Natuurlijk spanningsverschil beïnvloedt watertransport in klei
10 mei 2005
NWO-promovenda Katja Heister onderzocht hoe spanningsverschillen in
kleilagen het transport van water en zout door deze lagen beïnvloeden.
De uitkomsten van haar onderzoek zijn van belang voor nieuwe modellen
voor watertransport. Deze modellen voorspellen bijvoorbeeld de
verspreiding van stoffen vanuit afvalstortplaatsen. Heister promoveert
30 mei aan de Universiteit Utrecht.
Het transport van water en de daarin opgeloste stoffen door kleilagen
speelt een belangrijke rol bij bijvoorbeeld het indringen van zeewater
in het grondwater van kustgebieden, de verspreiding van stoffen vanuit
verontreinigde bagger of afvalstortplaatsen en de opslag van
radioactief of giftig afval in diepe kleilagen.
Tot nu toe werd in computermodellen voor watertransport geen rekening
gehouden met transport door spanningsverschillen. De effecten van een
spanningsverschil over de verschillende kleilagen kunnen echter niet
worden genegeerd en moeten worden meegenomen in deze modellen. De data
en parameters die Katja Heister tijdens haar onderzoek heeft
verkregen, kunnen in deze modellen worden gebruikt.
Het watertransport in de bodem wordt niet alleen veroorzaakt door de
waterdruk, maar ook door verschillen in zoutconcentratie en
elektrische spanning. Dit wordt chemische osmose en electro-osmose
genoemd. Zowel een verschil in waterdruk als een verschil in
zoutconcentratie veroorzaken een elektrisch spanningsverschil over de
kleilaag. Dit beïnvloedt het water- en stoftransport door de kleilaag.
Dit spanningsverschil wordt respectivelijk stromingspotentiaal en
membraanpotentiaal genoemd. De potentiaalverschillen ontstaan doordat
een kleilaag zich gedraagt als een soort semi-permeabel membraan. De
laag is te vergelijken met de wand van een biologische cel.
In haar onderzoek bekeek Katja Heister in laboratoriumexperimenten de
invloed van stromings- en membraanpotentialen op het transport van
water en daarin opgeloste zouten door een dichte kleilaag. Ze
gebruikte verschillende soorten klei, zoals een commercieel
verkrijgbare vorm van Wyoning-bentoniet, Boomse klei uit België en
Calais-klei uit de polder Groot Mijdrecht in Nederland.
Heister stelde zowel in de Wyoming-bentoniet als in de Boomse klei
significante stromings- en membraanpotentialen vast. Deze
spanningsverschillen veroorzaken een tegenstroom van water en zouten
door de klei. De Calais-klei verzuurde sterk in het laboratorium,
zodat katteklei ontstond. Hierin kon Heister geen potentialen
vaststellen.
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek