Simulation de cheminées hydrothermales de la Terre primitive dans un environnement à gradient thermique

L’impression 3D du condenseur de refroidissement permet de modifier facilement les méthodes expérimentales précédemment développées pour le contrôle de la température. Les conceptions numériques peuvent ensuite être facilement partagées, modifiées et imprimées par n’importe quel chercheur ayant accès à une imprimante 3D. Cette méthode pourrait être utilisée pour simuler des processus hydrothermaux sur terre, mais pourrait également être utilisée pour simuler des événements hydrothermaux sur la lune de Jupiter Europe ou la lune de Saturne Encelade.

La méthode que nous avons développée combine une variété de composants d’une manière unique. La démonstration visuelle permettra aux étudiants et aux chercheurs intéressés par la reproduction ou l’adaptation de ces méthodes de voir comment assembler et faire fonctionner l’appareil expérimental. Commencez par placer la thermistance dans une position stable sur un banc latéral aussi près que possible de la hotte.

Insérez le côté USB d’un câble adaptateur RS-232 dans le port USB de l’ordinateur et branchez le cordon dans une prise d’alimentation. Mettez sous tension la thermistance et le logiciel de la thermistance sur l’ordinateur. Vérifiez les câbles ruban et assurez-vous qu’ils sont correctement connectés aux broches des broches de câble RS-232.

Une fois connecté, assurez-vous que la sortie se lit à 100% dans les barres rouges. Lorsque la thermistance clignote fréquemment, les mesures d’intervalles modifient le temps d’intervalle à 60 secondes. Dans la zone d’options du contrôleur vers le bas, supprimez une seconde et passez à 60 secondes.

Cliquez ensuite sur le bouton OK. Cliquez sur le bouton ovale à côté du logo de l’entreprise étiqueté auto-scale. Notez la ligne jaune qui indique la lecture de la température.

À l’intérieur de la zone de tracé, cliquez avec le bouton droit de la souris pour ajuster le tracé à votre guise, par exemple la mise à l’échelle et les axes X et Y. Faites un clic droit sur la zone de tracé et cliquez sur exporter vers Excel avant qu’une nouvelle lecture ne commence. Enregistrez les données de température et de temps dans la feuille de calcul créée automatiquement par le programme.

Placez la sonde à thermistance métallique dans le vaisseau océanique en verre à l’intérieur du condenseur. Assurez-vous que la sonde est réglée sur le côté du verre, puis recouvrez le verre de parafilm. Remplissez un seau de taille moyenne avec de l’eau jusqu’à mi-chemin, placez le seau dans une casserole en plastique et ajoutez de la glace à l’eau jusqu’à ce qu’elle soit presque pleine.

Placez les deux tuyaux de coupure en plastique sur chaque extrémité de la pompe à eau. Notez que l’ouverture verticale de la pompe est l’endroit où l’eau sera versée pour commencer l’amorçage, et l’ouverture horizontale est l’endroit où l’eau est éjectée. Branchez la pompe dans une prise de courant, mais laissez les connecteurs électriques ouverts.

Connectez le tuyau en plastique horizontal à l’orifice supérieur du condenseur orienté vers la droite et assurez-vous que le tuyau est assez long pour atteindre le seau à glace. Connectez un autre tuyau en plastique de coupure au port gauche du condenseur. Placez ce tuyau sur le seau d’eau glacée dans lequel l’eau sera éjectée du condenseur.

Versez de l’eau froide à travers le tuyau relié à l’ouverture verticale de la pompe. Lorsque la pompe est pleine d’eau, atteignez jusqu’à l’orifice du condenseur, immergez le tuyau dans le bain-marie et connectez immédiatement les connecteurs électriques. Amorcez la pompe pour qu’elle commence à faire couler de l’eau dans le condenseur, remplissez le seau de glace et placez un thermomètre dans le seau pour vérifier la température.

Continuez d’ajouter plus de glace pour maintenir l’eau à une température froide et en extraire une partie de l’eau plus chaude. Enroulez un tampon autour de la seringue sulfuré et vissez fermement deux pinces métalliques autour du tampon. Versez une ou deux solutions océaniques dans les cheminées préfabriquées.

Versez une solution océanique dans le flacon en verre avec un condenseur et l’autre dans le récipient à température ambiante sans condenseur, en veillant à ne pas déplacer la sonde de température. Commencez l’injection et commencez à enregistrer la température de l’océan sur la thermistance. Une fois que l’eau circule dans le condenseur, la sonde de température de la thermistance commencera à afficher la chute de température dans l’océan.

Une fois que le simulant de fluide hydrothermal a atteint le flacon océanique, une structure de précipité minéral a commencé à se former qui est devenue plus épaisse et plus haute pendant la durée de l’injection. Des solutions plus concentrées de sulfure ont permis d’obtenir des précipités minéraux plus hauts et plus robustes. Dans certains cas, aucune structure n’a été formée seulement une soupe minérale sulfurée liquide qui finirait par se déposer sous forme de sédiment.

Dans les expériences de cheminée à gradient thermique avec des structures de cheminée solides en sulfure de fer, les structures de cheminée solides ne se sont généralement pas fusionnées aussi bien qu’à température ambiante. Les cheminées dans le gradient de température étaient semblables à des cordes et de nature ténue. Alors que les résultats du gradient non thermique avaient des structures plus semi-permanentes.

Il en allait de même lorsque le fluide hydrothermal était chauffé. Une cheminée de sulfure de fer solide a pu se former entre une solution hydrothermale à température ambiante et un simulant océanique froid à des concentrations plus élevées de sulfure et de fer. L’effet d’un gradient thermique sur la croissance des cheminées d’hydroxyde de fer a également été testé.

Alors que l’expérience de l’hydroxyde de fer à température ambiante a produit un précipité de cheminée robuste, l’expérience de gradient thermique a abouti à une plus petite quantité de matériau de cheminée qui n’a pas fusionné verticalement. En suivant cette procédure, un large éventail de gradients chimiques et de température peut être exploré pour mieux comprendre le rôle des gradients de température sur ces systèmes chimiques dynamiques.