Chemische Gardens als doorstroomreactoren simuleren Natural Hydrothermal Systems

Het algemene doel van het volgende experiment is om natuurlijke schoorstenen te simuleren die zijn geprecipiteerd bij onderwater-hydrothermale ventilaties van de vroege aarde, met behulp van chemische tuinexperimenten om de zelf-assemblerende structuren op kleine schaal te genereren. Dit wordt bereikt door eerst twee oplossingen te bereiden. De ene oplossing simuleert de samenstelling van vroeg-aardse zeewater, en de andere oplossing simuleert een alkalisch hydrothermisch vloeistof geproduceerd door water-steenreacties.

Vervolgens wordt een apparaat opgezet zodat de hydrothermische vloeistof kan worden geïnjecteerd in een reservoir van de gesimuleerde oceaan onder een anaërobe atmosfeer. Als derde stap worden elektrodes ingesteld om de spanning tussen hydrothermische en oceaanoplossingen tijdens de injectie te meten. Ten slotte wordt de hydrothermische oplossing langzaam geïnjecteerd in de basis van een flesje met de gesimuleerde oceaanoplossing, waardoor de natuurlijke verspreiding van ventilatievloeistof uit de oceaankorst en in het omringende zeewater wordt nagebootst.

De resultaten laten zien dat er een mineraalprecipitaat ontstaat op de grensvlak van de oceaan- en hydrothermische oplossingen, en dit ontwikkelt zich tot een zelf-assemblerende chemische tuinstructuur die lijkt op een natuurlijke hydrothermale schoorsteen onderwater. Hydrothermale schoorstenen zijn net als natuurlijke chemische tuinen. Ze zijn volgens ons op aarde ontstaan ongeveer 4,4 miljard jaar geleden, en ze zijn voornamelijk gemaakt van ijzersulfiden en ijzerhydroxiden, met een klein beetje silica.

En ze gedragen zich als een huid ze worden gegenereerd waar alkalische oplossingen omhoog komen in de oceaan, die enigszins zuur is. En op de grensvlak tussen de twee, precipiteren ze deze mineralen, zoals ik zeg, die eruit zien als een huid. In feite zou je ze kunnen vergelijken met het leven zoals we het vandaag kennen.

En dat is leven dat heeft over het algemeen een alkalische binnenkant zoals wij, bijvoorbeeld. En het heeft de neiging om eerder zure buitenkanten. Ik kan wellicht op een schertsende manier zeggen dat we een pH-shampoo met een pH van 5,5 leuk vinden.

We houden bijvoorbeeld van zuur snoep. Maar we houden ook van alkalische drankjes om ons gezond te houden, want tenslotte zijn onze binnenkanten gezond, net als natuurlijke chemische tuinen. En wat we vandaag in het lab hebben gezien, is het feit dat de binnenkant van deze chemische tuinen alkalisch is.

De buitenkant is zuur. Het is enigszins geoxideerd, en wat er gebeurt is dat deze chemische tuinen een chemische gradiënt over de twee leggen, die chemische gradiënten van pH en Redox, en ze somde zich op tot ongeveer een halve volt, wat ongeveer de hoeveelheid elektrochemische energie is die nodig is om het leven aan te drijven. En we voelen dat dit precies goed was om het leven aan te drijven om in het eerste plaats te zijn in een van deze chemische tuinen op de oceaanbodem 4 miljard jaar geleden.

Dit experiment stelt ons in staat om verschillende planetaire omstandigheden te simuleren zoals oceanen, hydrothermische vloeistoffen, atmosferen, maar stelt ons ook in staat om de effecten van het veranderen van specifieke experimentele parameters te simuleren en welke invloed dat zal hebben op het systeem. Oorspronkelijk bestudeerden we chemische tuinen die direct uit kristallen groeiden in reageerbuisjes, maar we konden het membraanpotentiaal niet meten omdat we geen draad rechtstreeks in het membraan zelf konden krijgen. Dus om dit te doen, hebben we een nieuwe methode ontwikkeld.

Het is een injectiemethode waarbij we hydrothermische simulant in oceaanvloeistof in een reservoir injecteren. Dit stelde ons in staat om een geautomatiseerde datalogger te gebruiken om het membraanpotentiaal te meten over de groei van het membraan. Degenen die nieuw zijn in deze methode, kunnen worstelen met het kweken van mooi gestructureerde chemische tuinen en het positioneren van virussen in de chi-behoeften voor spanningsmeting.

Door middel van probleemoplossing kunnen ze echter al deze problemen oplossen. Begin met het gebruik van een glazensnijder om de bodem van een 100 milliliter heldere glazen krimptopserumfles voor het gebruik van de injectiefles af te snijden. Verzamel ook een 20 millimeter septum, 20 millimeter aluminium krimpseal, en een 0,5 tot 10 microliter plastic pipettip.

Gebruik een 16 gauge spuitnaald om voorzichtig een gat door het midden van het septum te prikken, verwijder vervolgens en gooi de naald in de juiste container voor scherpe afvalstoffen. Steek vervolgens de pipettip in het naaldhuid en duw de pipettip door het septum zodat het aan de andere kant uitkomt. Krimp de septum met de pipettip op de injectievat.

Om een waterdichte afdichting te maken, duw de pipettip verder door het septum zodat het naar buiten uitsteekt. Bevestig vervolgens een buis met een binnendiameter van een zestiende inch, helder, flexibel en chemisch resistent aan de pipettip. Schuif de buis omhoog op de pipettip Om een waterdichte afdichting te creëren, zorg ervoor dat de buis lang genoeg is om van de injectiefles naar de spuitpomp te reiken.

Klem vervolgens de injectieflessen op een standaard in een afzuigkap zodat de injectie vanaf de onderkant van de fles wordt gevoerd. Snijd twee lengtes geïsoleerde draden zodat ze lang genoeg zijn om van binnen de reactievaten naar de datalogger te reiken. Laat een beetje losheid in de draden voor positionering.

Strip vervolgens ongeveer drie millimeter isolatie van het uiteinde van elke draad die zich binnenin de reactiefles op de andere uiteinden zal bevinden. Die zullen worden aangesloten op de multimeterleidingen. Strip ongeveer een centimeter van de draad, voer één draad in de draad die zich binnenin de chemische tuin zal bevinden in de buurt van de opening van de pipettip om contact met de injectieoplossing te garanderen, maar niet zo ver dat het de injectiestroom zal verstoppen.

En bevestig vervolgens beide uiteinden van de draden met behulp van tape. Plaats vervolgens de buitenste draad zodat deze contact maakt met