Simulatie van vroege hydrothermale schoorstenen in een thermische gradiëntomgeving

Door de koelcondensor met 3D-printen kunnen eerder ontwikkelde experimentele methoden eenvoudig worden aangepast voor temperatuurregeling. De digitale ontwerpen kunnen vervolgens eenvoudig worden gedeeld, gewijzigd en afgedrukt door elke onderzoeker met toegang tot een 3D-printer. Deze methode kan worden gebruikt voor het simuleren van hydrothermale processen op aarde, maar kan ook worden gebruikt voor het simuleren van hydrothermale gebeurtenissen op Jupiter's maan Europa of Saturnus's maan Enceladus.

De door ons ontwikkelde methode combineert een verscheidenheid aan componenten op een unieke manier. Visuele demonstratie zal studenten en onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het reproduceren of aanpassen van deze methoden in staat stellen om te zien hoe het experimentele apparaat moet worden geassembleerd en bediend. Begin met het plaatsen van de thermistor in een stabiele positie op een zijbank zo dicht mogelijk bij de zuurkast.

Steek de USB-zijde van een RS-232-adapterkabel in de USB-poort van de computer en sluit het snoer aan op een stopcontact. Schakel de stroom in voor de thermistor en de thermistor-software op de computer. Controleer de lintkabels en zorg ervoor dat ze goed zijn aangesloten op de pinnen op de RS-232 kabelpinouts.

Eenmaal aangesloten, zorg ervoor dat de uitvoer 100% in rode balken leest. Wanneer de thermistor knippert, veranderen frequente intervalmetingen de intervaltijd in 60 seconden. Verwijder in het vak controlleropties onderaan een seconde en wijzig deze in 60 seconden.

Klik vervolgens op de knop OK. Klik op de ovale knop naast het bedrijfslogo met het label auto-scale. Let op de gele lijn die de temperatuuruitlezing weergeeft.

Klik in het plotgebied met de rechtermuisknop om de plot naar wens aan te passen, zoals de schaling en de X- en Y-as. Klik met de rechtermuisknop op het plotgebied en klik op exporteren naar Excel voordat een nieuwe lezing begint. Sla de temperatuur- en tijdgegevens op in de spreadsheet die automatisch door het programma is gemaakt.

Plaats de metalen thermistorsonde in het glazen oceaanvat in de condensor. Zorg ervoor dat de sonde aan de zijkant van het glas is geplaatst en bedek het glas met parafilm. Vul een middelgrote emmer met water tot halverwege, plaats de emmer in een plastic pan en voeg ijs toe aan het water tot het bijna vol is.

Plaats de twee plastic afsnijslangen aan weerszijden van de waterpomp. Merk op dat de verticale pompopening is waar water wordt gegoten om te beginnen met primen, en de horizontale opening is waar water wordt uitgestoten. Sluit de pomp aan op een stopcontact, maar laat de elektrische connectoren open.

Sluit de horizontale plastic slang aan op de hogere condensorpoort aan de rechterkant en zorg ervoor dat de slang lang genoeg is om de ijsemmer te bereiken. Sluit een andere afgesneden plastic slang aan op de linker condensorpoort. Plaats deze slang over de emmer ijswater waarin het water uit de condensor wordt gestoten.

Giet koud water door de slang die is aangesloten op de verticale opening van de pomp. Wanneer de pomp vol water zit en helemaal tot aan de condensorpoort reikt, dompelt u de slang onder in het ijswaterbad en sluit u onmiddellijk de elektrische connectoren aan. Bereid de pomp voor om water door de condensor te laten stromen, vul de emmer met ijs en plaats een thermometer in de emmer om de temperatuur te controleren.

Blijf meer ijs toevoegen om het water op een koude temperatuur te houden en een deel van het warmere water eruit te scheppen. Wikkel een pad om de sulfidespuit en schroef twee metalen klemmen stevig rond de pad. Giet een of twee oceaanoplossingen in de geprefabriceerde schoorsteenvaten.

Giet een oceaanoplossing in de glazen injectieflacon met een condensor en de andere in het vat bij kamertemperatuur zonder condensor, zorg ervoor dat u de temperatuurvoeler niet verplaatst. Start de injectie en begin met het registreren van de oceaantemperatuur op de thermistor. Zodra het water door de condensor circuleert, begint de thermistortemperatuursonde de temperatuurdaling in de oceaan weer te geven.

Zodra de hydrothermale vloeistofsimulant de oceaanflacon bereikte, begon zich een minerale neerslagstructuur te vormen die dikker en hoger werd voor de duur van de injectie. Meer geconcentreerde oplossingen van sulfide zorgden voor hogere en stevigere minerale neerslag. In sommige gevallen werd er geen structuur gevormd, alleen een vloeibare sulfide minerale soep die uiteindelijk als sediment zou bezinken.

In thermische gradiënt schoorsteen experimenten met ijzersulfide vaste schoorsteen structuren over het algemeen niet zo goed samensmolten als bij kamertemperatuur. De schoorstenen in de temperatuurgradiënt waren streng en ijl van aard. Terwijl de niet-thermische gradiëntresultaten meer semi-permanente structuren hadden.

Hetzelfde gold toen de hydrothermale vloeistof werd verwarmd. Een vaste ijzersulfide schoorsteen kon zich vormen tussen een hydrothermale oplossing op kamertemperatuur en koude oceaansimulant bij hogere sulfide- en ijzerconcentraties. Het effect van een thermische gradiënt op de groei van ijzerhydroxide schoorstenen werd ook getest.

Terwijl het ijzerhydroxide-experiment op kamertemperatuur een robuust schoorsteenprecipitaat produceerde, resulteerde het thermische gradiëntexperiment in een kleinere hoeveelheid schoorsteenmateriaal dat niet verticaal samensmolt. Na deze procedure kan een breed scala aan chemie- en temperatuurgradiënten worden onderzocht om de rol van temperatuurgradiënten op deze dynamische chemische systemen beter te begrijpen.