蝌学有方法丨冻豆腐为啥全是孔？居然和冰川“劈石”有着相同原理

冬天的火锅局上，谁能拒绝一块吸满汤汁的冻豆腐？一口咬下去，滚烫的鲜香在口腔里爆开，软嫩中带着一丝筋道，香得嘞~但你有没有好奇过：明明是光滑紧实的普通豆腐，为啥一冻一化就变成了满身孔洞的模样？其实这个问题的答案，与冰川劈裂岩石有着同样的原理。

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冻豆腐的蜂窝孔之谜

冻豆腐是用普通豆腐冷冻制成的。普通豆腐本身质地柔软，含有大量水分。它的内部并非实心，布满了蛋白质构成的网状结构，网眼之间充满了我们看不见的细小水珠。

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冷冻过程中，豆腐内部气孔中的水逐渐结冰。水结冰时体积会增大9%左右，增大的冰体直接挤压蛋白质网状结构，硬生生把豆腐原本细小的气孔撑大、撑裂。原本独立的小气孔，可能会被冰撑得相互连通，形成更大的空隙。

解冻后，冰融化成水流出豆腐，那些被撑开的空间便保留下来，成为我们看到的蜂窝状孔洞。

简单来说，冻豆腐的蜂窝孔，就是水结冰膨胀“撑”出来的。

水的冰冻膨胀原理

要理解冻豆腐的变化，就不得不提到水的“冰冻膨胀原理”。水是一种很奇妙的物质，它的体积和密度都会随着温度的变化而改变。在4℃时水的密度最大，相同质量下体积最小。当温度继续下降，水分子间由氢键主导，排列逐渐变得有序，水分子在空间上不再致密堆积，导致体积膨胀、密度下降。

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当温度降至0℃以下，水分子会形成一种稳定的六方晶体结构。在这种结构中，每个水分子通过氢键与周围四个分子相连，形成坚固的立体网格。这样的排列方式使分子间留出较多空隙，因此冰的密度比液态水小，体积相应增大约9%。

这就是水结冰时体积膨胀的根本原因，也是冻豆腐形成蜂窝孔与冰川产生冰劈作用的共同物理基础。

冰川的“冰劈作用”

冰川侵蚀岩石的核心原理，与冻豆腐形成蜂窝孔相同，都是水在结冰时体积膨胀所产生的作用。这一地质过程被称为冰劈作用，又称冻融风化、冰楔作用。

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在高海拔、高纬度的寒冷地区，比如青藏高原、北极圈周边，岩石并不是完整无缺的，表面和内部都布满了大大小小的裂隙。这些裂隙就像豆腐里的微小气孔，会积攒雨水、融雪水或者空气中凝结的水分。

到了寒冷的季节，气温降到0℃以下，裂隙里的水就会结冰。和冻豆腐里的冰一样，这些冰的体积会膨胀9%左右，对岩石裂隙的侧壁产生巨大的压力。其压强最高可达960~2000kg/cm²（一个标准大气压强约为1kg/cm2），相当于把一辆小轿车的全部重量，集中压在你的一个指甲盖上。

这样的压力，就算是坚硬的岩石也扛不住，因而岩石裂隙会在冰凝固的过程中慢慢加大加深。

等天气转暖，冰融化成水，那些水会沿着被撑大的裂隙继续向下渗透，进入岩石更深处。在昼夜温差大的地区，这种冻结与融化过程会频繁发生。每一次循环都会使岩石裂隙进一步拓宽、加深。

经过长期反复作用，完整的岩石最终会崩裂成大大小小的岩屑，这就是冰劈作用的全过程。

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冰劈作用不仅能让坚硬的岩石崩裂，还能塑造出各种奇特的地貌。比如在我国内蒙古克什克腾世界地质公园青山景区，那里的花岗岩经过长期的冰劈作用和其他地质作用，形成了许多大小不一的岩臼，就像一个个巨大的石碗；在新疆阿勒泰地区，花岗岩岩丘顶部的“圆坑”也是冰劈作用的产物——岩石表面的小坑积水后反复冻融，慢慢被撑大加深，最终形成了石臼。

冰劈作用在身边

冰劈作用的影响并不局限于遥远的高寒地区，它与我们的日常生活也密切相关。例如，在北方冬季，室外自来水管道有时会冻裂，正是因为管道内的水结冰后体积膨胀，产生的压力超过了管道的承受极限，这本质上就是小范围的“冰劈作用”。

古代劳动人民早已利用这一原理进行采石：冬季向岩石缝隙中灌水，水结冰膨胀后将岩石撑裂，效率远高于人工敲凿。现代工业中也应用类似原理，类似的“冰冻成型”工艺，通过控制水结冰产生的压力来加工形状复杂或难以变形的金属材料。

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然而，冰劈作用也给一些建筑工程带来挑战。在高寒地区修筑铁路、公路时，路基岩土因反复冻融可能导致结构损坏；建筑物地基需专门设计以应对冻胀问题；铺设的管道也容易在冻融循环中破裂。因此，在这些地区开展建设，必须充分考虑冰劈作用的影响。

下一次，当你夹起一块吸饱汤汁的冻豆腐，感受它在舌尖爆开的温暖鲜美时，不妨想一想：遥远的高山上，冰川正在用同样的原理“雕刻”着岩石，塑造着我们脚下的大地。这种奇妙的关联，正是科学的魅力所在。

参考资料：

https://k.sina.cn/article_1865551664_v6f320f3001900uwuk.html?wm=13500_0055&vt=4

https://mp.weixin.qq.com/s/yB9rQNc1toF7bWJlXaZiWw

https://mp.weixin.qq.com/s/h-vlTydYddlOiR6Pcwd9mA

梁亚军,高建国.克什克腾旗石臼成因探讨——冰劈作用[J].西部资源,2009,(05):42.

作者：蝌蚪君

审核：刘颖 李培元

审核专家：卞跃跃 中国地质博物馆高级工程师

来源： 蝌蚪五线谱