Ερμηνεία της διασποράς του εδάφους από τη δράση του νατρίου

Η διασπορά του εδάφους, που προκαλείται από τα κατιόντα του Na+, μπορεί να εξηγηθεί με βάση τη θεωρία της διπλής στοιβάδας Gouy-Champman. Ως γνωστόν, τα σωματίδια της αργίλου φέρουν στην επιφάνειά τους αρνητικά φορτία, τα οποία είναι αποτέλεσμα της ισόμορφης αντικατάστασης ιόντων μεγαλύτερου σθένους από αντίστοιχα μικρότερου, που λαμβάνει χώρα στους ενδοστοιβαδικούς χώρους. Επίσης, τα κατιόντα του διαλύματος είναι θετικώς φορτισμένα. Έτσι, αν έχουμε ένα εναιώρημα αργίλου, οι αρνητικώς φορτισμένες επιφάνειες των σωματιδίων της αργίλου έλκουν τα θετικώς φορτισμένα κατιόντα προς το μέρος τους, με συνέπεια αυτά να περιβάλλονται από τα κατιόντα. Η πυκνότητα των κατιόντων είναι υψηλότερη πλησίον της επιφάνειας των κολλοειδών σωματιδίων της αργίλου, ενώ μικραίνει όσο η απόσταση μεταξύ αυτών και των κατιόντων μεγαλώνει.

Οι δυνάμεις που επικρατούν στο σύστημα αυτό είναι αντίθετες μεταξύ τους, ήτοι οι μεν απωθούν, οι δε έλκουν. Οι ελκτικές δυνάμεις, γνωστές ως Van der Waal ή Londonary, είναι ηλεκτροστατικής φύσεως και βεβαίως αναφέρονται στην έλξη των θετικών κατιόντων προς τις αρνητικώς φορτισμένες επιφάνειες των σηματιδίων της αργίλου. Αφετέρου, οι απωθητικές δυνάμεις ασκούνται μεταξύ των θετικώς φορτισμένων κατιόντων, που περιβάλλουν τα σωματίδια της αργίλου. Έτσι, όταν η συγκέντρωση των κατιόντων του εδαφοδιαλύματος είναι υψηλή , όπως π.χ στα αλατουχοαλκαλιωμένα εδάφη, τότε η διπλή ιοντική στοιβάδα συμπιέζεται προς την κατεύθυνση της επιφάνειας των σωματιδίων της αργίλου, με συνέπεια να θρομβώνονται τα υπόψη σωματίδια. Ενώ, όταν η συγκέντρωση των κατιότντων του εδαφοδιαλύματος είναί μικρότερη, όπως συμβαίνει στα καθαρώς αλκαλιωμένα εδάφη, όπου υπερτερούν τα κατιόντα του Na+, τότε η διπλή ιοντική στοιβάδα απομακρύνεται από την επιφάνεια των κολλοειδών σωματιδίων της αργίλου, οπότε στην περίπτωση αυτή έχουμε διασπορά της αργίλου. Τα μεγάλης ένυδρης διαμέτρου κατιόντα του Na+ κρατούν σε ικανή απόσταση τα σωματίδια της αργίλου το ένα από το άλλο. Έτσι, παρατηρείται το φαινόμενο της διασποράς του εδάφους στα νατριωμένα εδάφη. Με άλλα λόγια, η μεν θρόμβωση λαμβάνει χώρα, όταν οι ελκτικές δυνάμεις είναι μεγαλύτερες των απωθητικών, η δε διασπορά, όταν συμβαίνει το αντίθετο. Σημαντικός παράγων εν προκειμένω είναι και η μεγάλη διάμετρος του ένυδρου κατιόντος του Na+, το οποίο κρατά τα σωματίδια της αργίλου σε απόσταση μεταξύ τους, που είναι ίση με το τετράγωνό της (r²).

Γενικά, η διασπορά του εδάφους ευνοείται, όταν η περιεκτικότητα του εδαφοδιαλύματος σε άλατα είναι χαμηλή. Έτσι εξηγείται το γεγονός ότι κατά την έκπλυση των αλατουχοαλκαλιωμένων εδαφών, με χρήση νερού χαμηλής EC, το έδαφος αποκτά δυσμενή φυσικά χαρακτηριστικά, ήτοι: μειωμένη περατότητα, λόγω της έκπλυσης των αλάτων και επικράτηση του Na+, το οποίο προκαλεί τη διασπορά και τη συσσώρευση της αργίλου στους πόρους, οι οποίοι ακολούθως φράσσονται και καθιστούν δύσκολη την κίνηση του νερού στο έδαφος. Γι'αυτό, συνιστάται, για την έκπλυση των εδαφών αυτών η χρήση νερών υψηλότερης EC. Από τα προαναφερθέντα προκύπτει ότι η διασπορά των νατριωμένων εδαφών οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των αρνητικώς ηλεκτρισμένων κολλοειδών της αργίλου και των προσροφημένων κατιόντων, τα οποία περιβάλλουν τα κολλοειδή της αργίλου δίκην φακέλλου. Όμως, σημαντικό επίσης ρόλο στη διασπορά των νατριωμένων εδαφών παίζει επιπλέον και η αλληλεπίδραση των προσροφημένων κατιόντων με τα αντίστοιχα του εδαφοδιαλύματος. Κατα τις πιο πάνω αλληλεπιδράσεις λαμβάνουν χώρα τα ακόλουθα:

α) Τα θετικά φορτισμένα κατιόντα του εδαφοδιαλύματος έλκονται ανάλογα με το επίπεδο του φορτίου τους προς την επιφάνεια των κολλοειδών που ως γνωστόν, είναι αρνητικώς φορτισμένη.

β) Τα ήδη προσροφημένα κατιόντα εμφανίζουν μια τάση διάχυσης από την επιφάνεια των κολλοειδών προς το εδαφοδιάλυμα, όταν η συγκέντρωση των κατιόντων είναι χαμηλή. Και αντίστροφα, η διάχυση παρατηρείται προς την επιφάνεια των κολλοειδών, όταν η συγκέντρωση των κατιόντων στο εδαφοδιάλυμα είναι υψηλή. Αποτέλεσμα της ανωτέρω αλληλεπίδρασης είναι ότι λαμβάνει χώρα μία εκθετική μείωση της συγκέντρωσης των κατιόντων, η οποία είναι ανάλογη με την απόστασή τους από την επιφάνεια των σωματιδίων της αργίλου προς το εδαφοδιάλυμα.

Η έλξη των δισθενών κατιόντων (Ca2+, Mg2+) προς την επιφάνεια των κολλοειδών είναι διπλάσια της αντίστοιχης των μονοσθενών (Να+, Κ+). Κατά συνέπεια, στα αλατούχα εδάφη όπου υπερτερούν τα δισθενή κατιόντα στο εδαφοδιάλυμα, η επιφάνεια των κολλοειδών είναι σημαντικά συμπιεσμένη με τα κατιόντα αυτά ήτοι με Ca2+ και Mg2+, και ως εκ τούτου οι μεταξύ των κολλοειδών σωματιδίων απωθητικές δυνάμεις είναι μειωμένες, και επομένως τα σωματίδια συσπειρώνονται, οπότε λαμβάνει χώρα η συσσωμάτωση, που δημιουργεί καλύτερο πορώδες σύστημα και επιθυμητές φυσικές ιδιότητες στο έδαφος. Οι απωθητικές δυνάμεις, που αναπτύσσονται μεταξύ των σωματιδίων της αργίλου, επιτρέπουν την παρουσία περισσότερου εδαφοδιαλύματος, γεγονός που οδηγεί στη διόγκωση, η οποία με τη σειρά της συμβάλλει στη μείωση του μεγέθους των πόρων, λόγω του πλακοειδούς σχήματος των σωματιδίων της αργίλου και της παράλληλης διάταξης τους στο χώρο. Η διόγκωση αυτή συντελεί στη μείωση της περατότητας του εδάφους και, ασφαλώς, της κίνησης του νερού. Εξαρτάται δε από το είδος της αργίλου. Το φαινόμενο αυτό είναι πολύ έντονο, όταν το έδαφος περιέχει σε υψηλό ποσοστό ορυκτά της αργίλου του τύπου 2:1 έκτακτης δομής, π.χ. σμεκτίτη με ESP>15%. Η αύξηση του ESP μέχρι 15% επηρεάζει τη διόγκωση ελαφρά. Μάλιστα, όταν η αύξηση του ESP συνοδεύεται από την παρουσία μοντμοριλλονιτικής αργίλου, τότε η διόγκωση αυξάνει σημαντικά.