第十六期问题：咬过的茶叶为什么会下沉？（查看详情，请点击群博右边栏的Dr.YOU专辑）

这次来的三封信都好专业哦：

Lewind：能让茶叶浮起来的气体就藏在茶叶表面的一根根纤毛之间。这件事上恐怕没有毛细作用。
hbchendl：杯子里的热水形成了一个密度梯度，这个微小的密度梯度使得茶叶的微小密度变化表现在它的沉浮上。
圣马克方场：我原本是长在山野里默默无闻的一株向阳小树，给点阳光就能灿烂。

下面就来看看三位的PK大赛吧：

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Lewind：
茶叶沉浮，气体定然要负主体责任！然而这气体藏身于何处，判官们却是众说纷芸：有说在茶叶叶肉的海绵组织中，有说在叶脉留下的管道中，有说在茶叶卷曲所成的小空腔内。其实，大家可能忽略了一个体积其大无比的藏身之处——叶片表面。

叶片表面怎么能藏下气体呢？当然能！不过，此事暂且按下不表，请大家想象一下雨后的荷塘，荷叶上有什么？对了，滚来滚去的水珠。这种现象称为不浸润。类似的例子还有桌面上的水银，这个可能大家都在小学的自然课或者中学的化学课上见过。浸润的例子就很多啦，比如水在玻璃上就是浸润的。说白了，浸润的结果是液体会"趴"在固体表面，不浸润则会让液体聚集成球。

水为什么对荷叶不浸润呢？实验表明，除了荷叶在表面分泌出来的叶腊之外，更主要的原因是，荷叶的表面有一层密集的纤毛。当你用手摸荷叶的时候，感觉毛绒绒的，就是这些纤表的原因。由于纤毛之间的空间很小，要让其中的气体形成气泡并冲进水中，就要克服巨大的表面张力。当这个力比气泡自身的浮力还大时，纤毛之间的气体就无法逃逸出去了。

回到茶叶沉浮的问题上来，大家恐怕已经明白了，能让茶叶浮起来的气体就藏在茶叶表面的一根根纤毛之间。虽然纤毛不长，但考虑到叶片的表面积之大，这个体积还是相当可观的。由于水对有纤毛覆盖的茶叶表面不浸润，气体出不来，水也进不去，茶叶就浮起来了。

在我国种类众多的茶叶中，沉浮现象成为茶叶本身卖点的，当属银针茶了，又名白豪。茶如其名，成品白豪在茶叶表面能看到明显的一层白色毫毛，故此得名。之所以白豪能具有最明显的沉浮现象，就是因为它采自茶树叶芽的芽头部分，也是叶片上纤毛最长最密的部分。而其它种类的茶叶，纤毛不一定很多，又受到不同制作工艺的影响，可能无法完全保持其表面对水的不浸润，也就不能全部浮起来。

说完了浮，就要说沉了。

把被水泡过的茶叶放在嘴里咬，巨大的外力必然会破坏叶表的纤毛层，令水侵入其中。这种破坏不必很彻底，只须让茶叶上留存在纤毛之间的气体不足以浮起茶叶就足够了。

实际上，如果你等得足够耐心，不必去咬，茶叶迟早会沉入杯底。这样的"自主沉浮"，恐怕其原因还不是外力破坏。考虑到茶叶在加工中都有炒制这一环节，纤毛层应该也不会惧怕开水的高温。那么原因就只剩下一个了——气体的热涨冷缩。

冲茶的水通常是开水，至少在90摄氏度左右，远高于冲茶之前茶叶所处的室温。而我们知道，气体的热涨冷缩效应远远超过液体和固体。在这样剧烈的温度提升之下，茶叶表面纤毛间的气体会迅速膨胀数倍。当其体积超过纤毛所能容纳的程度，就会进入水中。这些气泡混在冲茶时泛起的沫子之中，被我们忽略了。

但如果你以为此时茶叶就该下沉的话，那就错了。因为产生浮力的关键不是气体的量，而是气体排开水的体积。此时纤毛层中是密度变低的热空气，其体积仍是纤毛层的体积，浮力不变，密度略微减小，还应该浮得更起劲才对。事实上，刚冲上茶，茶叶也的确是要浮一段时间的。

再过几分钟，茶叶开始下沉，这是因为茶水的温度降低了。相应的，纤毛层中的气体开始收缩，减小体积，浮力也就减小了。当浮力抵不过重力时，茶叶就下沉了。之前有人实验发现，盖上盖子的茶沉得慢，这应该不是什么光敏反应，而是因为盖上盖子阻断了空气对流，大大降低了茶水温度下降的速率，也就向后推迟了茶叶失去浮力的时刻。

如此说来，咬茶叶是直接赶走气体，而泡茶叶是先赶走气体，再让剩下的气体自动收缩体积，两者还不是一回子事情。

最后发现，没说到Dr.Who提示的毛细作用。其实，虽然纤毛之间是细微的空间结构，但在茶叶沉浮这件事上恐怕没有毛细作用。须知，毛细作用的前提是在毛细结构的另一端，气体能顺利排出以腾出空间。实际上，在医院里或研究中用到的毛细管，通常就是靠手指堵住另一头来控制毛细作用的进行与停止的。

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hbchendl：小小茶叶,谁主沉浮? –密度 !

这个沉浮不定的问题实际上问了两件事情,一是泡在水里的茶叶在什么情况下会浮在上面?什么情况下会沉下去?二是为什么把浮在上面的茶叶咬一下或嚼一下它就能沉下去了.

前一个问题比后一个问题容易分析一些,原因是嚼一下茶叶这个动作变化有点多.情况复杂一点.我们还是一层层来剥这颗松子壳吧.

我们从茶叶被开水冲泡几秒钟水流静止下来后开始,此时,吸附在茶叶上的大个可见的气泡已经跑出,一部分茶叶已经沉底,而水面上还漂浮着少量茶叶.

泡在水里的茶叶密度是处于一个变化的状态,这个密度变化非常小,仔细观察一下杯中茶叶的位置:浮在上面的,在水面之下,叶片整体还是浸在水里的.而沉在下面的茶叶有一些是立着的,并不是重心最低的平躺状态.另一个现象是,浮在上面的茶叶过一会将开始下沉,它下沉的速度很慢,有时还会重新浮上来一下.这些现象说明,茶叶的密度与水差得很小.

另一个容易忽视的因素是水的密度,杯子里的热水,密度并不是均匀的,杯底部与桌面接触散热,温度会低一点,正好低温的水密度大,所以水的密度是上面小下面大.这样就形成了一个密度梯度,(玩过细胞生物的人也许对梯度离心这个技术有印象)这个微小的密度梯度使得茶叶的微小密度变化表现在它的沉浮上.

下面该看看茶叶的密度是怎么变化的了.干燥的茶叶比水轻很多,不必说.在泡入水里之后,水分就透过叶面的细胞壁进入叶子里的细胞了.从我们直观的观察就是茶叶被水”浸湿,发胀”.观察到的现象是湿透的茶叶密度增加.微观的机理是什么呢?是细胞的渗透吧?低盐度的水透过细胞壁向高盐度的细胞内渗透,很容易想到是细胞里的空隙被水充满,但不容易理解的是,空隙中的”气体”哪去了?我这样问的原因是,仔细观察将要下沉与正在下沉的茶叶,它并没有释放出气泡来.冲茶时出现的气泡是刚冲入开水时茶叶表面的大气泡一个个冒出来,几秒钟之后,再观察,浮在上面的茶叶并不会往外冒气泡,它们是安安静静地沉下去的.据此,应该认为水只是填充了细胞里的空隙,并且溶解了里面干燥的细胞质,使得细胞膨胀起来.这个过程与密度相关的因素是 1.水分填充了细胞内的空隙,导致细胞密度增加.2.溶解了细胞质的水密度比纯水大.要注意这两条导致的密度变化实际上是很小的.但它足以使茶叶沉到下面去.

还有一些次要因素要考虑,高温的水能加速茶叶吸收水分.冷水也一样能把茶泡到底下去,只是需要很长的时间.泡茶时盖个盖子能加速浸泡速度,这里除了保温的因素以外,盖子能增加水面上方空气的湿度与温度,也是能加速水分进入浮在上面的茶叶的.

最后该看看嚼一下半湿不干的茶叶会起什么作用了:这个动作会压破一部分细胞壁,把茶叶压实一点,让水分能更顺利地进入茶叶细胞内.仅此而已.其作用大小,取决于嚼的力度与方式.那怕是只咬一下,用大门牙咬一下与用磨牙嚼一下的效果是不同的.甚至在这个过程中口腔粘膜与茶叶片表面的磨擦能清理一下叶片表面也能起到一点作用.

我也看了一些其他人的分析,有人观察到放在暗处的茶水中,茶叶下沉的速度加快.不知他是怎么操作的.分析原因,应该是遮光的同时也挡住了热辐射,使得茶水温度下降得慢,叶片因此吸水更快一点.如果遮光的罩子很小,那就还会有阻止热对流与保持小环境湿度的作用.

另有一个实验可供参考:用纸片代替茶叶观察其沉浮情况. 柔软的面巾纸在热水中迅速浸透,然后下沉,报纸吸水也很强,能下沉. 从烟盒上撕下来的纸就没那么好对付了,在水面上能浮很长时间,不过泡一会后捞出来挤一下再扔回去,它也沉下去了.

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圣马克方场：一枚茶叶的杯中乾坤

我原本是长在山野里默默无闻的一株向阳小树，给点阳光就能灿烂。神农氏曾把我列为草药之属，但人们对我还是知之甚少，更少有人对我产生特殊的兴趣。唐朝有个叫陆羽的人为我写了一部“史记”，我的命运从此被彻底改变了，杯盏之中便有了我的另一番乾坤。

陆羽把我介绍给了更多的人，我的家族也不断发展壮大起来，尤其是在我被一双双巧手拆摘下来之后。有时候我直接被晒干、封存，然后成为人们的杯中之物；有时候我要先下炒锅，再进酵坛，山野里带来的泥土味道被发酵成另一种清新怡神的醇香，再供人们享用。所以，我的众多兄弟姐妹们在人们的杯盏之中再次舒展身姿的过程也不尽相同。

绿茶是我们的大哥。他（普通绿茶）一般不经炒制，直接风干后就进入人们的茶杯。熟悉我们大哥的人都会先用少量的热水给大哥洗个热水澡，大哥身上洗下来的“污渍”、“汗垢”像肥皂泡泡一样浮在水面上，把这些脏东西清理掉之后，人们就可以跟大哥进行一番深入的精神交流了。大哥首先会在舒服的温水里伸展开身体，有时候，风干时留下的小小空隙温水浸不进去，会形成一些小小的气泡，这些气泡只要足够大或者足够多，就能成为大哥的潜艇，将他托举出水面。不过温水的浸泡使得大哥的身体越来越舒展，那些小气泡就要跟大哥说再见了。性急的主人会把在水面上徜徉的大哥吸进唇齿之间，这有时候是大哥的艳遇，有时候却是他的噩梦。如果主人是个温柔婉约的女子，那大哥可就艳福不浅了。两片芳唇轻轻抿紧，与大哥为伴的小气泡被吸走了，大哥也在麻酥酥香喷喷的气氛中变得全身酥软，再随女主人纤细如兰的气息回到杯中，往往就乖乖地沉向杯底了。要是主人是个满口黄牙的粗犷男人，那可就惨了，他们要么把大哥吞进嘴里用牙齿和舌头一起向我施压，逼他乖乖地安守杯底，要么直接就把他使唤进垃圾堆了。

其实也不是非要有气泡托举，大哥才能在水面上游荡。我们所有兄弟姐妹们身上都布满细密的血管，被人们拆摘下来之后，血液被风干了，但是血管还是完好无损的，当我们长到成年的时候，血管也就非常发达了。如果人们在拆摘我们的时候将我们的叶柄连着身体完整地采摘下来，那么在风干的过程中，我们的血液会在叶柄处的血管末端把条条血管封闭起来。当温水浸泡我们的时候，一时半会儿封闭着血管的那些营养成分还来不及溶解到水中，我们的血管也就暂时还不能吸进水分，这些小小的空隙封闭起来的空气有时候也能把我们托举起来。封闭在血管末端的那些营养成分被溶解掉以后，我们的血管就会像以前那样发挥作用了。水跟我们的血管壁是完全浸润的，水面形成的凸液面产生朝向我们血管的压力，水分渐渐进入我们的血管，我们又会变得跟以前在枝头时一样小巧玲珑，风姿绰约。不过全身舒展开来之后，我们的身体比重就会比水稍微重一点点，所以水底才是我们最终的安身之处。

我们绿茶家族里有个名气很大的姐姐，人们叫她“碧螺春”。姐姐的出身条件好，长在温润肥沃的洞庭湖畔，她在每年的清明之前会展现出最曼妙的身姿。人们知道姐姐的这个特性，每年都会赶在清明之前把姐姐采摘下来。之后姐姐要经过炒制杀青、揉捻搓团、烘干等工序，形成卷曲成螺、茸毫满披的可爱身形。当姐姐进入人们的茶杯时，她的文静性格再次毕现无疑，身上的茸毫一见水就跟姐姐分开，独自浮上水面，而姐姐则慢慢舒展开身形，在杯底再次展现她的曼妙身姿，绝少漂浮在水面之上。一般说来，经过比较细致的炒制搓揉过程的熟茶，因为身上的茸毫大都与叶片分离，所以在冲泡的时候也都跟姐姐的习性差不多，没有了那些茸毫，水跟她们的身体就可以很快地亲密接触，很难形成小气泡，她们也就大多不会漂浮在水面上。

在福建漳州，有我们家族的大姐大，人们叫她“铁观音”。其实大姐的命运一点都不好，在被采摘下来之后，人们通常会在除去水分的时候最大限度地挤尽藏在姐姐身边的空气，在封装的时候还会采取真空封装。这样做的目的其实是为了避免空气跟大姐的身体亲密接触。大姐跟空气的接触机会多了，两个人会偷偷发笑（发酵），大姐身上原本醇厚自然的香味就会散失掉。这样的压迫和隔离虽然大姐一直默默忍受，但是在人们冲泡她的时候就会发出最有力的抗议。大姐的身体与水接触后，那些原本被压迫得很狭小的身体间隙也使得水分很难进入，形成了一个个封闭的小空间，这些空间，足以把大姐托举到水面上。所以享用大姐的醇美芬芳的人们也要多一份等待的功夫，得等姐姐的气消了沉向杯底再说。

在安徽黄山，有我们的另一个弟兄，他的命运也我们大多数不一样，人们叫他“太平猴魁”。猴魁在采摘之后受到的可是特别高档的待遇，每一片叶子都会被人们仔细地排列在麻纱布上，一层排满，上面盖上一张麻纱布，再在上边排第二层、第三层。这些被细致排列起来的猴魁叶片会被送进烘干室烘干，猴魁的身体也就在烘干中被定型，一张张都是僵直伸展、平平顺顺的，看上去就像薄薄的蝉翼，将这些“蝉翼”并成一排放在茶杯中，就像美猴王头上的花魁一样漂亮，这么一说，你们应该知道他得名的原因了吧？猴魁在冲泡时自然也是规规矩矩地沉在杯底，因为僵直的身板确实没多少留住气泡的魅力。不过也有另外一种情况，那些在包装过程中被破坏成碎片的叶子，他们在冲泡时会很理直气壮地漂在水面上，不需要气泡帮忙托举。这是因为这些小碎片在入水的时候通常只有一面跟水接触，另一面在波涛汹涌中始终没有沾上水，由于不连贯的水面和茶叶碎片表面的张力有着小小的区别，水面与茶叶边缘接触处很自然地产生了一个向上托举合力，就算小碎片想沉到水底也不那么容易，除非被人们吸进嘴里，两面都沾上水。

我们还有个关系很好的伙伴，她洁白素雅，全身散发着沁人心脾的香味，她就是常常一同跟我们进入人们茶杯的茉莉花。不过茉莉花跟我们好像不一样，她更喜欢一直漂浮在水面上，与我们隔水相望。这是因为她的身体结构跟我们大不一样。构成她身体的主要单元都是带有大大的液泡的细胞，即使经历过采摘风干的过程，那些液泡也很少被破坏，密闭的小单元里锁着不少的空气。所以茉莉花们及时在茶杯里泡了半小时、一小时，也仍然会漂浮在水面上——那些液泡可是她们天生的浮床啊！

我们的杯中乾坤其实一直没有多少人感兴趣，不过现在碰到了一只充满好奇心的松鼠，终于让我们有机会给大家作一场专题报告了，真是荣幸！如果我讲得还不够好，不够细致、全面，请可爱的小松鼠们拿起手中的榔头，继续奋力地砸向科学的坚果吧！

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Dr. Who 说：
浸润？密度？制作工艺？各位读者，哪个说法更打动你呢？
这回我不说了，听听大家都啥意见。

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