Клуб почемучек. Как образуются лужи?

В прошлую пятницу мы с Катей готовили для "Клуба почемучек" ответ на вопрос Ангелины: "Почему образуются лужи?". Сегодня я копирую этот пост здесь, у меня в блоге.

Википедия говорит: "Лужа - это относительно небольшое скопление жидкости, в большинстве случаев воды в углублениях на поверхности земли или в неровностях какого-либо покрытия (тротуар, проезжая часть дороги и т. п.). Лужа также является самой малой формой водоёмов, а с точки зрения экологии и зоологии водные лужи представляют собой малые водные биотопы."
Жалко, что сейчас холодно - в воде из лужи мы уже не найдем никаких организмов. Но если бы дело происходило летом, то можно было бы зачерпнуть воды и попробовать найти в луже что-нибудь живое. Мы однажды даже лягушек видели!

Весною огромная лужа разливается на нашем стадионе :)

Как же получаются лужи? Давайте разбираться! Мне в этом будет помогать моя пятилетняя дочь Катя :)
Для начала сходим на прогулку. Гуляя по улицам, обратите внимание на лужи. Благо, в это время года их хоть отбавляй :) Понаблюдайте, где лужи обычно образуются. Где их больше - в ямках или на возвышенностях? На земле, площадке с покрытием, в песочнице или на асфальте? На рыхлой земле или на утоптанных дорожках?
В результате этих наблюдений ребенок (возможно, с вашей помощью) может сделать предположение (выдвинуть гипотезу), что образование луж зависит от рельефа местности (наличия ям), и что на них влияет плотность и состав того материала, на который попала вода (земля, асфальт, гравий, песок и т.д.).
Тут же на прогулке нам надо будет запастись материалом для экспериментов: насыпьте в разные пакетики немного песка, мелкого гравия, образцы земли. Если есть возможность, возьмите землю разного состава: около стройплощадки - глинистую, в огороде - хороший чернозем (или можно использовать покупные смеси для комнатных цветов).
Теперь идем домой ставить опыты! Для них нам понадобится материал, который мы собрали на прогулке, несколько прозрачных емкостей, кулинарная фольга, пластиковая бутылка 0,5 литров и вода.

Материалы для эксперимента

Опыт №1. Проверяем, как зависит образование луж от рельефа местности.
Из листа фольги устраиваем ландшафт с бугорками и ямками. После этого просим ребенка полить все это водой, как поливает землю тучка во время дождя. Пусть посмотрит, куда течет вода и где она в конце-концов скапливается.
Побуждаем малыша сделать вывод - вода стекает с вершин в ямки. Значит, лужи - это вода, стекшая вниз, в углубления на местности.

Делаем рельеф, поливаем водой, смотрим, куда она течет

Но на фольге проверять просто - она не впитывает воду. Что-то похожее происходит, когда вода течет на асфальт - на нем лужи образуются быстрее, чем на земле. А земля воду впитывает. Давайте посмотрим, как это происходит.

Опыт №2. Водопроницаемость почвы.
Возьмем стакан с сухой землей. Пусть малыш нальет в него немножечко воды. Через прозрачные стенки будет видно, как вода просачивается вглубь по трещинкам и проходам в почве. Через некоторое время вся вода с поверхности уйдет вглубь.
А теперь пусть малыш добавляет и добавляет воды до тех пор, пока она не перестанет впитываться. В какой-то момент на поверхности земли в стакане появится лужа. Если посмотреть сбоку, то можно увидеть, что все полости и трещинки заполнены водой.
Делаем вывод - лужа появляется тогда, когда воды столько, что земля ее уже впитывать не может.

Насыпаем в стакан сухую землю

Наливаем воду и смотрим, как она впитывается

Наливаем много воды

Вода больше не впитывается - получилась лужа

Но почему же тогда не во всех ямах стоят лужи? Почему в одних местах вода сразу впитывается в землю, а в других стоит днями и неделями? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем еще один опыт.

Опыт №3. Как зависит то, сколько впитается воды, от состава почвы.
Отрежем от пластиковой бутылки верхнюю часть (там где горлышко), чтобы получилось что-то типа прозрачной воронки. Возьмем три емкости - с песком, с хорошей рыхлой землей, и с землей с большим содержанием глины. Если есть обычная глина, то можно взять и ее. Вставим в емкость с песком нашу воронку - горлышко бутылки воткнем в грунт. Теперь попросите малыша вылить в нее воду. Примерно 50 грамм. (Воду надо будет лить точно столько же и в другие емкости, поэтому лучше всего взять мерный стакан). И считайте хором, за сколько секунд вода полностью впитается из воронки в грунт. Можно даже взять секундомер. Запишите результат. Теперь точно так же поступите с емкостями с другими образцами земли: погружайте воронку все время на одну и ту же глубину и наливайте одно и то же количество воды. Результаты записывайте, а потом сравните - где было быстрее (в песке), где медленнее (в глинистой земле).
Дайте возможность малышу сделать вывод - скорость впитывания воды зависит от состава почвы. Если вода впитывается плохо и долго, а тем более если внизу под почвой есть слой глины, то на этом месте образуется лужа.

Ставим воронку в землю

Заливаем в нее воду

Считаем время, за которое вся вода из воронки уйдет в землю

Проделываем эксперимент с разными составами почв и сравниваем результат

Теперь, я надеюсь, я ответила Ангелине на ее вопрос. Лужи образуются потому, что вода (1) стекает (2) в углубления на местности. Это происходит, когда воды столько, что она уже не может впитываться в почву. А сколько ее может впитаться зависит от того, из чего состоит почва в этом месте (3).
А "по-взрослому" это будет звучать примерно так: лужи образовываются в депрессии рельефа за счет накопления дождевых осадков (1) и латерального смыва (2) при наличии водоупорной поверхности (как правило, глинистой) (3) :)

Схема образования луж

Для любознательных маленький бонус: мы с Катей не остановились на лужах, а продолжили занятие, решив изучить строение почвы и поставить еще несколько опытов. Их можно посмотреть здесь.

Изучаем слои почвы

Другие наши опыты и эксперименты:
Почему сосульки всегда растут вниз, Что такое невесомость и как ее почувствовать в домашних условиях, На каком хлебе плесень растет быстрее,  Играем в детектива - отпечатки пальцев, Почему люди не выпадают из качелей, Солнечные часы, Водяные часы - клепсидра, Добыча и выплавка металлов, химические опыты, "Луна",  Ракета на водяном двигателе,  Наблюдаем в микроскоп, Как самим сделать мультфильм, наблюдение спутников Юпитера (в посте "Экскурсия в обсерваторию").
А еще больше их вы найдете на странице: "Клуб почемучек"