核心概念
過濾
含水層
可滲透和不可滲透的土壤
地下水
引言
你是否注意到瓶裝水上標有“泉水”的字樣？在美國銷售的瓶裝水中，有一半以上都這樣標註，但實際上只有一小部分水是天然從泉水中流出的。大部分來自地下水，由水泵抽取（安裝在泉水附近）。2014年，這個數字約為227億升水。這是大量的水！你可能想知道水是如何儲存在地下的，以及是什麼補充了這些儲水層。在這個活動中，你將建立一個模型，填滿三個儲水層，並評估這些儲水層中的水變得多麼乾淨。你的“地下水”會像泉水一樣美味嗎？嘗試這個活動來找出答案！
背景
想象一下，一場暴雨剛剛過去；一些水順著人行道流下，進入一片草地，其中一部分滲入地下。水去了哪裡？當水滲入——或滲透到——可滲透的土壤中時，它會穿過土壤顆粒之間的空隙。顆粒較大的土壤有較大的孔洞，導致水快速排出。顆粒較小的土壤排水速度較慢。一些土壤，如粘土，很難讓水滲入，幾乎是不透水的。花崗岩等地面是不透水的。水會流過裂縫中的顆粒，但無法穿透顆粒。
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當水滲入地下更深處時，它最終會到達一個不透水的地層，並聚集或橫向流動。這形成了地下可滲透土壤層，這些土壤層充滿了水。飽和的地面所有孔洞或毛孔都充滿了水。這些層被稱為含水層，它們可能很小或很大。北美最大的含水層（奧加拉拉）從南達科他州一直延伸到德克薩斯州。
與河流和湖泊中收集的地面水不同，地下水通常乾淨且可以直接飲用。這是因為土壤實際上過濾了水。土壤可以吸附汙染物——如生物、有害化學物質和礦物質——只讓乾淨的水透過。
材料
約500毫升（一品脫）水
可容納略多於500毫升的鍋
紅色食用色素，最好是液體（也可以使用紅色調味飲料粉。）
可可粉（一湯匙）
粗磨黑胡椒（半湯匙）
勺子
三個空的500毫升一次性水瓶，帶蓋
剪刀
爆米花玉米粒（未爆開）
玉米粉
玉米澱粉
三個高腳玻璃杯（最好是開口較窄的玻璃杯，以便倒置的水瓶可以放在每個玻璃杯的開口處。）
四分之一杯量杯
可以容忍一些液體飛濺的工作空間
一位成年助手
準備工作
將約500毫升水倒入鍋中。加入兩滴紅色食用色素或一些紅色調味飲料粉、一湯匙可可粉和半湯匙粗磨黑胡椒。充分混合。這將作為你的“髒”水。
要製作三個土壤容器，請讓成年人小心地幫助你切掉並丟棄三個空水瓶的底部。將頂部倒置，使其看起來像細長的漏斗。保持瓶蓋蓋上，讓漏斗放在玻璃杯的開口處。
在每個土壤容器的漏斗部分填充爆米花玉米粒。玉米粒代表自然界的卵石。
在一個土壤容器中，在爆米花玉米粒層之上新增2.5釐米（一英寸）厚的玉米粉層，這代表自然界的粗砂。
在第二個土壤容器中，在爆米花玉米粒層之上新增2.5釐米厚的玉米澱粉層，這代表自然界的粘土狀土壤。
在第三個容器中新增2.5釐米厚的爆米花玉米粒。現在，三個容器都應該有相同水平的“土壤”。你預計哪種“土壤”會讓水滲透得最快？
步驟
充分攪拌你的髒水。
首先，在每個容器的土壤上倒入四湯匙髒水，潤溼土壤表面。看看土壤容器的側面。你能看到水到達的高度嗎？所有三個容器都一樣嗎？
舀出四分之一杯髒水，將其倒入一個容器的土壤上。觀察發生了什麼。水是否聚集在漏斗底部？它在這種土壤中流動的速度快還是慢？
對第二個土壤容器重複上一步，然後對第三個容器重複上一步。記住你預測了哪種“土壤”會讓水滲透得最快。你的預測正確嗎？你認為為什麼這種土壤排水最快？
水將聚集在漏斗底部，在那裡它被瓶蓋（一個不透水的地層）阻止。這就像一個含水層，一個充滿水的地下土壤層。所有顆粒之間孔洞都充滿水的土壤稱為飽和土壤。比較一下三個容器中含水層增長的速度。
當你等待水滲入“土壤”時，請思考以下問題：在三種“土壤”型別中，玉米粒（卵石）、玉米粉（沙子）或玉米澱粉（粘土）之間的孔洞哪個更大？這是否可以解釋為什麼有些“土壤”允許水比其他“土壤”更快地滲入？
你往三個土壤容器中倒入相同量的水。你認為如果等待足夠長的時間，三個含水層最終會容納相同量的水，還是一個會比另一個容納更多？你認為為什麼會這樣？
一會兒，你將（或成年助手）擰開瓶子，並將收集在玻璃杯中含水層的水收集起來。你預計髒水在流過每種“土壤”後會是什麼樣子？會有汙染物滯留在泥土中而被過濾掉嗎？不同的“土壤”在過濾髒水方面的能力會有所不同嗎？
現在，擰開（或請成年助手擰開）只有玉米粒的土壤容器底部的瓶蓋。請注意；你的含水層會立即耗盡。請成年人儘可能多地將水收集到容器所在的細長玻璃杯中。完成後，將擰開的容器放回細長玻璃杯上，以便更多的水滴出來。請注意，一些玉米粒可能會滴出來；這沒關係。
現在對其他兩個容器重複（或請成年助手重複）上一步。
檢查流過“土壤”的水。髒水流過“土壤”後，是否去除了紅色食用色素？
品嚐原始髒水和過濾後的水。味道是否不同？是否有“土壤”過濾器去除了可可粉？
仔細觀察玻璃杯底部是否有黑胡椒的痕跡。是否有“土壤”過濾器去除了黑胡椒？
額外：讓你的瓶子在更長的時間內排水。是否有更多水流過一種“土壤”型別，而不是另一種？這是否意味著某些型別的土壤比其他土壤保留更多的水？
額外：嘗試更厚的土壤層。更厚的土壤層是否能夠過濾掉更多的汙染物？
額外：用礫石、沙子和粘土重複此活動。在開始前清洗礫石，但絕對不要品嚐收集在玻璃杯中的水！
觀察和結果
你是否注意到只有玉米粒（卵石）的容器中的含水層幾乎瞬間充滿，而玉米粉（沙子）層的含水層填充速度較慢，而玉米澱粉（粘土）層的含水層則花了很長時間？
這是可以預料的。玉米粒（或卵石）之間較大的孔洞允許水快速滲入——水排出速度快。玉米粉的顆粒較小，就像沙子一樣。這些顆粒緊密堆積在一起，在它們之間留下很小的孔洞。水仍然可以滲入，但需要更長的時間。玉米澱粉類似於粘土。它由緊密堆積在一起的非常小的顆粒組成。水很難穿過這種材料。
你是否也注意到，玉米粒只過濾掉了黑胡椒，而玉米粉過濾掉了大部分可可粉和少量食用色素？如果你有耐心，你會看到玉米澱粉過濾掉了所有的可可粉和更多的食用色素。這類似於髒雨水滲入土壤並聚集在含水層時發生的情況。土壤會過濾髒水。汙染物滯留在土壤中，而乾淨的水會到達含水層。
儘管地下水通常是乾淨的，但土壤並不是完美的過濾器。一些汙染物仍然會透過土壤並汙染地下水。這是一個嚴重的問題；一旦受到汙染，就很難清理含水層。
清理
土壤容器中的內容物可以放入堆肥箱。塑膠瓶可以回收。
更多探索 功能強大的碳過濾器，來自《大眾科學》 含水層，來自國家地理學會
地下水汙染，來自水百科全書
本活動由科學夥伴合作提供
