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介绍

你注意到瓶子上写着“泉水”的瓶装水了吗?在美国超过一半的水都贴有这样的标签,但事实上只有一小部分是天然泉水。大多数都是从地下用泵抽出的地下水(在泉水边安装的泵)。在2014年,这种水大约有22.7亿升。这么多水!你可能会问水在地下是怎么储备的呢——还有这些的水的来源。在这次活动中你将做一个模型,填满三个水槽然后看看这些水槽中的水是怎么变干净的。你的“地下水”回合泉水一样好喝吗?来试试找出答案吧!

第 1 段(可获 2 积分)

背景

想象一场暴风雨刚刚袭来;一些水顺着路流进草地。这些水会流向哪里?当水浸湿土地——或者浸润土地——到了浸透的土壤中,这些水沿着泥土中的缝隙流过。含有大颗粒物的土壤有大缝隙,导致水快速向下排。含有小颗粒物的土壤排水将会慢下来。有一些土,比如黏土,就让水难以通过或者不让水通过。像大理石这样的土地则不会让水流过。水沿着裂缝流过但不能穿过这些颗粒。

第 2 段(可获 2 积分)

随着水一层一层渗进土地,它最终会到达一个无法渗透的层然后要不聚集起来,要不向旁边流。这就形成了地下水饱和的渗水土层。饱和的大地中所有的洞和缝隙都填满了水。这些层就叫做含水层,这些含水层很小也很多。在南美(奥加拉拉)最大的含水层葱南达科他州一直到德克萨斯的南端。

聚集在河流与湖中的地表水不一样,地表水十分干净而且可以直接饮用。这是因为土壤已经过滤了水。土壤可以将污染物留下——就像活得生物体、有害的化学物和矿物——只让清水通过。

第 3 段(可获 2 积分)

材料

  • 大约500ml水(1品脱)
  • 一个略大于500ml的水壶
  • 红色食用色素,最好是液体色素(红色的风味饮料粉也可代替)
  • 可可粉(1汤匙)
  • 粗糙的黑胡椒粉(0.5汤匙)
  • 勺子
  • 3个空的500ml一次性带盖子的水瓶
  • 剪刀
  • 玉米粒(未烹炒过)
  • 麦片
  • 玉米淀粉
  • 三个高玻璃杯(最好是细口的玻璃杯,这样倒置的水瓶可以在杯子的开口处稳定地放置住)
  • 量杯
  • 合适的实验地点
  • 一个成年人陪同
第 4 段(可获 2 积分)

准备

  • 将大约500毫升的水倒进水壶里。加入两滴红色食用色素或一些红色的,风味饮料粉,一汤匙的可可粉,还有半汤匙的粗磨黑胡椒。拌匀。你的“脏”水就做好了。
  • 制作三种土壤容器,请一位大人帮忙,切开三个空水瓶的底部,丢掉不用。将小头朝下,让它们看上去就像细长的漏斗一样。瓶子盖着瓶盖,将漏斗放置在玻璃杯的杯口里。
  • 将每个土壤容器的漏斗部分填充玉米粒。玉米粒代表自然界里的卵石。
  • 在第一个土壤容器中,在玉米粒的上面添加一层厚度为2.5厘米(一英寸)的麦片,麦片代表着自然界里的粗砂。
  • 在第二个土壤容器中,往玉米粒的上面加上一层厚度为2.5厘米的玉米粉,玉米粉代表自然界里的粘土状泥土。
  • 在第三个土壤容器中,加上一层厚度为2.5厘米的玉米粒。所有的三个容器中“土壤”的高度,现在应该是一样的。你预测哪种“土壤”会让水渗透得最快?
第 5 段(可获 2 积分)

过程

  • 将做好的脏水搅拌均匀。
  • 首先,向三个土壤容器的土层上,浇上4茶匙的脏水,把土壤表面淋湿。观察土壤容器的侧面。你能看到水有多高吗?这三个容器都是相同的吗?
  • 舀1/4杯脏水,并把它倒在第一个容器里的土壤上。看会发生什么。水会在漏斗的底部聚集吗?它穿过土壤的速度是快,还是慢?
  • 对第二个容器,重复前面的步骤,接下来是第三个容器。记住你预测是哪种“土壤”能让水最快速地渗透下去。你预测的正确吗? 为什么你认为这种土壤排水最快?
  • 水将聚集在漏斗的底部,它被瓶盖阻挡了下来(不透水层)。这就像一个含水层,地下的饱和水土壤层。土壤中所有粒子之间的孔装满水叫做饱和。比较三个容器中含水层增高的速度。
  • 当你等待水渗透通过“土壤”时,思考下列问题:这三种类型的“土壤”中,哪一种土壤粒子之间的孔隙最大,玉米粒(鹅卵石),麦片(粗砂)还是玉米淀粉(粘土)?这能解释为什么某些”土壤”让水渗透得比别的更快吗?
  • 向三个土壤容器上,倒入相同数量的水。你认为如果你等得够久的话,三个含水层最终将持有等量的水,还是某个含水层会比其他的多?为什么你会这样想?
  • 一会儿之后,你将(或在大人帮助下)拧开瓶盖,把含水层中聚集的水倒进玻璃杯里。你预测脏水通过每种土壤后,会是怎样的? 有没有什么污染物卡住在土壤上,从而被过滤掉?不同的“土壤”过滤脏水的能力不同吗?
  • 现在,拧下(或在大人帮助下)只装有玉米粒的土壤容器底部的瓶盖。注意;含水层会迅速倒光。 请求大人助手在放置土壤容器的高玻璃杯中收集尽可能多的水。当完成后,再把土壤容器放回原位,让更多的水流入高脚杯里。留意可能会有一些玉米粒掉出来,没关系的。
  • 现在,对另外两个容器,(或在大人帮助下)重复之前的步骤。
  • 检查穿过“土壤”的水。通过“土壤”流动的脏水,去掉了红色色素吗?
  • 品味原来的脏水,以及过滤后的水。 尝起来味道不同吗?有没有哪种“土壤”过滤掉了可可粉?
  • 仔细观察玻璃杯的底部,有没有黑胡椒。有没有哪种“土壤”过滤掉了黑胡椒?
第 6 段(可获 2 积分)
  • 备注:过滤过程要持续较长时间。和其他的相比,有没有哪中“土壤类型”过滤出的水更多?这是否表明一些类型可以保留更多的水?
  • 备注:尝试更厚的土。更厚的土是否能过滤更多的污染物? 
  • 备注: 使用砾石、沙子和黏土重复实验。开始前,请将砾石清洗干净。切记不要喝玻璃杯中收集的水。

观察与结果

你有没有发现容器中只含玉米粒(鹅卵石)的含水层几乎瞬间填满,然而麦片(沙子)的那层却被慢慢填满,而玉米淀粉(黏土)的那层需要很长时间来填满?

第 7 段(可获 2 积分)

这是显而易见的。玉米粒(或卵石)之间的较大的孔隙允许水快速渗透通过——水排得就快。玉米粉具有较小的颗粒,就像沙子。这些颗粒集中在一起,在粒与粒之间会留下一些小孔。水仍然可以通过,但需要更长的时间。而玉米淀粉是类似粘土。它由非常小的粒子紧密堆积而组成的。水一般很难通过这种材料,需要很长的时间。

不知你是否注意到这样一个现象:谷粒只滤过黑胡椒,而玉米淀粉只滤过可可粉和少许食用色素?如果你有耐心,你可以观察到玉米淀粉可以过滤掉所有得可可粉和食用色素。这是有点类似:肮脏的雨水渗入土壤,最后聚集在一个含水层中,土壤过滤了脏水,污染物被留在土壤中,干净的水则到达含水层。

第 8 段(可获 2 积分)

尽管地下水大多时候都很干净,但是土壤并不是完美的过滤器。一些污染物仍可以通过土壤来污染地下水。这是一个严重的问题;一旦被污染,把含水层清理干净就十分困难。

清理

装土的容器可以扔进堆肥箱。塑料瓶可以循环利用。

第 9 段(可获 2 积分)

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