Почему, купаясь летом в открытых водоемах, часто можно обнаружить, что вода у поверхности теплее чем на глубине

Это же обычное явление, называемое конвекцией, то есть в жидкостях и газах, тепло стремится вверх, а холод вниз. Тем самым, летом как мы знаем, купаться идем тогда, когда жарко, во-первых тем самым поверхность нагревается, во-вторых тепло стремится вверх, да еще в-третьих удельная теплопроводность воды не такая-то низкая и не слишком высокая, но она уж больше средней, она равна 4200, то тем самым нагрев воды в водоеме будет долго нагреваться, а на глубине оочень долго будет нагреваться.