縮的現象，搞清了造成這種現象的原因，並充分應用在人類的生產活動中。比如，溫度計的發明；夏天車胎不能充氣太足，防止溫度升高，氣體膨脹而爆胎；修的水泥公路需要用切割機分割成小段，以防止溫度升高產生的體積膨脹造成大面積的損壞；鐵路鋼軌設計成分段式的以防止鐵軌受熱膨脹損毀及安全事故的發生。以上都是熱脹冷縮的現象及應用。

如題主所說，自然界中的確存在不符合熱脹冷縮規律的現象。比如問題中提到的水，研究表明，水在4℃時的密度最大，也就是說4℃是一個臨界點，溫度升高或降低均會導致其體積增大。據研究這是因為水分子在0-4℃範圍內結合成一種絡合分子，內部粒子大小增加，從而導致宏觀上水體積的增大。另外，還有一些物質與水一樣在一定溫度範圍內也具有冷脹熱縮的特性，比如銻，鉍，鎵和青銅等金屬，這些物質是由於在一定溫度範圍內，溫度升高，內部原子排布更緊密，宏觀上就表現為體積縮小，反之，溫度降低，原子排布疏鬆，宏觀體積反而增大。但是這類物質一旦超出一定溫度範圍，也是符合熱脹冷縮規律的。

水只有在零到十攝氏度之間才會是冷張熱縮，四攝氏度以上才是熱脹冷縮，假如不是如此冬天結冰的時候水會從水面一直凍到海底，所有生命都不應該存在這個世界上啦。

正是因為水在0到4度之間冷張熱縮，低於零度會結冰，冰層會阻止低溫向下傳導，正是因為水的這種特性地球上的生命才得以存在。

水也是隻在0-4度的範圍內出現“熱縮冷漲”的反常現象，而在其他溫度範圍，也是遵循“熱脹冷縮”的規律的。

這跟水分子的特殊結構有關係。