Simulation von hydrothermalen Schornsteinen der frühen Erde in einer Umgebung mit thermischem Gradienten

Der 3D-Druck des Kühlkondensators ermöglicht es, zuvor entwickelte experimentelle Methoden zur Temperaturregelung einfach zu modifizieren. Die digitalen Designs können dann von jedem Forscher mit Zugriff auf einen 3D-Drucker einfach geteilt, modifiziert und gedruckt werden. Diese Methode könnte zur Simulation hydrothermaler Prozesse auf der Erde verwendet werden, aber auch zur Simulation hydrothermaler Ereignisse auf Jupiters Mond Europa oder Saturns Mond Enceladus.

Die von uns entwickelte Methode kombiniert eine Vielzahl von Komponenten auf einzigartige Weise. Die visuelle Demonstration ermöglicht es Studenten und Forschern, die an der Reproduktion oder Anpassung dieser Methoden interessiert sind, zu sehen, wie die experimentelle Apparatur zusammengebaut und bedient werden kann. Beginnen Sie, indem Sie den Thermistor in einer stabilen Position auf einer Seitenbank so nah wie möglich am Abzug platzieren.

Stecken Sie die USB-Seite eines RS-232-Adapterkabels in den USB-Anschluss des Computers und stecken Sie das Kabel in eine Steckdose. Schalten Sie die Stromversorgung für den Thermistor und die Thermistorsoftware auf dem Computer ein. Überprüfen Sie die Flachbandkabel und stellen Sie sicher, dass sie ordnungsgemäß mit den Pins der RS-232-Kabelbelegungen verbunden sind.

Sobald die Verbindung hergestellt ist, stellen Sie sicher, dass die Ausgabe zu 100% in roten Balken angezeigt wird. Wenn der Thermistor blinkt, ändern häufige Intervallmessungen die Intervallzeit auf 60 Sekunden. Löschen Sie im Feld Controller-Optionen unten eine Sekunde und ändern Sie auf 60 Sekunden.

Klicken Sie dann auf die Schaltfläche OK. Klicken Sie auf die ovale Schaltfläche neben dem Firmenlogo mit der Bezeichnung Auto-Scale. Beachten Sie die gelbe Linie, die die Temperaturanzeige anzeigt.

Klicken Sie im Plotbereich mit der rechten Maustaste, um das Diagramm nach Ihren Wünschen anzupassen, z. B. die Skalierung und die X- und Y-Achsen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Plotbereich und klicken Sie auf Nach Excel exportieren, bevor eine neue Lektüre beginnt. Speichern Sie die Temperatur- und Zeitdaten in der Tabelle, die automatisch vom Programm erstellt wurde.

Legen Sie die Metall-Thermistorsonde in das Glas-Ozeangefäß innerhalb des Kondensators. Stellen Sie sicher, dass die Sonde an der Seite des Glases eingestellt ist, und bedecken Sie das Glas mit Parafilm. Füllen Sie einen mittelgroßen Eimer bis zur Hälfte mit Wasser, legen Sie den Eimer in eine Plastikpfanne und fügen Sie dem Wasser Eis hinzu, bis es fast voll ist.

Legen Sie die beiden Kunststoff-Absperrschläuche an beiden Enden der Wasserpumpe an. Beachten Sie, dass die vertikale Pumpenöffnung der Ort ist, an dem Wasser eingegossen wird, um mit der Grundierung zu beginnen, und die horizontale Öffnung ist der Ort, an dem Wasser ausgestoßen wird. Stecken Sie die Pumpe in eine Steckdose, lassen Sie aber die elektrischen Anschlüsse offen.

Schließen Sie den horizontalen Kunststoffschlauch an den höheren Kondensatoranschluss nach rechts an und stellen Sie sicher, dass der Schlauch lang genug ist, um den Eiskübel zu erreichen. Schließen Sie einen weiteren absperrten Kunststoffschlauch an den linken Kondensatoranschluss an. Positionieren Sie diesen Schlauch über dem Eimer Eiswasser, in den das Wasser aus dem Kondensator ausgestoßen wird.

Gießen Sie kaltes Wasser durch den Schlauch, der mit der vertikalen Öffnung der Pumpe verbunden ist. Wenn die Pumpe voll mit Wasser ist und bis zum Kondensatoranschluss reicht, tauchen Sie den Schlauch in das Eiswasserbad und schließen Sie sofort die elektrischen Anschlüsse an. Bereiten Sie die Pumpe vor, um Wasser durch den Kondensator zu fließen, füllen Sie den Eimer mit Eis und legen Sie ein Thermometer in den Eimer, um die Temperatur zu überprüfen.

Fügen Sie weiterhin mehr Eis hinzu, um das Wasser auf einer kalten Temperatur zu halten und etwas des wärmeren Wassers auszuschöpfen. Wickeln Sie ein Pad um die Sulfidspritze und schrauben Sie zwei Metallklemmen fest um das Pad. Gießen Sie ein oder zwei Meereslösungen in die vorgefertigten Schornsteingefäße.

Gießen Sie eine Ozeanlösung mit einem Kondensator in die Glasfläschchen und die andere ohne Kondensator in das Raumtemperaturgefäß, wobei Sie darauf achten, den Temperaturfühler nicht zu bewegen. Starten Sie die Injektion und beginnen Sie mit der Aufzeichnung der Meerestemperatur am Thermistor. Sobald das Wasser durch den Kondensator zirkuliert, beginnt die Temperatursonde des Thermistors, den Temperaturabfall im Ozean anzuzeigen.

Sobald das hydrothermale Flüssigkeitssimulanzmittel die Durchstechflasche des Ozeans erreichte, begann sich eine mineralische Niederschlagsstruktur zu bilden, die für die Dauer der Injektion dicker und höher wurde. Konzentriertere Sulfidlösungen ermöglichten höhere und robustere Mineralfällungen. In einigen Fällen bildete sich keine Struktur, sondern nur eine flüssige Sulfidmineralsuppe, die sich schließlich als Sediment absetzen würde.

In thermischen Gradientenkaminexperimenten mit Eisensulfid-Festkaminstrukturen koalierten sich im Allgemeinen nicht so gut wie bei Raumtemperatur. Die Schornsteine im Temperaturgradienten waren schnurartig und schwach in der Natur. Während die nicht-thermischen Gradientenergebnisse mehr semi-permanente Strukturen aufweisten.

Gleiches galt, wenn die hydrothermale Flüssigkeit erhitzt wurde. Ein fester Eisensulfidschornstein konnte sich zwischen einer hydrothermalen Lösung bei Raumtemperatur und einem kaltozeanischen Simulant bei höheren Sulfid- und Eisenkonzentrationen bilden. Die Wirkung eines thermischen Gradienten auf das Wachstum von Eisenhydroxidschornsteinen wurde ebenfalls getestet.

Während das Eisenhydroxidexperiment bei Raumtemperatur einen robusten Schornsteinausschlag erzeugte, führte das thermische Gradientenexperiment zu einer geringeren Menge an Schornsteinmaterial, das nicht vertikal verschmolz. Nach diesem Verfahren kann eine breite Palette von Chemie- und Temperaturgradienten untersucht werden, um die Rolle von Temperaturgradienten auf diesen dynamischen chemischen Systemen besser zu verstehen.