מים מתחת לרגליים
תקעו כף בחול על שפת הים, ותחתית הבור תתמלא עד מהרה במים. בארות פועלות באותה דרך, בקנה מידה גדול יותר. מתחת לעומק מסוים הקרקע רטובה בכל מקום, לא משום שיש שם אגם, אלא משום שהרווחים הזעירים בין גרגירי החול והחצץ מלאים מים. המים האלה הם מי תהום. אם לא מביאים בחשבון את כיפות הקרח והקרחונים, כמעט כל המים המתוקים בעולם הם מי תהום: בערך פי מאה מכל המים שבכל האגמים והנהרות יחד.
שכבה של סלע או של סחף שמחזיקה מי תהום ומניחה להם לזרום ממנה בקלות היא אקווה (אקוויפר). חול וחצץ הם אקוות טובות, וכך גם אבן חול ואבן גיר סדוקה. גם בחרסית יש הרבה מים, אבל הנקבוביות שלה דקות כל כך שהמים כמעט לא נעים דרכה, ולכן שכבת חרסית משמשת רצפה או מכסה.
מפלס מי התהום
מעל האקווה נמצאת קרקע שבנקבוביות שלה יש גם אוויר וגם מים. יורדים עמוק יותר, והאוויר נגמר: כל רווח מלא מים. הגבול בין השניים הוא מפלס מי התהום. בבאר, המים עומדים בגובה מפלס מי התהום שסביבה.
מפלס מי התהום אינו שטוח. הגשם מחלחל ומוסיף מים מלמעלה, והמים מתנקזים הצידה אל נחלים, אגמים והים, שם מפלס מי התהום פוגש את פני השטח. התוצאה היא גבנון מתון בין הנחלים שעוקב אחרי צורת הקרקע, רק שטוח יותר. יותר גשם מגביה את הגבנון; בצורת מניחה לו לשקוע בחזרה לעבר גובה הנחלים. זו הסיבה שנחלים רבים ממשיכים לזרום שבועות בלי גשם: מי התהום מחלחלים אליהם דרך הקרקעית שלהם.
נסו: קבעו את קצב השאיבה על 0 ובחרו מפלס מי התהום תחת חיתוך האדמה. אחר כך הזיזו את כמות הגשם מ־100 mm ל־1600 mm בשנה וצפו בפני השטח הכחולים עולים בין הנחלים.
איך מים נעים דרך חול
מי התהום זורמים ממקום שבו המפלס גבוה למקום שבו הוא נמוך, והפרש הגובה הוא שדוחף אותם. בשנות ה־1850 מצא המהנדס הצרפתי אנרי דרסי, שתכנן מסנני חול למזרקות של דיז’ון, שהזרימה פרופורציונלית לשיפוע הזה ולקלות שבה החומר מעביר מים, המוליכות ההידראולית שלו. בחול דק כמו הגוש שבתצוגה, מי התהום זוחלים בדרך כלל כמה סנטימטרים עד כמה עשרות סנטימטרים ביום. בחצץ הם יכולים לנוע מהר פי מאה; בחרסית, לאט פי עשרת אלפים ויותר. מים שיורדים כגשם באמצע אקווה גדולה יכולים לבלות שנים, ואפילו אלפי שנים, מתחת לאדמה לפני שהם מגיעים לנחל.
קונוס השפילה
משאבה מורידה את המים בתוך הבאר. אז זורמים אל הבאר מים מכל הסביבה, ולשם כך דרוש שיפוע, ולכן מפלס מי התהום שוקע לעבר הבאר במשפך שנקרא קונוס שפילה. הוא תלול ביותר ממש ליד הבאר, שם כל המים נדחקים דרך מרחב קטן, ומתמתן ככל שמתרחקים. ככל שהשאיבה מהירה יותר, הקונוס עמוק ורחב יותר.
נסו: העלו את קצב השאיבה עד 400 m³ ביום, ואחר כך עד 800 m³. כששואבים יותר מדי, המים בתוך הבאר יורדים עד המשאבה, והבאר יכולה לספק רק חלק ממה שמבקשים ממנה. עכשיו נסו 800 m³ ביום כשכמות הגשם על 100 mm בשנה.
המים שהבאר שואבת אינם מים חדשים. אחרי שהקונוס התייצב, כל ליטר הוא מים שקודם הגיעו לנחלים. שאבו חזק מספיק בתקופה יבשה, והשיפוע ליד נחל מתהפך: הנחל מתחיל לדלוף אל הקרקע לעבר הבאר. גם בארות שכנות חולקות את אותם מים: כשהקונוסים שלהן חופפים, כל אחת מורידה את המים באחרות.
כשלוקחים יותר ממה שיורד
אם הבארות מוציאות בכל שנה יותר מים ממה שהגשם מחזיר, מפלס מי התהום ממשיך לרדת. צריך להעמיק את הבארות, נחלים וביצות מתייבשים, וליד החוף מי ים מלוחים עלולים לחדור פנימה אל האקווה. במקומות מסוימים הקרקע עצמה שוקעת כששכבות החרסית שהתרוקנו נדחסות; חלקים מהעמק המרכזי בקליפורניה ומקסיקו סיטי שקעו כך בכמה מטרים. אקוות עמוקות רבות התמלאו לפני אלפי שנים, באקלים גשום יותר, ולכן שאיבת מים מהן היא למעשה כרייה.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
התצוגה מראה מצב מתמיד: את מפלס מי התהום שאליו היו מתייצבים קצב גשם וקצב שאיבה מסוימים אחרי שנים. אקוות אמיתיות מגיבות לאט, והגשם יורד בעונות ולא בטפטוף קבוע. החול אחיד, רצפת החרסית שטוחה ואטומה לחלוטין, ומוצגת רק אקווה אחת; בקרקע אמיתית יש שכבות בעלות מוליכות שונה, ואקווה כלואה שלכודה מתחת לחרסית נמצאת תחת לחץ, ולכן המים בבאר שנקדחה לתוכה עולים מעל לגבול העליון של האקווה. החלק של הגשם שמגיע למפלס מי התהום קבוע כאן על רבע, ואילו במציאות הוא תלוי בקרקע, בצמחייה ובעוצמת הגשם.