れき・砂・どろは何分で沈む？
ペットボトルに土と水を入れてよくふると、大きいつぶから順に沈んで、下から「れき（小石）→砂→どろ」の順に層ができます。このシミュレーターの計算では、沈むまでの時間の目安は次のとおりです。
| つぶ | 大きさ | 500ml（水の深さ15cm） | 2L（水の深さ20cm） |
|---|---|---|---|
| れき（小石） | 2〜6mm | 約0.4〜0.7秒 | 約0.6〜1秒 |
| 砂 | 0.12〜1.2mm | 約1〜15秒 | 約1.4〜19秒 |
| どろ | 0.008〜0.04mm | 約2〜44分 | 約2.4〜58分 |
| ねんど | 0.0015〜0.003mm | 約5〜21時間 | 約7〜27時間 |
時間は、よくふったあと、水面にあったつぶが底につくまでの目安です。ふってから数分で小石と砂はほとんどつもりますが、水が茶色くにごったままなのは、細かいどろやねんどがまだういているからです。水は上のほうから少しずつすきとおっていき、ねんどまでつもるには一晩ほどかかります。
理科の教科書では、2mm以上のつぶを「れき」、2mm〜約0.06mm（1/16mm）を「砂」、それより小さいつぶをまとめて「泥（どろ）」とよびます。このシミュレーターでは、泥のうち0.004mmより小さい、とくに細かいつぶを「ねんど」として分けています。
どうして大きいつぶから沈むの？
水の中を落ちるつぶには、水が「じゃまする力」がはたらきます。小さいつぶほど、重さのわりにこの力を強く受けるので、ゆっくりしか落ちません。つぶの大きさが10分の1になると、落ちる速さはおよそ100分の1になります。そのため、小石はストンと落ち、砂はサーッと落ち、どろやねんどは何十分も何時間もかかって、ふわふわと沈んでいきます。
おうちの方向けに言うと、小さな粒子が水中を沈む速さ（終末沈降速度）はストークスの法則に従い、粒径の2乗に比例します。粒径が大きくなると慣性による抵抗が加わるので、比例より遅くなります。このシミュレーターでは、両方をあつかえる Ferguson & Church（2004）の式で沈降速度を計算しています。粒が大きい順に積もり、1枚の層の中で下ほど粒があらくなる構造を級化層理（きゅうかそうり）といい、実際の地層でも見られます。
川が山からけずった土を運び、海や湖に流れこむと、流れがおそくなったところで同じしくみでつぶが分かれてつもります。れきは河口の近くに、砂はその先に、どろは沖のほうに多くつもります。何度も土が運ばれると層が重なり、長い時間をかけておし固められると、れき岩・砂岩・泥岩になります。小学5年の「流れる水のはたらき」、6年の「土地のつくりと変化」で学ぶ内容です。
おうちでの実験のやり方
用意するもの
- 透明なペットボトル（500mlか2L。まっすぐで、でこぼこの少ないものが見やすい）
- 土：小石・砂・土がまざったもの。庭やプランターの土、砂場の砂、ホームセンターの園芸用の砂利や土など（公園の土をとるときは、ほんの少しにして、決まりを守りましょう）
- 水、じょうご（紙を丸めたものでもよい）、スプーン、時計
やり方
- ペットボトルに土を5分の1くらい入れ、水を口の近くまで入れる。
- ふたをしっかりしめて、10回くらい上下にふり、土と水をよくまぜる。
- 平らなところに置き、動かさないようにして、10秒・1分・10分・1時間・つぎの日に、ようすを観察する（スマホで写真をとると、あとでくらべやすい）。
- 層の数と、それぞれの厚さを定規ではかって記録する。
- 水がすきとおったら、ちがう土をスプーンで上からそっと入れてみる。新しい層が上に重なって、しまもようになる。
安全とあとかたづけ
- 土をさわったあとは、せっけんで手をよく洗いましょう。手にけががあるときは、手ぶくろを使います。
- 土や土のまざった水は、流しに流さないでください。排水口がつまる原因になります。庭や植木ばちにもどしましょう。
- 水と土の入った2Lのペットボトルは重くなります。落とさないように、ふるときはおうちの人と一緒に。
自由研究のまとめ方のヒント
ふったあとの時間ごとに、ペットボトルの絵（または写真）をならべると、どのつぶがどの順番に沈んだかがよくわかります。「砂場の砂」と「花だんの土」のように土をかえてくらべたり、ちがう土を2回、3回と入れてしまもようを作ったりするのもおすすめです。このシミュレーターの予想と、本物の結果（層の厚さやにごりがとれた時間）をくらべて、ずれた理由を考えるのも、りっぱな研究です。近くで地層の見られる場所（博物館の展示や、安全に見学できる露頭）があれば、ペットボトルの層とくらべてみましょう。
よくある質問
何日たっても、水のにごりがとれません。
土の中には、0.001mmより小さいとても細かいねんどがまざっていることがあり、これは何日もういたままになります。また、細かいつぶどうしは電気の力でおしあって、なかなかくっつかないため、沈みにくいのです。反対に、海の水のように塩がとけた水では、細かいつぶがくっついてかたまりになり、早く沈むことが知られています。塩を少しとかした水と真水で、にごりのとれ方をくらべるのも、おもしろい研究になります（シミュレーターでは、つぶがくっつくことは計算していません）。
水の上や、層の上にういているものは何ですか？
落ち葉や根のかけらなど、植物の細かいかけらです。水より軽いものや、中に空気をふくんでいるものは、沈まずにういたり、いちばん上にうすくつもったりします。
計算より、どろの層がうすく（または厚く）なりました。
つもったばかりのどろやねんどは、つぶのすきまに水をたくさんふくんでいて、ふわふわしています。時間がたつと少しずつしまって、うすくなります。シミュレーターでは、すきまの量を「れき・砂は約4割、どろは5割、ねんどは6割5分」としていますが、土によって変わります。
水の温度で、沈む速さは変わりますか？
変わります。冷たい水はねばりけが少し強いので、細かいつぶはゆっくり沈みます。10℃の水では、20℃のときより約1.3倍の時間がかかります。このシミュレーターは20℃の水で計算しています。
ほかにも「層」ができる実験はありますか？
砂糖水に色をつけて重ねると、重さのちがいで色水の層ができます。こちらは、つぶの大きさではなく、液の重さ（密度）で分かれるしくみです。虹色の水の層シミュレーターでくらべてみてください。