核心概念
过滤
含水层
可渗透和不可渗透的土壤
地下水
引言
你是否注意到瓶装水上标有“泉水”的字样？在美国销售的瓶装水中，有一半以上都这样标注，但实际上只有一小部分水是天然从泉水中流出的。大部分来自地下水，由水泵抽取（安装在泉水附近）。2014年，这个数字约为227亿升水。这是大量的水！你可能想知道水是如何储存在地下的，以及是什么补充了这些储水层。在这个活动中，你将创建一个模型，填满三个储水层，并评估这些储水层中的水变得多么干净。你的“地下水”会像泉水一样美味吗？尝试这个活动来找出答案！
背景
想象一下，一场暴雨刚刚过去；一些水顺着人行道流下，进入一片草地，其中一部分渗入地下。水去了哪里？当水渗入——或渗透到——可渗透的土壤中时，它会穿过土壤颗粒之间的空隙。颗粒较大的土壤有较大的孔洞，导致水快速排出。颗粒较小的土壤排水速度较慢。一些土壤，如粘土，很难让水渗入，几乎是不透水的。花岗岩等地面是不透水的。水会流过裂缝中的颗粒，但无法穿透颗粒。
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当水渗入地下更深处时，它最终会到达一个不透水的地层，并聚集或横向流动。这形成了地下可渗透土壤层，这些土壤层充满了水。饱和的地面所有孔洞或毛孔都充满了水。这些层被称为含水层，它们可能很小或很大。北美最大的含水层（奥加拉拉）从南达科他州一直延伸到德克萨斯州。
与河流和湖泊中收集的地面水不同，地下水通常干净且可以直接饮用。这是因为土壤实际上过滤了水。土壤可以吸附污染物——如生物、有害化学物质和矿物质——只让干净的水通过。
材料
约500毫升（一品脱）水
可容纳略多于500毫升的锅
红色食用色素，最好是液体（也可以使用红色调味饮料粉。）
可可粉（一汤匙）
粗磨黑胡椒（半汤匙）
勺子
三个空的500毫升一次性水瓶，带盖
剪刀
爆米花玉米粒（未爆开）
玉米粉
玉米淀粉
三个高脚玻璃杯（最好是开口较窄的玻璃杯，以便倒置的水瓶可以放在每个玻璃杯的开口处。）
四分之一杯量杯
可以容忍一些液体飞溅的工作空间
一位成年助手
准备工作
将约500毫升水倒入锅中。加入两滴红色食用色素或一些红色调味饮料粉、一汤匙可可粉和半汤匙粗磨黑胡椒。充分混合。这将作为你的“脏”水。
要制作三个土壤容器，请让成年人小心地帮助你切掉并丢弃三个空水瓶的底部。将顶部倒置，使其看起来像细长的漏斗。保持瓶盖盖上，让漏斗放在玻璃杯的开口处。
在每个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。
在一个土壤容器中，在爆米花玉米粒层之上添加2.5厘米（一英寸）厚的玉米粉层，这代表自然界的粗砂。
在第二个土壤容器中，在爆米花玉米粒层之上添加2.5厘米厚的玉米淀粉层，这代表自然界的粘土状土壤。
在第三个容器中添加2.5厘米厚的爆米花玉米粒。现在，三个容器都应该有相同水平的“土壤”。你预计哪种“土壤”会让水渗透得最快？
步骤
充分搅拌你的脏水。
首先，在每个容器的土壤上倒入四汤匙脏水，润湿土壤表面。看看土壤容器的侧面。你能看到水到达的高度吗？所有三个容器都一样吗？
舀出四分之一杯脏水，将其倒入一个容器的土壤上。观察发生了什么。水是否聚集在漏斗底部？它在这种土壤中流动的速度快还是慢？
对第二个土壤容器重复上一步，然后对第三个容器重复上一步。记住你预测了哪种“土壤”会让水渗透得最快。你的预测正确吗？你认为为什么这种土壤排水最快？
水将聚集在漏斗底部，在那里它被瓶盖（一个不透水的地层）阻止。这就像一个含水层，一个充满水的地下土壤层。所有颗粒之间孔洞都充满水的土壤称为饱和土壤。比较一下三个容器中含水层增长的速度。
当你等待水渗入“土壤”时，请思考以下问题：在三种“土壤”类型中，玉米粒（卵石）、玉米粉（沙子）或玉米淀粉（粘土）之间的孔洞哪个更大？这是否可以解释为什么有些“土壤”允许水比其他“土壤”更快地渗入？
你往三个土壤容器中倒入相同量的水。你认为如果等待足够长的时间，三个含水层最终会容纳相同量的水，还是一个会比另一个容纳更多？你认为为什么会这样？
一会儿，你将（或成年助手）拧开瓶子，并将收集在玻璃杯中含水层的水收集起来。你预计脏水在流过每种“土壤”后会是什么样子？会有污染物滞留在泥土中而被过滤掉吗？不同的“土壤”在过滤脏水方面的能力会有所不同吗？
现在，拧开（或请成年助手拧开）只有玉米粒的土壤容器底部的瓶盖。请注意；你的含水层会立即耗尽。请成年人尽可能多地将水收集到容器所在的细长玻璃杯中。完成后，将拧开的容器放回细长玻璃杯上，以便更多的水滴出来。请注意，一些玉米粒可能会滴出来；这没关系。
现在对其他两个容器重复（或请成年助手重复）上一步。
检查流过“土壤”的水。脏水流过“土壤”后，是否去除了红色食用色素？
品尝原始脏水和过滤后的水。味道是否不同？是否有“土壤”过滤器去除了可可粉？
仔细观察玻璃杯底部是否有黑胡椒的痕迹。是否有“土壤”过滤器去除了黑胡椒？
额外：让你的瓶子在更长的时间内排水。是否有更多水流过一种“土壤”类型，而不是另一种？这是否意味着某些类型的土壤比其他土壤保留更多的水？
额外：尝试更厚的土壤层。更厚的土壤层是否能够过滤掉更多的污染物？
额外：用砾石、沙子和粘土重复此活动。在开始前清洗砾石，但绝对不要品尝收集在玻璃杯中的水！
观察和结果
你是否注意到只有玉米粒（卵石）的容器中的含水层几乎瞬间充满，而玉米粉（沙子）层的含水层填充速度较慢，而玉米淀粉（粘土）层的含水层则花了很长时间？
这是可以预料的。玉米粒（或卵石）之间较大的孔洞允许水快速渗入——水排出速度快。玉米粉的颗粒较小，就像沙子一样。这些颗粒紧密堆积在一起，在它们之间留下很小的孔洞。水仍然可以渗入，但需要更长的时间。玉米淀粉类似于粘土。它由紧密堆积在一起的非常小的颗粒组成。水很难穿过这种材料。
你是否也注意到，玉米粒只过滤掉了黑胡椒，而玉米粉过滤掉了大部分可可粉和少量食用色素？如果你有耐心，你会看到玉米淀粉过滤掉了所有的可可粉和更多的食用色素。这类似于脏雨水渗入土壤并聚集在含水层时发生的情况。土壤会过滤脏水。污染物滞留在土壤中，而干净的水会到达含水层。
尽管地下水通常是干净的，但土壤并不是完美的过滤器。一些污染物仍然会通过土壤并污染地下水。这是一个严重的问题；一旦受到污染，就很难清理含水层。
清理
土壤容器中的内容物可以放入堆肥箱。塑料瓶可以回收。
更多探索 功能强大的碳过滤器，来自《大众科学》 含水层，来自国家地理学会
地下水污染，来自水百科全书
本活动由科学伙伴合作提供
