почему вода не замерзает под толстым слоем льда???

отому, что лед в данном случае "работает" как термоизоляция, температура воды, которая непосредственно соприкасается со льдом - 0 градусов, а нижележащие слои имеют уже плюсовую температуру (до +4 градусов) , поэтому толщина льда может нарастать при понижении температуры воздуха за счет этого самого слоя воды, который прилегает ко льду, но вся толща воды (если, конечно, она остаточно большая) не промерзнет. или промерзнет, если только температура воздуха над водоемом будет все время понижаться.

Потому что лед является хорошим теплоизолятором - плохо проводит тепло и холод, вследствие своей кристаллической структуры. Именно поэтому. В вопросе спрашивается, почему вода не замерзает под толстым слоем льда, а не почему вода находится подо льдом.