يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

حدائق الكيميائية كما تدفق من خلال المفاعلات محاكاة الأنظمة الحرارية المائية الطبيعية

14K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/53015

⸱

نوفمبر 18, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2NASA Astrobiology Institute, Icy Worlds, 3Blue Marble Space Institute of Science, 4Citrus College

في هذه المقالة

ملخص

نصف تكوين الحديقة الكيميائية من خلال تجارب الحقن التي تسمح بالمحاكاة المعملية لأنظمة الحدائق الكيميائية الطبيعية التي تتشكل في فتحات التهوية الحرارية المائية البحرية.

الملخص

هنا نبلغ عن عمليات محاكاة تجريبية لنمو المداخن الحرارية المائية باستخدام طرق الحدائق الكيميائية للحقن. يسمح تعدد استخدامات هذا النوع من التجارب باختبار العديد من كيمياء المحيطات / السوائل الحرارية المائية المقترحة التي يمكن أن تكون قد دفعت ردود فعل تجاه أصل الحياة في البيئات على الأرض المبكرة أو المريخ المبكر أو حتى عوالم أخرى مثل الأقمار الجليدية للكواكب الخارجية. نعرض التجارب التي تشمل نمو هياكل الحدائق الكيميائية في ظل ظروف نقص الأكسجين التي تحاكي الأرض المبكرة ، وإدراج المكونات النزرة للفوسفات / المواد العضوية في محلول الحقن لدمجها في الهيكل ، وتبديل محلول الحقن لإدخال أنيون ترسيب ثانوي ، وقياس إمكانات الغشاء الناتجة عن الحدائق الكيميائية. باستخدام هذه الطريقة ، تم تشكيل هياكل حدائق كيميائية ذاتية التجميع تحاكي المداخن الطبيعية المترسبة في الينابيع الحرارية المائية البحرية ، ويمكن استخدام هذه الرواسب بنجاح كمفاعلات متدفقة عن طريق التغذية من خلال العديد من الحقن "الحرارية المائية" المتتالية.

المقدمة

"الحدائق الكيماوية" هي رواسب الذاتي تجميع غير العضوية التي طورت حيث اثنين من سوائل كيمياء المتناقضة تتفاعل 1،2. وكانت هذه الهياكل غير العضوية الذاتي تجميع موضوع الاهتمام العلمي لأكثر من قرن ويرجع ذلك جزئيا إلى مظهرها بيوميمتيك، وقد سعت العديد من الدراسات التجريبية والنظرية لفهم مختلف الجوانب المعقدة وظائف الممكنة لنظم حديقة الكيميائية 3. وتشمل الأمثلة الطبيعية للحدائق الكيميائية المعدنية "مدخنة" الرواسب التي تنمو حول ينابيع المياه الحارة والتسربات، وقيل أن هذه يمكن أن توفر بيئات معقولة للحياة في الظهور 4. لتنمو في حديقة الكيميائية محاكاة المائية الطبيعية تنفيس مدخنة، يجب حل خزان يمثل تكوين المحيط محاكاة وحل الحقن يجب أن تمثل السوائل المائية التي تغذي المحيط. براعة هذا النوع سو التجربة لأنظمة رد فعل مختلفة تسمح لمحاكاة أي ما يقرب من المحيط / المائية كيمياء السوائل المقترحة، بما في ذلك البيئات على الأرض في وقت مبكر أو في عوالم أخرى. على الأرض في وقت مبكر، فإن المحيطات كانت الأكسجين، الحمضية (درجة الحموضة 5-6)، وكان قد احتوى حلت CO 2 في الغلاف الجوي والحديد 2+، وكذلك الحديد III، ني 2+، المنغنيز 2+، NO 3- وNO 2-. أن التفاعلات الكيميائية بين هذا البحر وقشرة المحيط المافية وقد أنتجت السوائل المائية القلوية التي تحتوي على الهيدروجين والميثان، وفي بعض الحالات كبريتيد (HS -) 4-8. المداخن التي تشكلت في وقت مبكر الأرض البيئات القلوية تنفيس بالتالي يمكن أن يتضمن oxyhydroxides الحديد / الحديدية وكبريتيد الحديد / النيكل، وقد اقترح أن هذه المعادن قد يخدم وظائف معينة الحفازة وبروتو الأنزيمية نحو تسخير الجيوكيميائية الأكسدة / التدرجات درجة الحموضة لدفع ظهور metaboliخ 5. وبالمثل، في عوالم أخرى مثل تلك التي قد تستضيف (أو قد استضافت) الماء / واجهات الصخور - مثل أوائل المريخ والقمر يوروبا المشتري، أو قمر زحل إنسيلادوس - فمن الممكن أن كيمياء المياه / الصخور يمكن أن تولد بيئات تنفيس قلوية قادرة على القيادة الكيمياء تسبق التكوين الجنيني أو حتى توفير منافذ للسكن للحياة موجودة 5،9-11.

التجربة حديقة الكيميائية الكلاسيكية ينطوي على الكريستال بذرة ملح معدني، على سبيل المثال الحديدية كلوريد tetrahydrate FeCl 2 • 4H 2 O، مغمورة في محلول يحتوي على الأنيونات رد الفعل، مثل سيليكات الصوديوم أو "كوب ماء". يذوب الملح المعدني، وخلق حالة المحاليل الحمضية التي تحتوي على الحديد 2+ التي واجهات مع حل أكثر قلوية (التي تحتوي على أيونات السيليكات وOH -) ويتم تشكيل راسب غشاء غير العضوية. تتضخم الغشاء تحت الضغط الاسموزي، رشقات نارية، ثم إعادة يترسب واحدر واجهة السوائل جديدة. ويكرر هذا الإجراء حتى يتم حل البلورات، مما أدى إلى موجه عموديا، التنظيم الذاتي هيكل راسب مع مورفولوجيا معقدة على مستويات الاقتصاد الكلي والجزئي على حد سواء. هذه النتائج هطول العملية في الفصل المستمر للحلول متناقضة كيميائيا عبر غشاء غير العضوية حديقة الكيميائية، واختلاف الأنواع اتهم عبر الغشاء ينتج غشاء المحتمل 12-14. هياكل حديقة كيميائية معقدة، واظهار التدرجات التركيبية من الداخل إلى الخارج 13،15-19، وجدران الهيكل الحفاظ على الفصل بين الحلول المتناقضة لفترات طويلة في حين تبقى قابلة للاختراق إلى حد ما الأيونات. بالإضافة إلى كونها تجربة مثالية للأغراض التعليمية (كما هي بسيطة لجعل لمظاهرات الفصول الدراسية، ويمكن تثقيف الطلاب حول التفاعلات الكيميائية والتنظيم الذاتي)، حدائق الكيميائية لها أهمية علمية حيث تمثيل assemb الذاتيلاي في دينامية، أبعد ما يكون عن التوازن النظم، تشمل الأساليب التي يمكن أن تؤدي إلى إنتاج مواد مثيرة للاهتمام ومفيدة 20،21.

ويمكن أيضا أن تزرع حدائق الكيميائية في المختبر عن طريق وسائل حقن، الذي حل تحتوي على واحد أيون عجل يتم حقن ببطء إلى الحل الثاني الذي يحتوي على أيون-عجل المشترك (أو الأيونات). وهذا يؤدي إلى تشكيل الهياكل حديقة الكيميائية مماثلة لتلك التجارب نمو البلورات، إلا أن خصائص النظام ويعجل يمكن التحكم بشكل أفضل. طريقة حقن ديها العديد من المزايا الهامة. فإنه يسمح احد لتشكيل حديقة الكيميائية باستخدام أي مزيج من عجل أو أدرجت الأنواع، أي يمكن أن تدمج الأيونات عجل متعددة في حل واحد، و / أو يمكن تضمين المكونات الأخرى غير عجل في أي حل كثف / تتفاعل مع راسب . غشاء المحتملة ولدت في مادة كيميائيةويمكن قياس نظام حديقة في تجربة حقن إذا أدرج إلكترود إلى داخل الهيكل، وبالتالي تمكين دراسة الكهروكيميائية للنظام. تجارب الحقن توفر القدرة على إطعام الحل الحقن إلى داخل الحديقة الكيميائية لالأطر الزمنية التي تسيطر عليها متفاوتة معدل الحقن أو إجمالي حجم حقن. ولذا فمن الممكن أن يساهم في إيجاد حلول مختلفة بالتتابع واستخدام بنية عجلت كفخ أو المفاعل. الجمع بين هذه التقنيات تسمح لمحاكاة المختبر من العمليات المعقدة التي قد حدثت في نظام حديقة الكيميائية الطبيعية في تنفيس الغواصة المائية، بما في ذلك مدخنة تشكلت من العديد من ردود الفعل هطول الأمطار في وقت واحد بين المحيط وتنفيس السائل (على سبيل المثال، إنتاج كبريتيد المعادن، هيدروكسيدات ، و / أو الكربونات والسيليكات) 5،22. ويمكن أيضا أن هذه التقنيات يمكن تطبيقها على أي نظام رد فعل حديقة الكيميائي للسماح لتشكيل أنواع جديدةمن المواد، على سبيل المثال، وأنابيب الطبقات أو الأنابيب مع الأنواع المتفاعلة كثف 20،23.

نحن هنا بالتفصيل تجربة سبيل المثال يتضمن النمو المتزامن من الحدائق الكيميائية اثنين، الحديد 2+ التي تحتوي هياكل في بيئة الأكسجين. في هذه التجربة أدخلنا كميات ضئيلة من فوسفات و / أو الأحماض الأمينية في محلول الحقن الأولي لمراقبة تأثيرها على هيكل. بعد التشكيل الأولي للحديقة الكيميائية أننا ثم تحولت الحل الحقن لإدخال كبريتيد كما شاردة عجل الثانوي. تم إجراء قياسات للإمكانات غشاء تلقائيا في كافة مراحل التجربة. يصف هذا البروتوكول كيفية تشغيل تجربتين في وقت واحد باستخدام مضخة الحقن المزدوج. وأظهرت بيانات مطلوبة أشواط متعددة من هذا الإجراء. صممت معدلات تدفق عالية نسبيا، ودرجة الحموضة منخفضة من تركيزات الخزان والمتفاعلة المستخدمة في تجاربنا لتشكيل مدخنة كبيرة يترسب في الوقت المحدد الشوريالس مناسبة لإجراء التجارب المعملية ليوم واحد. ومع ذلك، يمكن معدلات تدفق السوائل في ينابيع المياه الحارة الطبيعية تكون أكثر انتشارا بكثير وتركيزات عجل الكواشف (على سبيل المثال، الحديد وS في نظام الأرض في وقت مبكر) يمكن أن يكون أمر من حجم أقل 4؛ وبالتالي، فإن رواسب منظم تشكل على امتداد فترات زمنية أطول وتنفيس يمكن أن تكون نشطة لعشرات الآلاف من السنين 24،25.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. اعتبارات السلامة

  1. استخدام معدات الوقاية الشخصية (معطف المختبر، نظارات واقية وقفازات النتريل، والأحذية المناسبة) لمنع ضد تسرب أو الإصابة الكيميائية. استخدام المحاقن والإبر، والحرص على عدم ثقب القفازات. رعاية أثناء الإعداد التجربة للتحقق من جهاز للكشف عن التسربات عن طريق إجراء الحقن الأولى مع ضعف المقطر H 2 O ([ده 2 O)، وتحقق الاستقرار في قارورة رد فعل على الموقف، قبل أن يضيف المواد الكيميائية.
  2. إجراء هذه التجربة مع أي حديقة صفة الكيميائية، ولكن واحدة من الكواشف التي نستخدمها لمحاكاة الفتحات في أعماق البحار هو مادة كيميائية خطرة، كبريتيد الصوديوم. وبالتالي قيام بهذه التجربة بأكملها داخل غطاء الدخان لمنع التعرض.
    1. فقط فتح زجاجة من كبريتيد الصوديوم في غطاء الدخان ووضع التوازن داخل غطاء الدخان وزنها كبريتيد. دائما الحلول التي تحتوي على كبريتيد داخل غطاء الدخان كما يطلقون السام H 2 S الغاز، وكذلك الحفاظ sulfidالسائل الإلكترونية، الأدوات الحادة، وحاويات النفايات الصلبة في غطاء الدخان. المتفاعلة آخر يتمثل في الحديد (II) الكلورين 2 • 4H 2 O، الذي يتأكسد عند التعرض للهواء، حتى تأخذ الرعاية للحفاظ على الحلول نقص الأكسجين وتنمو حدائق الكيميائية تحت فراغ الرأس عوز الأكسجين (على سبيل المثال، N 2 أو ع)، ودائما داخل غطاء الدخان أو علبة القفازات.

2. الإعداد للتجارب الحقن

  1. إنشاء زجاج "قارورة حقن" بقطع أسفل 1 سم من 100 مل الزجاج واضحة تجعيد أعلى زجاجة المصل (20 ملم تجعيد ختم نوع الإغلاق) مع قطع الزجاج بحيث عندما مقلوب، السفينة مفتوحة للهواء. لأن هذه هي قابلة لإعادة الاستخدام، وتنظيف قارورة في 1 M حمض الهيدروكلوريك حمام الحمضية O / N، ثم يشطف جيدا مع ده 2 O قبل تجربة جديدة.
  2. إعداد قارورة الحقن (الشكل 1).
    1. جمع 20 مم الحاجز، 20 مم الألومنيوم تجعيد الختم، و0.5-10 ميكرولتر ماصة بلاستيكية طرف. باستخدام NE 16 G حقنةedle، ثقب بعناية من خلال ثقب وسط الحاجز، ثم إزالة والتخلص من الإبرة في حاوية النفايات الحادة المناسبة.
    2. إدراج غيض ماصة في حفرة الإبرة، إلى جانب الحاجز المطاطي الذي سيواجه داخل الجزء العلوي تجعيد من القارورة. دفع غيض ماصة من خلال الحاجز بحيث الوخزات من الجانب الآخر.
    3. تجعيد ختم الحاجز مع ماصة على السفينة حقن لجعل خاتم للماء. عندما مختومة، ودفع غيض ماصة أكثر من خلال الحاجز بحيث يبرز خارج.
    4. يلصق 1/16 "القطر الداخلي واضح مرن أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية للطرف ماصة (طول الأنبوب يجب أن تصل من قارورة الحقن لضخ حقنة)؛ الانزلاق للحصول على ختم ماء.
      ملاحظة: سوف يكون هذا الأنبوب الحقن، ويتغذى من الطرف الآخر عن طريق حقنة مع 16 G الإبرة.
    5. تحقق من وجود تسرب: إدراج حقنة 10 مل مليئة ده 2 O مع إبرة G 16 إلى الطرف الآخر من الأنبوب(بسلاسة حرك الأنبوب مباشرة على الإبرة ويجب الحرص على عدم ثقب جدار الأنبوب). حقن ببطء بحيث ده 2 O يتحرك صعودا أنابيب وإلى الجزء السفلي من وعاء التفاعل. تأكد من أن حقنة / أنبوب، أنبوب / معلومات سرية، وتجعيد الأختام هي ماء.
  3. المشبك قارورة الحقن على الوقوف في غطاء الدخان، بحيث حقن ستصب في من أسفل القارورة.
    ملاحظة: يمكن تعيين قوارير متعددة تصل في وقت واحد وتغذى في وقت واحد عن طريق الحقن منفصلة.
  4. إنشاء أقطاب لقياس غشاء المحتملة عبر جدار حدائق الكيميائية. دائما استخدام نفس الاتفاقية التي الرصاص هو "داخل" والذي هو "خارجي" للحدائق الكيميائية.
    1. قطع أطوال الأسلاك المعزولة (على سبيل المثال، النحاس) التي تصل من داخل أوعية التفاعل إلى حذو المتعدد أو بيانات مسجل. ترك قليلا من الركود في الأسلاك لتحديد المواقع.
    2. قطاع ~ 3 ملم منالأسلاك العارية في نهايات التي سوف يكون موجودا داخل القارورة رد فعل. في نهايات أخرى من شأنها أن تكون متصلا يؤدي المتعدد، وقطاع ~ 1 سم من السلك.
    3. إصلاح الأسلاك في مكانها لقياس غشاء المحتملة عبر الحديقة الكيميائية. لالسلك الذي سيذهب داخل الحديقة الكيميائية: أدخله في افتتاح غيض ماصة من السوائل التي سوف تغذي السفينة.
    4. دفع الأسلاك في طفيفة لضمان اتصال مع الحل الحقن، ولكن ليست بعيدة بحيث تسد تدفق الحقن. للخارج السلك: مكان بحيث أنها سوف تكون على اتصال مع الخزان حل ولكن ليس مع حديقة راسب كيميائي.
    5. الشريط أو تأمين الأسلاك بحيث لا يستطيعون التحرك داخل قارورة الحقن خلال التجربة (الشكل 2).
    6. إرفاق غايات أخرى من الأسلاك إلى متعدد، وتأمين الأسلاك بحيث تلك الغايات أيضا لا تتحرك في كافة مراحل التجربة.
  5. انشاء N 2 خطوط الغاز التي من شأنها أن تغذي كل في واحدة من قارورة الحقن.
    1. تقسيم تغذية الغاز من مصدر N 2 إلى عدة أنابيب، حتى لا يكون هناك واحد N 2 تغذية لكل قارورة الحقن.
    2. وضع كل N 2 أنبوب بحيث يغذي فراغ الرأس واحدة من قارورة الحقن.

3. إعداد حلول لالكيميائية حديقة النمو

  1. إعداد الحل الخزان، 100 مل لكل تجربة. ملاحظة: في هذا المثال، استخدم 75 ملم الحديد 2+ و 25 ملي الحديد 3+ كما الكاتيونات عجل (الجدول 1).
    1. إيجاد حلول الأكسجين التي ظهرت على السطح أولا ده 2 O مع N 2 الغاز لل~ 15 دقيقة لكل 100 مل.
    2. تزن بها وإضافة FeCl 2 • 4H 2 O وFeCl 3 • 6H 2 O، واثارة بلطف إلى حل (وليس بقوة حتى لا يعرض الأكسجين).
    3. بعد أن يتم حله الكواشف، resum فوراه ضوء محتدما من الحديد 2+ / الحديد 3+ حل مع N 2 الغاز في حين يتم إعداد الحقن.
  2. اختيار أي اثنين من الحلول حقن الأولية هو مبين في الجدول رقم 1، وإعداد 10 مل لكل منهما. حقنة ملء 10 مل إلى علامة 7 مل مع كل من حلول (حقنة واحدة لكل الحل). استبدال قبعات الإبرة ويوضع جانبا.
  3. إعداد 20 مل من محلول الحقن الثانوي (كبريتيد الصوديوم - تنبيه). هو مبين في الجدول رقم 1 ملء كل منهما 10 مل المحاقن إلى علامة 7 مل مع هذا الحل، استبدال قبعات الإبرة ويوضع جانبا. دائما الحلول التي تحتوي على كبريتيد والحقن في غطاء الدخان.
  4. إعادة ملء ده 2 O الحقن من الخطوة 2.2.5. هذه سيتم استخدامها لمسح أنبوب حقن.

4. بدء حقن الابتدائي

  1. استخدام المطلوب مسجل بيانات لقياس المحتملة الغشاء. قياس إمكانات كل تجربة على لseparatقناة ه، وحددت معدل المسح إلى إعطاء المبلغ المطلوب من نقاط البيانات (على سبيل المثال، لحقن 2-ساعة، تسجيل إمكانات كل 30 ثانية سيكون كافيا).
  2. تأمين الحقن حقن الأولية على ضخ حقنة للبرمجة في غطاء الدخان.
  3. استخدام كوب النفايات للقبض على القطرات وتعيين ضخ حقنة لحقن بمعدل سريع حتى الحقن على حد سواء تبدأ بالتنقيط في الكأس. ثم وقف الحقن (من أجل ضمان أن الحقن اثنين تبدأ عن طريق الحقن في تمام نفس المستوى).
  4. إعادة برنامج ضخ حقنة لحقن في 2 مل لكل ساعة (معايرة لنوع من المحاقن المستخدمة)، ولكن لا تصل البداية.
  5. إدراج O الحقن ده 2 إلى اثنين من أنابيب حقن البلاستيك، وحقن حتى أن الماء يملأ أنابيب يصل اضح إلى الفتحة حيث يدخل الخزان الرئيسي. مكان الحقن على الوقوف، فوق قارورة الحقن.
  6. صب 100 مل من الحديد 2+ / الحديد 3+ حل الخزان إلى عصامقارورة CH.
  7. ضبط تدفق خطوط الغاز N 2 كما هو مطلوب للحفاظ على نقص الأكسجين التجربة لمدة الحقن.
  8. تغطية بعناية قارورة الخزان مع ختم محكم (على سبيل المثال، به Parafilm؛ ولا حجبت الرؤية من خلال الزجاج) وإدراج تغذية N 2 في كل قارورة (الشكل 3).
  9. جلب ده 2 O الحقن (لا يزال إدخالها في أنابيب) إلى جوار الحقن حقن الأولية. الشريحة بعناية حقن الأنابيب البلاستيكية قبالة O حقنة إبرة ده 2، ونقل على الفور بشكل مباشر على واحد من الإبر حقن حقنة الأساسي. (احرص على عدم ثقب جدار الأنبوب.)
  10. بدء الحقن، وبدء تسجيل غشاء المحتملة.

5. بدء حقن الثانوي:

  1. ضرب المحطة على ضخ حقنة بعد 3 ساعات (بعد أن تم حقن 6 مل)، وقد شكلت هياكل حديقة مرة واحدة الكيميائية (فيقوإعادة 4)، وتوليد باستمرار إمكانات غشاء (الشكل 5).
  2. إزالة بعناية المحاقن الأولية من ضخ حقنة (ولكن تركها متصلة أنابيب وبالتالي فإن الهياكل ليست مضطربة)؛ مجموعة منهم على الوقوف فوق مستوى السائل في قارورة بحيث السائل لا يمكن أن تتدفق مرة أخرى إلى الحقنة.
  3. تأمين الحقن حقن كبريتيد الثانوية إلى ضخ حقنة، وكرر الخطوات 4.3 و 4.4.
  4. إزالة المحاقن ثانوية واحدة في وقت واحد من ضخ حقنة، و، في حين عقد الحقن فوق مستوى السائل في قارورة، كرر الخطوة 4.9، نقل الأنابيب من الحقن الابتدائية إلى الثانوية المحاقن (الشكل 6). توخي الحذر أن ضغط السائل من الخزان إلى الحقنة لا يسبب السوائل في التدفق مرة أخرى إلى الحقنة لأن هذا يمكن أن تنهار في حديقة الكيميائية.
  5. عندما اكتمال عملية النقل، وتأمين بعناية الحقن الثانوية إلى thالبريد حقنة مضخة.
  6. إعادة برنامج ضخ حقنة لحقن في 2 مل لكل ساعة، وضرب تبدأ لمواصلة حقن مع الحل حقن الجديد.
  7. التخلص الآمن من الحقن حقن الأولية.

6. إنهاء التجربة

  1. أولا إيقاف ضخ حقنة، ثم توقف تسجيل غشاء المحتملة وحفظ البيانات.
  2. إيقاف تدفق N 2 وإزالة الخطوط وParafilm من السفن الحقن.
  3. إذا رغبت في ذلك، أخذ عينات من الحل الخزان أو يعجل لمزيد من التحليل. لإزالة بعناية الحل الخزان وعدم إزعاج راسب، واستخدام ماصة 25 مل إلى ماصة بعناية قبالة حل الخزان في عدة قسامات، وتجاهل الحل في كوب من النفايات.
  4. Unclamp الأوعية حقنة واحدة في وقت وتصب الحل في دورق نقل النفايات في غطاء الدخان. استخدام ده 2 O لشطف من قطعة من راسب.
  5. إزالة المحاقن جيئة وذهابام ضخ حقنة، واستخراجها من الأنبوب، مما يتيح اضافية سائل الحقن هرب إلى الدورق نقل النفايات. إفراغ الحقن في الكأس النفايات، والتخلص من الحقن في حاوية الأدوات الحادة كبريتيد الاحتفاظ بها في غطاء الدخان.
  6. إزالة الأنبوب من القارورة التجربة والتخلص منها في كيس النفايات الصلبة. Uncrimp الختم والتخلص من الحاجز، وختم، وماصة.
  7. شطف خارج القنينة التجربة الزجاج ونقع عليه في 1 M حمض الهيدروكلوريك حمام حمض O / N. (تنبيه - الأواني الزجاجية التي كانت على اتصال مع كبريتيد الصوديوم ستفرج السام H 2 S الغاز عند وضعه في حامض إبقاء الحمامات حمض داخل غطاء الدخان.)

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

وبعد البدء في حل حقن لتغذية الحل الخزان، بدأ حديقة راسب الكيميائي لتشكل في واجهة السوائل، واستمر هذا الهيكل في النمو على مدى الحقن (الأرقام 4-7). في التجارب ذكرت هنا، كان الحقنة الأولى هيدروكسيد الصوديوم (التي يمكن تعديلها لتشمل L-ألانين و / أو بيروفسفات)، وكان الحل الخزان 1: خليط 3 من الحديد 3+ / الحديد 2+، مما أسفر عن مختلطة -redox للدولة oxyhydroxide الحديد يعجل. عرضت الحدائق الكيميائية عادة التشكل اللون المزدوج - كانت بعض القطع من راسب كا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تشكيل هيكل حديقة الكيميائية عبر طريقة حقن يمكن تحقيق ذلك عن طريق ربط أي اثنين من المحاليل التي تحتوي على أيونات التفاعلية التي تنتج راسب. هناك العديد من أنظمة التفاعل الممكنة التي من شأنها أن تنتج هياكل راسب وإيجاد الوصفة المناسبة للأيونات رد الفعل وتركيزات أن ينمو هيكلا المطلوب هو على سبيل التجربة والخطأ. يتم التحكم في معدل التدفق من الحل حقن عن طريق ضخ حقنة للبرمجة وهذا يمكن أيضا أن تختلف بين التجارب لمحاكاة معدلات مختلفة من تدفق السوائل في النظام الطبيعي. هيكل حدائق الكيميائية ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

شكر وتقدير

تم إجراء هذا البحث في مختبر الدفع النفاث ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، بموجب عقد مع الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء. نحن نقدر الدعم المقدم من معهد ناسا لعلم الأحياء الفلكي (Icy Worlds). LMB مدعوم من NAI من خلال برنامج ما بعد الدكتوراه التابع لناسا ، الذي تديره جامعات أوك ريدج التابعة لوكالة ناسا من خلال عقد مع وكالة ناسا. تم دعم JEN من خلال PR / Award #: P031C110019 إدارة من خلال Citrus College. نحن نقر بالمناقشات المفيدة مع أعضاء مجموعة NAI المتخصصة في الديناميكا الحرارية والاختلال في التوازن والتطور ومعهد بلو ماربل للعلوم الفضائية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مضخة حقنةفيشر14-831-3قناة مزدوجة أو متعددة ، اعتمادا على العدد المطلوب من التجارب المتزامنة
كلوريد الحديدوز رباعي هيدراتفيشرI90500كلوريد الحديدوز رباعي الهيدرات (بلوري / معتمد)
سداسي هيدرات كلوريد الحديديكفيشرI88-100الحديديك & nbsp ؛ كلوريد  سداسي هيدرات  (كتل / ACS معتمدة)
هيدروكسيد الصوديومSigma-AldrichS5881درجة الكاشف ، & ge ؛ 98٪ ، حبيبات (لامائية)
كبريتيد الصوديوم غير هيدراتفيشرS425212كبريتيد الصوديوم غير هيدرات (بلوري / معتمد ACS). يخزن في -20  &# 176 ؛ ج. افتح فقط في صندوق القفازات أو غطاء الدخان. يطلق الغاز H2S السام؛ يجب حفظ جميع المحاليل المحتوية على الكبريتيد في صندوق قفازات أو غطاء دخان.
بيروفوسفات البوتاسيومسيجما ألدريتش< href = "http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en& ؛ region=US">32243197٪
L-AlanineSigma-AldrichA7627
محاقن (10  cc)فيشر14-823-16EBD & التجارة ؛ حقنة مع أطراف Luer-Lok (بدون إبرة)
إبر حقنة (16  مقياس)فيشر14-826-18BBD & التجارة ؛ الاستخدام العام والإبر تحت الجلد PrecisionGlide ، 16   ؛ عمق × 1.5 بوصة. (38  مم)
أنابيبكول بارمرEW-06407-71أنابيب مختبر Tygon ، غير DEHP ، 1/16 "معرف × 1/8" أختام
ألومنيومفيشر0337523Cحراري علمي & تجاري ؛ الوطنية والتجارة; Headspace 20  مم تجعيد الأختام
سدادات بوتيل رماديةفيشر0337522AAالحرارية العلمية والتجارة. الوطنية والتجارة; 20  مم الحاجز لقوارير Headspace
زجاجات المصل قواريرSigma-Aldrich33110-U، أعلى تجعيد ، زجاجة مصل ، مقاس 100 مل ، زجاج شفاف ، OD & H 51.7 مم & مرات ؛ 94.5 ملم. في هذه التجارب ، يجب قطع الجزء السفلي من زجاجة المصل.
أطراف الماصةVWR53511-682أطراف الماصة 0.5-10 &# 956 ؛ ل
سلكMcMaster-Carr8073K661سلك موصل أحادي صلب ، UL 1007/1569 ، 20 AWG ، 300 فولت تيار متردد
OD

المراجع

  1. Leduc, S. The Mechanism of Life. , Rebman. London. (1911).
  2. Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. Studies of the growth of ‘‘silicate gardens’’ and related phenomena. J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).
  3. Barge, L. M., et al. From Chemical Gardens to Chemobrionics. Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).
  4. Russell, M. J., Hall, A. J. The onset and early evolution of life. GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).
  5. Russell, M. J., et al. The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds. Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).
  6. Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life. Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).
  7. Mielke, R. E., et al. Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin‐Of‐Life Experiments. Astrobiology. 10, 799-810 (2010).
  8. Russell, M. J., Hall, A. J. The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front. J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).
  9. Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. Hydrothermal systems in small ocean planets. Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).
  10. Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. Geologic setting of serpentine deposits on Mars. Geophys. Res. Lett. 37, L06201(2010).
  11. Hsu, H. -W., et al. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature. 519, 207-210 (2015).
  12. Cartwright, J. H. E., García-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Otálora, F. Formation of Chemical Gardens. J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).
  13. Barge, L. M., et al. Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures. Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).
  14. Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., García-Ruiz, J. M. Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes. Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).
  15. Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. Compositional analysis of copper–silica precipitation tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).
  16. Parmar, K., et al. Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through “silica garden” route. Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).
  17. Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes. Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).
  18. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, I. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations. Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).
  19. Stone, D. A., Goldstein, R. E. Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template. P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).
  20. Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots. J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).
  21. Long, D. -L., Tsunashima, R., Cronin, L. Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).
  22. Mielke, R. E., et al. Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life’s Emergence. Astrobiology. 11, 933-950 (2011).
  23. Roszol, L., Steinbock, O. Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100(2011).
  24. Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Früh-Green, G. Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field. Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).
  25. Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments. Terra Nova. 1, 238-241 (1989).
  26. Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life. J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).
  27. Barge, L. M., et al. Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems. Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).
  28. McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors. Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).
  29. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, C. I., Stocieck, L. S. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity. Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).
  30. Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens. J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).
  31. Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation. Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).
  32. Herschy, B., et al. An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents. J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).
  33. Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates? Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).
  34. Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. Kinetics of nitrate reduction by green rusts—effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio. Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).
  35. Trolard, F., Bourrié, G. Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties. Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , InTech. (2012).
  36. van Oss, C. J. Specifically Impermeable Precipitate Membranes. Surface and Colloid Science. , Springer. US. 115-144 (1984).
  37. Baaske, P., et al. Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems. P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

المدخنات المائية الحراريةالظروف اللاهوائيةجهد الغشاءطريقة الحقنمضخة حقنغاز النيتروجينكبريتيدات الحديدمحاكاة الأرض المبكرة
حدائق الكيميائية كما تدفق من خلال المفاعلات محاكاة الأنظمة الحرارية المائية الطبيعية
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.