钢针烧过后为什么会变得五颜六色？

中科院半导体所 昨天

以下文章来源于把科学带回家 ，作者万物

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面向未来的科学教育

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来源：把科学带回家

撰文：Mirror

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热牛奶放一会儿为什么会结层皮？


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图源：Pixabay

让热好的牛奶静静呆一会儿，你会发现上面多了层奶皮。

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隔壁小孩都馋哭了



不仅是热牛奶，热豆浆、热粥都有这种结皮的现象。为什么？

 

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牛奶富含乳蛋白质（乳清蛋白、酪蛋白等等）和乳脂，平常它们均匀混合在水里，形成乳浊液。但是蛋白质是怕热的，加热会使蛋白质变性，和脂肪分子凝聚在一起。随着水分从热腾腾的牛奶表面蒸发，奶皮就结成了。所以，奶皮本质上是浓缩的蛋白质和脂肪，是值得保留的营养。
 
热豆浆表面结皮同理，因为豆浆里也有大豆蛋白和油脂。我们平常吃的腐竹就是用热豆浆结的皮制成的，当然，那个豆浆浓度就不是我们在街边喝的稀豆浆能结出来的。

刚从豆浆中捞出的腐竹 | 图源：维基百科


而粥上结的皮，俗称为“米油”。大米等谷物的主要成分是淀粉，加热会发生糊化，生成糊精（淀粉的水解产物）。热粥放一会儿后，表面水分蒸发，糊精就凝固成了粥表面的皮。


       

海水会漏进地壳深处吗？


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江河源源不断地奔流入海，为什么海平面还能保持稳定？地理课上学过的水循环告诉你，海水是会蒸发的。然而，我们却忽略了海底还存在着“下水口”。
 
在过去亿万年间，由于地壳活动，已经有大量海水涌入地下，甚至深入地幔。2019年，科学家通过计算机模拟得出，1.5亿年前的超大陆分裂导致海平面下降多达130米。
 
这些漏掉的海水又何去何从？一部分海水会通过海底水循环系统，比如海底火山喷发和海底热泉，回归大海，但是大部分都会被困在地下。
 
有这样的“下水口”存在，气候变暖导致的海平面上升问题是不是就有救了？要知道人类工业活动才不到300年，如今的海平面已经在以3.2毫米每年的速度上升，而海底漏水降低海平面的速度只有它的万分之一。



为什么很多动物是每掌5趾？


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从我们灵长类，到猫、狗、鼠、蛙，四足动物的爪掌普遍是5趾，或是在5趾的基础上有退化或衍生结构。


四足动物的趾头数 | 图源：Monroe W. Strickberger, Evolution, Third Edition, © 2000, 1996, 1990: Jones and Bartlett Publishers, Sudbury, MA.


追溯演化史，四足动物祖先的趾头曾不只5个，3.6亿前出现的棘螈就有8趾，其后出现的鱼石螈是7趾，到图拉螈剩6趾，而现代四足类则以5趾为主，整体呈现出减少的趋势。

四足动物演化后期 | 图源：evolution.berkeley.edu


科学家推测，这可能与四足动物生活环境的变迁有关。最初大家都生活在海里，多些趾头，划起水来更有劲，所以最早上岸的那批四足动物还留有多趾。



登陆之后，四足动物步行就没有划水那么费劲，趾头也渐渐减少了，毕竟丢失比维持和获得更容易，也能少占用点资源。
 
如今大多数四足动物一掌的趾头数都不超过5个。大熊猫和大象的“第6趾”，也只是个“伪拇指”，由名叫籽骨的软骨发育而来。鸟类、有蹄类（如牛、马）的趾头数则退化到1~4个不等。

熊猫的“第6趾”是伪拇指 （蓝）| 图源：Davis, 1964


那为什么5趾是最普遍的？是有什么优势吗？至少跟4趾和6趾比起来，目前并没有充分证据表明5趾就更有优势。
 
一种理论认为，决定趾头数量的基因可能还有其他重要功能，比如和生殖系统发育相关。还有一种理论从力学角度分析，认为以成年人的手指长度计算，每掌5指可以达到最佳的抓握效果。
 
不过也不排除，我们的趾头数量还会继续减少。例如，猫、狗的前掌和鸟类的爪子上都有个不着地的悬趾，那就是退化的趾头。

狗前掌上的悬趾


哆啦A梦：我一个指头都没有，照样比你们强。

大雄：那我们来玩石头剪刀布吧。



钢针烧过后为什么会变得五颜六色？


图源：Pixabay

钢针、钢锅等金属器具经过适当灼烧后，表面就像打散的彩虹般流光溢彩。这种色彩叫做“锖色”，在矿物领域被归为“假色”。它和阳光下泡泡的彩色一样，是一种结构色，背后的原理都是薄膜干涉。

生活中的薄膜干涉现象 | 图源：网络图片组合


被灼烧的金属表面会形成一层氧化膜，光线在这层半透明薄膜的内外侧分别被反射，相遇时如果光波的相位重合（两波同时到达波峰、波谷），它的振幅就会增大，对应可见光颜色变亮；反之，如果相位相反，颜色则变暗。
 
阳光中混合了各种波长的可见光，薄膜干涉的效果主要取决于薄膜的厚度，而薄膜厚度不均，就会出现五颜六色的光泽。
 
金属氧化膜的锖色还可以用来鉴定某些金属矿物，比如斑铜矿表面在空气中自然氧化后会有标志性的蓝紫锖色。

斑铜矿的锖色 | 图源：维基百科






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