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Environment

थर्मल रेडिएंट वातावरण में प्रारंभिक पृथ्वी हाइड्रोथर्मल चिमनियों का अनुकरण

Published: February 27, 2021 doi: 10.3791/61789
Automatic Translation
1, 2, 1
1NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2The University of Tulsa

Summary

इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य रासायनिक उद्यान इंजेक्शन प्रयोगों के माध्यम से नकली हाइड्रोथर्मल चिमनियों को बनाना और 3 डी प्रिंट करने योग्य कंडेनसर का उपयोग करके अकार्बनिक वर्षा झिल्ली में थर्मल ढाल पेश करना है जिसे शैक्षिक उद्देश्यों के लिए पुन: पेश किया जा सकता है।

Abstract

डीप सी हाइड्रोथर्मल वेंट्स भू-रासायनिक असंतुलन से उत्पन्न स्वयं-आयोजन उपजी हैं और जीवन के उद्भव के लिए एक संभावित सेटिंग के रूप में प्रस्तावित किए गए हैं। एक प्रारंभिक पृथ्वी वेंट प्रणाली के भीतर एक थर्मल ढाल वातावरण में हाइड्रोथर्मल चिमनियों के विकास को सोडियम सल्फाइड जैसे विभिन्न हाइड्रोथर्मल सिमुलेंट का उपयोग करके सफलतापूर्वक अनुकरण किया गया था, जिन्हें भंग फेरस आयरन युक्त प्रारंभिक पृथ्वी महासागर सिमुलेंट में इंजेक्ट किया गया था। इसके अलावा, एक उपकरण को ठंडे पानी के स्नान में डूबे एक कंडेनसर पोत में लगभग 0 डिग्री सेल्सियस तक महासागर को पर्याप्त रूप से ठंडा करने के लिए विकसित किया गया था, जबकि गर्म कमरे के तापमान पर सल्फाइड समाधान का इंजेक्शन दिया गया था, प्रभावी रूप से कुछ घंटों की अवधि में तापमान ढाल वातावरण में एक कृत्रिम चिमनी संरचना का निर्माण किया गया था। विभिन्न रसायनों और चर तापमान ढाल के साथ इस तरह के प्रयोगों चिमनी संरचना में मोर्फोलोजी की एक किस्म के परिणामस्वरूप। कमरे के तापमान पर महासागर और हाइड्रोथर्मल द्रव सिमुलेंट के उपयोग के परिणामस्वरूप ऊर्ध्वाधर चिमनियों का परिणाम हुआ, जबकि गर्म हाइड्रोथर्मल द्रव और ठंडे महासागर के संयोजन ने मजबूत चिमनी संरचनाओं के गठन को बाधित किया। इस अध्ययन के लिए बनाया गया अनुकूलन 3 डी मुद्रित कंडेनसर एक जैकेट प्रतिक्रिया पोत के रूप में कार्य करता है जिसे आसानी से संशोधित किया जा सकता है और विभिन्न शोधकर्ताओं द्वारा उपयोग किया जा सकता है। यह इंजेक्शन दर और वेंट और महासागर सिमुलेंट की रासायनिक संरचना के सावधानीपूर्वक नियंत्रण की अनुमति देगा, जो प्राकृतिक प्रणालियों के समान थर्मल ढाल के साथ चिमनी प्रणालियों में प्रीबायोटिक प्रतिक्रियाओं को सटीक रूप से अनुकरण करने में मदद करनी चाहिए।

Introduction

हाइड्रोथर्मल चिमनियां स्वयं-आयोजन रासायनिक उद्यान हैं जो गहरे समुद्र वेंट वातावरण के भीतर भू-रासायनिक डिस्क्विलिब्रिया से उत्पन्न होने वाले गर्म, हाइड्रोथर्मल रूप से बदल जाने वाले तरल पदार्थ को एक ठंडा महासागर में बदल देते हैं। पृथ्वी के प्रारंभिक परिदृश्य में, यह प्रस्ताव किया गया है कि प्राचीन क्षारीय वेंट पर गठित चिमनियों, और परिवेश पीएच/रेडॉक्स/रासायनिक ढाल को पार करने से चयापचय1,2,3,4,5, 6के उद्भव की ओर प्रतिक्रियाएं प्रेरित हो सकती थीं । समुद्र की दुनिया, यूरोपा और एन्सेलाडस7,8,9,10सहित अन्य ग्रहों पर भी हाइड्रोथर्मल वेंट्स मौजूद हैं . प्रस्तावित प्रीबायोटिक हाइड्रोथर्मल चिमनी रसायन के पहलुओं का अनुकरण करने के लिए विभिन्न प्रयोग किए गए हैं जिनमें उत्प्रेरक लौह सल्फाइड खनिजों की वर्षा शामिल है जो सीओ 2 11 ,12,ग्रेडिएंट चालित कार्बनिकसंश्लेषण 13 ,14,15को कम कर सकता है और चिमनी संरचनाओं में ऑर्गेनिक्स का समावेश16। हाइड्रोथर्मल वेंट्स की नकल करने के लिए प्रयोगात्मक सेटअप बनाने में, चाहे वह पृथ्वी पर हो या अन्य दुनिया पर, यथार्थवादी सिमुलेशन का उत्पादन करने के लिए सिस्टम की भू-रासायनिक ढाल और खुली, दूर-से-संतुलन प्रकृति पर विचार करना आवश्यक है।

पीएच, रेडॉक्स और रासायनिक ढाल के अलावा, हाइड्रोथर्मल वेंट्स भी एक ठंडे समुद्री वातावरण में गर्म वेंट तरल पदार्थ की फ़ीड के कारण चिमनी झिल्ली/दीवार भर में एक थर्मल ढाल लागू करते हैं । ठंडे समुद्री महासागर का तापमान गहराई, सौर प्रवेश और लवणता के एक समारोह के रूप में भिन्न हो सकता है; वेंट साइटों पर औसत समुद्री महासागर गहराई (ज्यादातर मध्य महासागर लकीरें पर) 0-4 डिग्री सेल्सियस17की सीमा में हैं । वेंट के प्रकार के आधार पर, महासागर और वेंट तरल पदार्थ के बीच थर्मल ढाल नाटकीय रूप से भिन्न हो सकता है-क्षारीय वेंट के मामूली ढाल से, जैसे खोया शहर18,19 या स्ट्रिटन हाइड्रोथर्मल फील्ड जहां वेंट तरल पदार्थ 40-90 डिग्री सेल्सियस20,21है, गहरे समुद्री तल काले धूम्रपान करने वालों तक जहां वेंट तरल पदार्थ कई सौ डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है22, 23,24,25. जीवन की उत्पत्ति के नजरिए से, हाइड्रोथर्मल सिस्टम में थर्मल ग्रेडिएंट का अनुकरण महत्वपूर्ण है क्योंकि वे खनिज विज्ञान और चिमनी की रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित कर सकतेहैं3,13 और/ चिमनी की दीवार के पार एक ढाल में, तापमान की स्थिति की एक श्रृंखला थोड़ी दूरी पर मौजूद होगी, और चिमनी की दीवार खनिजों और इन सभी थर्मल शासनों की विशेषता प्रतिक्रियाओं का एक संयोजन का प्रतिनिधित्व करेंगे ।

थर्मल ढाल में प्रयोगशाला में विकसित हाइड्रोथर्मल चिमनियों को इस संभावित प्रीबायोटिक वातावरण पर ठंडे महासागर और गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ के प्रभावों का पता लगाने के लिए नकली किया गया था। आम तौर पर, क्योंकि एक गर्म इंटीरियर और ठंडे बाहरी के साथ एक इंजेक्शन विधि के माध्यम से नकली हाइड्रोथर्मल चिमनी बढ़ती व्यावहारिक चुनौतियों को प्रस्तुत करता है, सबसे सुलभ चिमनी प्रयोग परिवेश दबाव में किए गए हैं (इसलिए महंगे और जटिल रिएक्टरों की आवश्यकता नहीं है)। एक थर्मल ढाल में प्रयोगशाला में उगाई गई चिमनियों में पिछले प्रयासों से गर्म/गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ और ठंडे महासागर दोनों का उत्पादन नहीं हो पाया है । पूरी चिमनी को लंबी अवधि के लिए उच्च तापमान पर रखने के प्रयास में प्रतिक्रियाशील खनिज ों को बनाने के लिए जो कार्बनिक प्रतिक्रियाओं को चला सकते हैं, कुछ अध्ययनों ने पूरे प्रयोग (महासागर और हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ) को केवल जैकेट या गर्म स्नान13,14का उपयोग करके ~ 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया। एक "ईंधन सेल" उपकरण में चिमनी का एक और प्रकार का गठन गठन प्रयोग, एक फ्लैट झिल्ली टेम्पलेट पर चिमनी की दीवार का गठन किया; इन प्रयोगों को भी एक गर्म पानी बाथ27 , 28में ईंधन सेल ढाल उपकरण जलमग्न द्वारा थोक में गर्म किया गया है . पिछले अध्ययनों ने गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थों से नकली हाइड्रोथर्मल चिमनियों का गठन किया है (विभिन्न तरीकों का उपयोग करके ~ 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म) को कमरे के तापमान वाले महासागर3,12में इंजेक्ट किया गया है; हालांकि, एक ठंडे सागर का प्रयास नहीं किया गया है ।

यह काम प्रीबायोटिक चिमनी विकास प्रयोगशाला सिमुलेशन4 के लिए एक ठंड (0-5 डिग्री सेल्सियस) महासागर से एक गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ के लिए एक यथार्थवादी थर्मल ढाल बनाने के लिए तरीकों को आगे बढ़ाता है जिसमें चिमनी सामग्री को संश्लेषित करने और ब्याज के गुणों का परीक्षण करने के लिए। आज तक, क्षारीय वेंट के लिए यथार्थवादी तापमान ढाल के साथ सफलतापूर्वक कोई प्रीबायोटिक चिमनी प्रयोग नहीं किया गया है: आंतरिक वेंट समाधान ~ 70 डिग्री सेल्सियस पर आयोजित और बाहरी महासागर समाधान ~ 5 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा हो गया है। इसके अलावा, कुछ गर्म चिमनी प्रयोगों में जो आयोजित किए गए हैं, प्रायोगिक सेटअप जटिल है और महंगा हो सकता है। रासायनिक उद्यान प्रयोगों में उन प्रक्रियाओं के बारे में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने की अपार क्षमता होती है जो प्रारंभिक पृथ्वी पर हाइड्रोथर्मल वेंट्स में हो सकती हैं। इसलिए, चिमनी प्रयोग के कई रूपों को जल्दी से स्थापित करने की क्षमता लाभप्रद है, जैसा कि एक सरल उपकरण है जो सस्ती, गैर-नाजुक, आसानी से संशोधित और छात्रों के साथ काम करने के लिए आदर्श है। यहां प्रस्तुत एक उपन्यास उपकरण(चित्रा 1)है जो ठंडे महासागर और गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ के बीच यथार्थवादी थर्मल ढाल को बनाए रखने और निगरानी करते हुए एक नकली हाइड्रोथर्मल चिमनी के विकास को सुविधाजनक बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह प्रयोगात्मक उपकरण एक जैकेट रिएक्टर के डिजाइन में समान है, लेकिन एक त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रित कंडेनसर है जिसे समान प्रयोगों के संचालन में रुचि रखने वाले किसी भी शोध समूह द्वारा आसानी से उत्पादित किया जा सकता है (पूरक प्रिंट करने योग्य फ़ाइलदेखें)। इस 3 डी मुद्रित कंडेनसर का उपयोग करके, थर्मल रेडिएंट चिमनी प्रयोग मजबूत तापमान ढाल बनाए रखने और चिमनी संरचना और आकृति विज्ञान पर तापमान ढाल के प्रभावों का परीक्षण करने के लिए इस उपकरण की उपयोगिता का परीक्षण करने के लिए आयोजित किए गए थे।

Protocol

1. सुरक्षा के विचार

  1. नाइट्रिल दस्ताने, चेहरे काले चश्मे, प्रयोगशाला कोट, और उचित जूते (कोई त्वचा उजागर) सहित व्यक्तिगत सुरक्षा के लिए प्रयोगशाला सुरक्षा उपकरणों का उपयोग करें।
    1. सीरिंज और सुइयों का उपयोग करते समय, दस्ताने या त्वचा को पंचर न करें।
    2. लीक के लिए धुएं हुड में पूरे उपकरण की जांच करें।
    3. मिश्रण में किसी भी रसायन को जोड़ने से पहले स्टैंड पर कांच की शीशियों और कंडेनसर की स्थिरता की जांच करें।
  2. पानी के रिसाव को रोकने के लिए धुएं में सभी थर्मल ढाल प्रयोगों को संचालित करें।
  3. धूम में सभी सोडियम सल्फाइड(एनए 2एस •9H2O) का प्रयोग करें क्योंकि यह स्वास्थ्य के लिए खतरनाक है।
    1. धूम हुड में सोडियम सल्फाइड रखें, और सल्फाइड की मात्रा को तौलने के लिए धूम हुड के अंदर संतुलन रखें।
    2. हमेशा धुएं हुड के अंदर सल्फाइड युक्त समाधान रखें क्योंकि वे विषाक्त एच 2 एस गैस छोड़ते हैं, और धुएंके हुडमें सल्फाइड तरल, शार्प्स और ठोस अपशिष्ट कंटेनर रखते हैं।
    3. किसी भी सल्फाइड समाधान कचरे को अन्य ज्ञात रसायनों के साथ न मिलाएं।
  4. प्रतिक्रियाशील Fe (II) सीएल2• 4H2O का उपयोग करते समय, एन2/एआरके साथ लगातार शुद्ध करें क्योंकि यह हवा के संपर्क में आने पर ऑक्सीकरण करता है। धुएं के हुड के अंदर हेडस्पेस में एन2/एआरगैस रखकर धुएं के हुड में समाधान एनोक्सिक रखें। आगे ऑक्सीकरण को रोकने के लिए पैराफिल्म के साथ सुरक्षित।

2. इंजेक्शन प्रयोगों के लिए सेटअप

  1. एक धुएं हुड में एक स्टैंड पर 3 डी मुद्रित कंडेनसर इंजेक्शन क्लैंप करें, ताकि छोटे बंदरगाह छेद धूम हुड के नीचे का सामना कर रहा है। सुनिश्चित करें कि कंडेनसर क्लैंप के भीतर समतल है।
  2. ग्लास कटर का उपयोग करके 100 एमएल स्पष्ट ग्लास, समेटना-शीर्ष सीरम बोतल (20 मिमी क्रिम्प सील क्लोजर प्रकार) के नीचे से 1 सेमी काटकर ग्लास "इंजेक्शन जहाजों" बनाएं, और सुनिश्चित करें कि पोत नीचे से हवा के लिए खुला है।
    1. रात भर 1 एम एचसीएल एसिड बाथ में शीशियों को साफ करें, और फिर एक नया प्रयोग करने से पहले डबल-डिस्टिल्ड पानी (डीएच2ओ) से कुल्ला करें।
    2. कांच का फिर से उपयोग करें जब तक कि फटा या टूट न जाए, फिर निपटाएं।
  3. इंजेक्शन की शीशियां(चित्रा 1)तैयार करें ।
    1. निम्नलिखित सामग्रियों को इकट्ठा करें: एक 20 मिमी पट, एक 20 मिमी एल्यूमीनियम क्रिम्प सील, 0.5-10 माइक्रोन प्लास्टिक पिपेट टिप, एक 16 जी सिरिंज सुई, और एक क्रिम्पर उपकरण।
    2. ध्यान से रबर पट के केंद्र में एक छेद पंचर, और फिर हटा दें और एक शार्प्स अपशिष्ट कंटेनर में सुई त्यागें।
    3. सुई छेद में पिपेट टिप डालें, रबर पट के किनारे में जो शीशी के समेटना शीर्ष के अंदर सामना करेगा। पट के माध्यम से पिपेट टिप को पुश करें ताकि यह दूसरी तरफ थोड़ा बाहर निकल जाए।
      नोट: सभी तरह से धक्का न दें, क्योंकि यह क्रिम्पर टूल के साथ क्रिम्प सील रखने के लिए पर्याप्त मंजूरी नहीं देगा।
    4. क्रिम्पर-सील पर क्रिम्पर रखें। क्रिम्पर निचोड़ें और इसे निर्विवाद बनाने के लिए इंजेक्शन पोत पर पिपेट टिप के साथ पट को सील करें। ठीक से सील करने के बाद, पिपेट टिप को ग्लास जार के माध्यम से पुश करें, ताकि यह ग्लास से लगभग 1.0 "निकलता है।
    5. पिपेट टिप पर एक निर्विवाद सील प्राप्त करने के लिए पिपेट टिप पर 1/16 "आंतरिक व्यास की एक स्पष्ट, लचीला, रासायनिक प्रतिरोधी ट्यूब रखें।
      नोट: ट्यूब काफी लंबे समय के लिए सिरिंज पंप के शीर्ष पर 16 जी सिरिंज तक पहुंचने के रूप में सिरिंज सागर simulant में इस स्पष्ट टयूबिंग के माध्यम से हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ पंप होगा होना चाहिए ।
    6. नीचे कंडेनसर पोर्ट होल के माध्यम से टयूबिंग को स्नैकिंग करके, धुएं हुड में 3 डी मुद्रित कंडेनसर में इंजेक्शन शीशियों को रखें। सुनिश्चित करें कि शीशी कंडेनसर में छोटे बंदरगाह छेद से निकलता है।
      नोट: यदि कई कंडेनसर का उपयोग किया जाना है, तो एक बार में कई शीशियों को स्थापित किया जा सकता है और अलग सीरिंज द्वारा एक साथ खिलाया जा सकता है।
    7. डीडीएच2ओ से भरी 10 एमएल सिरिंज डालकर और खुले ट्यूबिंग के दूसरे छोर में 16 जी सुई के साथ किसी भी अंतिम लीक की जांच करें। ध्यान से ट्यूबिंग में 16 जी सुई डालें ताकि ट्यूब को पंचर न किया जा सके। धीरे-धीरे डीडीएच2ओ इंजेक्ट करें ताकि यह टयूबिंग को ऊपर ले जाए और रिएक्शन वेसल के नीचे यह सुनिश्चित कर सके कि सिरिंज/ट्यूब, ट्यूब/टिप, और समेटना जवान सभी निर्विवाद हैं ।
    8. शीशी के कट-ऑफ शीर्ष पर कसकर पैराफिल्म को सुरक्षित करें, और पैराफिल्म के शीर्ष पर टेप का एक छोटा सा टुकड़ा रखें। टेप के माध्यम से एक छोटे से छेद पंच तो के रूप में ओ2 एन2के रूप में बाहर गैस कर सकते है/
    9. एन2/एआरगैस लाइनों की स्थापना करें जो प्रत्येक कट-ऑफ टॉप से इंजेक्शन शीशियों में से एक में फ़ीड करेगी ताकि महासागर सिमुलेंट में डाले जाने से पहले ग्लास शीशी एनोक्सिक बनाया जा सके ।
    10. एक एन2/एआरस्रोत से गैस फ़ीड को कई ट्यूबों में विभाजित करें, ताकि प्रत्येक इंजेक्शन शीशी के लिए एक एन 2/एआर फ़ीड हो(यदिकई प्रयोगों का आयोजन कर रहा है)।
    11. सिरिंज (एन2/एआरसे जुड़ा) टेप के माध्यम से पंचर करके, शीशी में महासागर समाधान पर मंडराते हुए रखें । चिमनी के विकास में व्यवधान से बचने के लिए सुई के साथ सागर समाधान में प्रवेश न करें।

3. रासायनिक उद्यान विकास के लिए समाधान की तैयारी

  1. सागर सिमुलेंट की तैयारी
    1. प्रत्येक प्रयोग के लिए समाधान के 100 एमएल तैयार करें।
      नोट: इस उदाहरण में, विशिष्ट सांद्रता के लिए तालिका 1 का उपयोग तेज़ी से होने वाले स्थानों के रूप में करें।
    2. एक एर्लेनमेयर फ्लास्क में ~ 15 मिनट प्रति 100 मिलियन प्रति 100 मिलियन के लिए एन 2 /एआर गैस के साथडीडीएच2ओ के पहले बुदबुदाते हुए एनऑक्सिक समाधान बनाएं।
    3. बाहर वजन और महासागर रसायन विज्ञान सामग्री के किसी भी जोड़ने के लिए धीरे से भंग करने के लिए सरगर्मी (सख्ती नहीं तो के रूप में ऑक्सीजन शुरू नहीं) ।
    4. रिएजेंट्स को भंग करने के बाद, हाइड्रोथर्मल इंजेक्शन तैयार करते समय एन2/एआरगैस के साथ महासागर सिमुलेंट की हल्की बुदबुदाहट को तुरंत फिर से शुरू करें ।
  2. हाइड्रोथर्मल द्रव सिमुलेंट (सोडियम सल्फाइड तैयारी) तैयार करना
    1. टेबल 1में दिखाए गए इंजेक्शन सांद्रता में से एक चुनें, और प्रत्येक एकाग्रता का 10 एमएल तैयार करें। समाधान के साथ 10 मिलीएल सीरिंज भरें। सुई टोपियां बदलें और अलग सेट।
      नोट: हमेशा धुएं के हुड में सल्फाइड युक्त समाधान और सीरिंज रखें।
    2. केवल धुएं हुड (डीडीएच2ओ के साथ समाधान के 50 एमएल) में सोडियम सल्फाइड (एनए2एस•9एच 2ओ) की आवश्यक मात्रा का वजन करें।
      1. डीडीएच2ओ के साथ 50 एमएल सेंट्रलाइज ट्यूब भरें।
      2. 50 एमएल सेंट्रलाइज ट्यूब में एनए2एस •9एच2ओ रखें, और इसे धूम हुड में कसकर सील करें।
      3. जब तक सभी सल्फाइड कण पूरी तरह से भंग न हो जाएं तब तक ट्यूब को धुएं के हुड में अच्छी तरह हिलाएं।
      4. पैराफिल्म का उपयोग करके धुएं के हुड में समाधान एनोक्सिक रखें जिसमें एन2/एआर का 10 जी सुई इंजेक्शन डाला गया है।

4. थर्मिस्टर की स्थापना

  1. थर्मिस्टर को एक साइड बेंच पर स्थिर स्थिति में रखें जितना संभव हो धुएं हुड के करीब। कंप्यूटर यूएसबी पोर्ट में एक RS232 एडाप्टर केबल के यूएसबी साइड डालें।
  2. थर्मिस्टर के लिए शक्ति चालू करें। केबल प्रतिरोधक स्थापित करने के निर्देशों के लिए, पूरक परिशिष्ट 2में थर्मिस्टर प्रक्रिया देखें।
  3. कंप्यूटर पर थर्मिस्टर सॉफ्टवेयर चालू करें।
    1. संचार बंदरगाह के लिए नीचेस्क्रॉल करें । पहले कुछ संचार बंदरगाहों का चयन करें, और प्रत्येक बंदरगाह के लिए बाईं ओर कनेक्ट बटन पर क्लिक करें, जब तक थर्मिस्टर सॉफ्टवेयर से कनेक्ट नहीं होता है।
      नोट: सॉफ्टवेयर हरे रंग में पढ़ने विन्यास सलाखों दिखाएगा। नमूना आइकन चमकती रहेगी, यह दिखाता है कि यह लगातार अंतराल पर वर्तमान तापमान का नमूना ले रहा है। यदि इनमें से कोई भी संकेत नहीं देखा जाता है, तो अन्य संचार बंदरगाहों का चयन करें । यदि संचार बंदरगाहों में से कोई भी काम नहीं करता है, तो एक पॉप-अप संदेश देखा जाता है, जिसमें संचार त्रुटि या संवाद करने में असमर्थ बताया जाता है ।
    2. यदि संचार त्रुटि चबूतरे, कार्यक्रम बंद करो और पुनः आरंभ । रिबन केबल को फिर से चेक करें, और सुनिश्चित करें कि वे RS232 केबल पिनआउट पर पिन से ठीक से जुड़े हुए हैं।
  4. एक बार कनेक्ट होने के बाद, सुनिश्चित करें कि आउटपुट लाल सलाखों में 100% पढ़ता है।
  5. एक बार थर्मिस्टर लगातार अंतराल माप चमकती है, अंतराल समय 60 s करने के लिए बदल जाते हैं। नियंत्रक विकल्प बॉक्स में, नीचे की ओर, 1 एस को साफ़ करें और 60 एस में बदलें। ओके बटन पर क्लिक करें।
  6. ऑटो-स्केललेबल कंपनी के लोगो के बगल में एक अंडाकार बटन होगा । ऑटो-स्केल चालू करने के लिए उस बटन पर क्लिक करें। पीली रेखा पर ध्यान दें जो तापमान को रीडआउट दिखाएगी।
  7. प्लॉट क्षेत्र के अंदर, अपनी पसंद के हिसाब से प्लॉट को समायोजित करने के लिए सही क्लिक करें, जैसे एक्स और वाई कुल्हाड़ियों को स्केल करना।
  8. प्लॉट क्षेत्र में सही क्लिक करें, और एक नया पढ़ने से पहले एक्सेल के लिए निर्यात पर क्लिक करें हर 5000 s या 83.33 मिनट (रिकॉर्डिंग अंतराल के आधार पर चुना) शुरू होता है। प्रोग्राम द्वारा स्वचालित रूप से बनाई गई स्प्रेडशीट में तापमान और समय डेटा को सहेजें।
  9. कंडेनसर के भीतर कांच के महासागर पोत में धातु थर्मिस्टर जांच रखें। सुनिश्चित करें कि जांच कांच के पक्ष में बंद सेट है के रूप में थर्मिस्टर जांच कांच की शीशी के बीच में लटक चिमनी विकास में बाधा होगी । पैराफिल्म के साथ फिर से कवर करें।

5. आइस बाथ की स्थापना

  1. एक बड़ा प्लास्टिक पैन और एक मध्य आकार बाल्टी पकड़ो । बाल्टी को आधे रास्ते तक पानी से भर दें।
  2. पैन के अंदर बाल्टी रखें, और लगभग भरा जब तक पानी के अंदर बर्फ जगह है ।
  3. दो प्लास्टिक कट-ऑफ नली को पानी पंप(अनुपूरक परिशिष्ट 3, चित्रा 1)के दोनों छोर पर रखें। ध्यान दें कि ऊर्ध्वाधर पंप खोलने है जहां पानी भड़काना शुरू करने में डाला जाएगा, और क्षैतिज खोलने है जहां पानी बाहर निकाल दिया है । पंप में एक पावर सॉकेट में प्लग करें, लेकिन कनेक्ट होने पर बिजली के कनेक्टर्स को खुला छोड़ दें क्योंकि वे कनेक्ट होने पर पंप को पावर देंगे।
  4. क्षैतिज प्लास्टिक नली(अनुपूरक परिशिष्ट 3, चित्रा 2)को उच्च कंडेनसर पोर्ट से कनेक्ट करें, सही का सामना करते हुए, यह सुनिश्चित करना कि नली बर्फ बाल्टी तक पहुंचने के लिए काफी लंबी है।
  5. बाईं ओर एक और कट-ऑफ प्लास्टिक नली रखें (निचले) कंडेनसर पोर्ट, यह सुनिश्चित करना है कि यह नली भी बर्फ के पानी के स्नान तक पहुंचने के लिए काफी लंबी है। बर्फ के पानी की बाल्टी पर इस नली की स्थिति जिसमें पानी कंडेनसर से बाहर निकाला जाएगा।
  6. पंप के ऊर्ध्वाधर उद्घाटन से जुड़े नली के माध्यम से ठंडा पानी डालें। जब पंप पानी से भरा होता है, तो कंडेनसर बंदरगाह तक सभी तरह से पहुंचते हैं, नली को बर्फ के पानी के स्नान में विसर्जित करते हैं, और तुरंत विद्युत कनेक्टर को जोड़ते हैं।
    नोट: इसके लिए दो लोगों की आवश्यकता हो सकती है।
  7. कंपाउंडर के माध्यम से पानी बहने शुरू करने के लिए पंप को प्राइम करें, बाल्टी को बर्फ से भरें, और तापमान की जांच करने के लिए बाल्टी में थर्मामीटर रखें।
    नोट: पानी का तापमान ~ 0 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचना चाहिए। पूरक परिशिष्ट 1 चित्रा 2 में नियंत्रण परीक्षण देखें।
  8. ठंडे तापमान पर पानी को बनाए रखने के लिए ज्यादा बर्फ जोड़ते रहें, जबकि कुछ गर्म पानी को हटा दें।

6. इंजेक्शन के लिए प्रीपिंग

  1. हाइड्रोथर्मल फ्लूइड इंजेक्शन सीरिंज के बगल मेंडीडीएच2 ओ सीरिंज (सेक्शन 2.3) नीचे लाएं। ध्यान से प्लास्टिक इंजेक्शन डीडीएच2ओ सिरिंज सुई से टयूबिंग स्लाइड, और तुरंत यह प्राथमिक इंजेक्शन सिरिंज सुई में से एक पर सीधे स्थानांतरित ।
    नोट: टयूबिंग की दीवार को पंक्चर न करें।
  2. हाइड्रोथर्मल सिमुलेंट को 70-80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए हीटर पैड में प्लग करें।  (चेतावनी: उच्च तापमान ताना या प्लास्टिक सिरिंज को नुकसान पहुंचा सकता है.)
  3. पैड को सल्फाइड सिरिंज के चारों ओर लपेटें, और पैड(पूरक परिशिष्ट 3, चित्रा 3) के चारों ओर दो धातु क्लैंप पर दृढ़तासे पेंच करें।
  4. एक बार क्लैंप जगह में सुरक्षित कर रहे हैं, उन्हें सिरिंज पंप पर जगह है, और पंप कसकर सुरक्षित (पसंद के सिरिंज पंप पर निर्भर करता है) ।
  5. यूपी एरो चाबी(सप्लीमेंट्री परिशिष्ट 3, अंक 5)पर दबाकर कंट्रोल बॉक्स पर तापमान को ~70 डिग्री सेल्सियस तक सेट करें। प्रेस सेट/शुरू।
  6. एक बार गर्म सिरिंज (ओं) सिरिंज पंप पर जगह में बंद कर रहे हैं, सिरिंज पंप सेट करने के लिए 1-2 mL/h पर सुई ।
  7. जांच करें कि महासागर समाधान पूरी तरह से भंग हो गए हैं। यदि बादल छाए रहेंगे, तो ज्यादातर भंग होने तक हलचल करें।
  8. सागर को पीएच 5.5 से कम कर देते हैं ताकि30,31, हाडियन महासागर अम्लता का अनुकरण कियाजासके । 10 एम एचसीएल का उपयोग करें और बूंदों को धीरे-धीरे जोड़ें (एन2/एआर फ़ीड के तहत) जब तक पीएच मीटर एक स्थिर 5.5 पढ़ता है। यदि यह 5.5 से अधिक है, तो पीएच को उसी धीमी बूंद विधि का उपयोग करके अधिक बुनियादी स्तरों पर वापस लाने के लिए नाओएच का उपयोग करें।
  9. पूर्वनिर्मित चिमनी जहाजों में एक या दो महासागर समाधान डालो। कंडेनसर के भीतर कांच की शीशी में एक महासागर समाधान डालो और दूसरे कमरे में तापमान पोत कोई कंडेनसर के साथ (यदि दो प्रयोगों का आयोजन)(चित्र 6)।
    नोट: तापमान जांच को स्थानांतरित न करें।
  10. पैराफिल्म के साथ कांच की शीशियों के शीर्ष को सील करें। एन2/एआरफ़ीड को महासागर के हेडस्पेस के शीर्ष पर बदलें, इस बात का ध्यान रखते हुए कि सुई को महासागर में पेश न करें ।
  11. कार्यक्रम सिरिंज पंप 1-2 mL/h पर सुई करने के लिए (सिरिंज के आकार के लिए जांचना, सिरिंज पंप के प्रकार के आधार पर इस्तेमाल किया जा रहा है), लेकिन शुरूप्रेस नहीं है ।
  12. टयूबिंग की लंबाई के माध्यम से होने वाले थर्मल नुकसान को रोकने के लिए गर्म तरल पदार्थ को तेजी से इंजेक्ट करें ताकि महासागर जलाशय के साथ तत्काल संपर्क किया जा सके। फिर, इंजेक्शन को ठंडे महासागर में 1-2 मिलीलीटर/घंटा पर चलने दें। (पूरक परिशिष्ट 1में सिरिंज के लिए थर्मल परीक्षण देखें) । किसी भी ड्रिप को पकड़ने के लिए अपशिष्ट बीकर्स का उपयोग करें।
  13. इंजेक्शन शुरू करें, और थर्मिस्टर पर महासागर के तापमान को रिकॉर्ड करना शुरू करें।

7. तापमान और प्रयोग की निगरानी

नोट: एक बार पानी कंडेनसर के माध्यम से घूम रहा है, थर्मिस्टर तापमान जांच सागर के भीतर तापमान में गिरावट प्रदर्शित करने के लिए शुरू हो जाएगा । लक्ष्य तापमान 0 डिग्री सेल्सियस के पास पहुंचने के लिए है। सटीक तापमान (थर्मल) ढाल सेटिंग्स के लिए तालिका 2 देखें।

  1. प्लॉट क्षेत्र पर राइट-क्लिक करके सभी तापमान डेटा को सहेजें, और एक के रूप में सहेजें। सीएसवी फाइल।
    नोट: कार्यक्रम तापमान डेटा के 5000 एस मूल्य तक रिकॉर्ड और फिर शुरू हो जाएगा।
  2. बाल्टी में बर्फ जोड़ने के लिए लगभग ठंड तापमान बनाए रखने के लिए, जब तक चिमनी ज्यादातर विकसित किया है, या कम से कम जब तक सिरिंज लगभग खाली है रखो ।
  3. कमरे के तापमान चिमनी के रूप में अच्छी तरह से निगरानी करें । दोनों चिमनियों के लिए चिमनी विकास भर में लगातार तस्वीरें ले लो।
  4. एक बार चिमनी पूरा हो जाने के बाद, दोनों चिमनियों के बगल में एक छोटे शासक को रखें, और फिर छवियों को लें और सहेजें।
    नोट: पूरी प्रक्रिया ~ 6 घंटे के लिए चलाना चाहिए।

8. प्रयोग समाप्त

  1. सिरिंज पंप बंद करो, तो थर्मिस्टर पर तापमान रिकॉर्डिंग बंद करो, और एक स्प्रेडशीट में डेटा को बचाने के लिए ।
  2. एन2/एआरफ्लो को बंद कर दें, और इंजेक्शन जहाजों से लाइनों और पैराफिल्म को हटा दें ।
  3. यदि आवश्यक हो, तो महासागर समाधान का नमूना लें या आगे के विश्लेषण के लिए तेज़ करें। जलाशय के समाधान को ध्यान से हटाने के लिए, जलाशय समाधान के कई एलिकोट को ध्यान से पाइप करने के लिए 25 एमएल पिपेट का उपयोग करें, और समाधान को बेकार बीकर में त्याग दें।
  4. कंडेनसर के भीतर शीशी को बेकार बीकर में सावधानी से छान लें। सिरिंज से टयूबिंग निकालें, और समुद्र समाधान धुएं हुड में बीकर में नाली चलो । कोई कंडेनसर के साथ शीशी के लिए भी ऐसा ही करें।
  5. एक समय में एक बार में जहाजों को निकालें, और एक अपशिष्ट बीकर में उपजी के टुकड़ों को कुल्ला करने के लिए डीडीएच2ओ का उपयोग करें।
  6. सिरिंज पंप से टयूबिंग और सीरिंज निकालें। सीरिंज और किसी भी अतिरिक्त इंजेक्शन तरल पदार्थ को अपशिष्ट हस्तांतरण बीकर में खाली करें, और धुएं के हुड में रखे सल्फाइड शार्प्स कंटेनर में सीरिंज का निपटान करें।
  7. प्रयोग शीशी से टयूबिंग निकालें और उसे सॉलिड वेस्ट बैग में डिस्पोज करें। सील को अनक्रिप करें और पट, सील और पिपेट टिप का निपटान करें।
  8. ग्लास प्रयोग शीशी को कुल्ला करें, और इसे 1 एम एचसीएल एसिड बाथ में रात भर भिगो दें।
    नोट: सोडियम सल्फाइड के संपर्क में रहे ग्लासवेयर एसिड में रखे जाने पर विषाक्त एच2एस गैस छोड़ेंगे। इसलिए, सभी एसिड स्नान को धूम हुड के अंदर रखें।

Representative Results

पिछले अध्ययनों कीतरह 1,2,13,29 एक बार जब हाइड्रोथर्मल द्रव समुद्र की शीशी तक पहुंच गया, तो एक खनिज वर्षा संरचना बनाने लगी जो इंजेक्शन की अवधि के लिए मोटा और लंबे हो गई। लोहे की सल्फाइड चिमनियां नाजुक संरचनाएं थीं जो बहुत मजबूत नहीं थीं और यदि महासागर की शीशी या इंजेक्शन शारीरिक रूप से परेशान था तो आसानी से अलग हो गए थे। यह पिछलेअध्ययनोंके परिणामों के अनुरूप है । सल्फाइड घोल की रासायनिक सांद्रता ने भी सल्फाइड चिमनियों की आकृति विज्ञान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। लंबे और मजबूत खनिज के लिए सल्फाइड के अधिक केंद्रित समाधान ों की अनुमति है, जैसा कि चित्र 5में दिखाया गया है, जबकि सल्फाइड समाधानों की कम सांद्रता कमजोर चिमनी संरचनाओं का उत्पादन करती है। कुछ मामलों में, कोई संरचना नहीं बनाई गई थी, केवल एक तरल सल्फाइड-खनिज "सूप" बनाया गया था, जो अंततः तलछट(चित्र 3 डी)के रूप में व्यवस्थित होगा। यह थर्मल और गैर-थर्मल ढाल दोनों स्थितियों में हुआ।

लोहे के सल्फाइड के साथ थर्मल ढाल चिमनी प्रयोगों में, ठोस चिमनी संरचनाओं आम तौर पर नहीं मिलाया और साथ ही वे कमरे के तापमान पर किया था । चित्रा 3E-एच एक ठंडे महासागर और कमरे के तापमान हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ के बीच उगाया एक लोहे सल्फाइड चिमनी की आकृति विज्ञान से पता चलता है। तापमान ढाल में चिमनियां स्ट्रिंग की तरह और प्रकृति में कमजोर थे, जबकि गैर-थर्मल ढाल परिणाम(चित्रा 3ए-डी)अधिक अर्ध-स्थायी संरचनाएं दिखाते हैं। जब हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ को गर्म किया गया तो वही सच था (चित्र 4. अपवाद उच्च सल्फाइड और लोहे की सांद्रता(चित्रा 5)पर था, जहां एक कमरे के तापमान हाइड्रोथर्मल समाधान और ठंडे महासागर सिमुलेंट के बीच एक ठोस लोहे की सल्फाइड चिमनी का गठन किया गया था ।

आयरन हाइड्रोक्साइड चिमनियों के विकास पर थर्मल रेडिएंट के प्रभाव का भी परीक्षण किया गया। परिणाम पैटर्न है कि लोहे के सल्फाइड चिमनी के समान थे दिखाया: जबकि कमरे के तापमान लोहे हाइड्रोक्साइड प्रयोग एक और अधिक मजबूत चिमनी उपजी के परिणामस्वरूप, गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ और ठंडे महासागर के बीच थर्मल ढाल प्रयोग चिमनी सामग्री का एक छोटा टीला है कि खड़ी(चित्रा 6)नहीं मिलाया । पिछले काम (कमरे के तापमान प्रयोगों में)29में मनाए गए लौह हाइड्रोक्साइड चिमनियों की लंबी ईमानदार संरचनाओं के विपरीत, हमारे थर्मल ढाल प्रयोग ने एक अलग आकृति विज्ञान दिखाया।

Figure 1
चित्रा 1:थर्मल ढाल चिमनी उपकरण। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें । 

Figure 2
चित्र 2:3डी मुद्रित कंडेनसर। (A)कंडेनसर आयामों को दिखाने वाले 3डी मुद्रित कंडेनसर का योजनाबद्ध। (ख)समुद्र को ठंडा करने के लिए कंडेनसर के अंदर एक ग्लास महासागर पोत की नियुक्ति । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3:थर्मल और गैर-थर्मल ढाल चिमनियों की एक किस्म। (ए-डी)गैर-थर्मल ढाल नियंत्रण प्रयोग कक्ष-तापमान हाइड्रोथर्मल फ्लूइड (एचटीएफ) से कमरे के तापमान महासागर सिमुलेंट तक। (A)10 mMNa 2S•9H2O HTF और 20mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (B)20 mMNa 2S•9H2O HTF और 10 mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (C)20 mMNa 2S • 9H2O HTF और 20mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (घ)20 mMNa 2S • 9H2O HTF और 20mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (ई-एच) कमरे के तापमान एचटीएफ सिमुलेंट से एक ठंडे महासागर जलाशय (~ 5-10 डिग्री सेल्सियस)तक थर्मल ढाल चिमनी प्रयोग। (ई)20 mMNa 2S•9H2O HTF और 10 mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (एफ)10 mMNa 2S• 9H2O HTF और 20 mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (जी) 20 mMNa 2S• 9H2O HTF और 10 mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । (H)10 mMNa 2S•9H2O HTF और 20 mM FeCl2· 4H2O महासागर सिमुलेंट । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4:थर्मल ढाल प्रयोग। प्रयोग गर्म (~ 35-40 डिग्री सेल्सियस) 20 mMNa 2S • 9H2O समाधान एक ठंड में इंजेक्शन (~ 5-10 डिग्री सेल्सियस) 20 mM FeCl2· 4H2O महासागर simulant, छोटे चिमनी किस्में उत्पादन के साथ प्रदर्शन किया । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्र 5:चिमनियों पर महासागर की एकाग्रता का प्रभाव। उच्च सांद्रता (~ 50 mMNa 2S•9H2O, 10 mM FeCl2·4H 2O, और 200 mM NaCl) एनोक्सिक महासागर सिमुलेंट्स ने अधिक संरचनात्मक रूप से मजबूत, लम्बे चिमनियों का उत्पादन किया। कमरे-तापमान सल्फाइड समाधान 2-10 डिग्री सेल्सियस महासागर सिमुलेंट में इंजेक्शन दिया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्र 6:थर्मल और गैर-थर्मल ढाल चिमनियों की एक साथ वृद्धि। (ए)100 mM FeCl2· 4H2O + 100 mM FeCl3· 6H2O महासागर समाधान के साथ 200 m M NaOH हाइड्रोथर्मल फ्लूइड (एचटीएफ) तरल पदार्थ कमरे के तापमान पर सिमुलेंट। (ख)थर्मल ढाल प्रयोग ~ 35-50 डिग्री सेल्सियस पर गर्म एचटीएफ के साथ एक ही सांद्रता के साथ ~ 5-10 डिग्री सेल्सियस पर ठंडे महासागर सिमुलेंट में । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

हाइड्रोथर्मल फ्लूइड केमिस्ट्री (इंजेक्शन) महासागर रसायन विज्ञान (जलाशय)
50 एमएमएमएनए 2एस 10 एमएमएम फेसल2·4एच2O + 200 mm NaCl या NaHCO3
20 एमएमएमएनए 2एस 10 एमएमएम फेसल2·4एच2O + 200 mm NaCl या NaHCO3
10 mMNa 2S 20 एमएमएम फेसल2·4एच2ओ + 200 mM NaCl या NaHCO3
200 एमएमएम नाओएच 100 mM FeCl2·4H2O + 100 mM FeCl3·6H2O

तालिका 1: बोवें नकली महासागर और हाइड्रोथर्मल द्रव इंजेक्शन समाधान के लिए एकाग्रता मैट्रिक्स।

एचटीएफ डिग्री सेल्सियस महासागर सिमुलेंट तापमान डिग्री सेल्सियस
~23 ~23 5-10
~ 35-50 ~23 5-10

तालिका 2: थर्मल ढाल प्रयोगात्मक मैट्रिक्स। हाइड्रोथर्मल फ्लूइड (एचटीएफ) तापमान सिरिंज में तरल पदार्थ के तापमान को संदर्भित करता है; समुद्र की शीशी के इनलेट पर वास्तविक तापमान सिरिंज (~ 70 डिग्री सेल्सियस) के भीतर तापमान से 20 और 35 डिग्री कम था (पूरक परिशिष्ट 1, चित्रा 3,और चित्रा 4देखें)।

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Discussion

नकली चिमनी विकास पर थर्मल ढाल का प्रभाव:इस प्रयोगात्मक तंत्र ने चिमनी मॉर्फोलोजी में कई भिन्नताएं उत्पीठित कीं जो कई प्रयोगात्मक मापदंडों के कारण थीं। लोहे के सल्फाइड और लोहे के हाइड्रोक्साइड की चिमनियों ने कमरे के तापमान पर लंबा ईमानदार संरचनाओं का गठन किया, लेकिन थर्मल ढाल प्रयोगों में अधिक कमजोर, स्ट्रींग उपजी या फ्लैट टीले का गठन किया। यह हर्शी एट अल के निष्कर्षों के अनुरूप था। जहां विस्पी, गैर-सीधा चिमनी 70-80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ से गठित की गई थी और कमरे के तापमान वाले महासागर सिमुलेंट33में इंजेक्ट की गई थी। इसके लिए विभिन्न संभव स्पष्टीकरण हैं: संवहनी गर्मी हस्तांतरण अधिक प्राकृतिक उछाल वाली ताकतों (इंजेक्शन के जबरन पंपिंग के साथ) का कारण बन सकता है ताकि समुद्र पोत के शीर्ष की ओर तेजी से तेज़ प्रवाह हो सके क्योंकि यह बन रहा है। वैकल्पिक रूप से, सिरिंज तरल पदार्थ को गर्म करने से हाइड्रोथर्मल सिमुलेंट कम घना हो जाता है और इस प्रकार इंजेक्शन बिंदु के शीर्ष पर स्थिर होने की तुलना में खड़ी वृद्धि होने का खतरा अधिक होता है। यह संभव है कि सिरिंज इंजेक्शन दर को धीमी दरों में बदलकर इस प्रभाव को कम किया जा सकता है ताकि अधिक स्थिर संरचना के विकास की अनुमति दी जा सके। सफेद एट अल हाइड्रोथर्मल सिमुलेंट के साथ लोहे की सल्फाइड चिमनी वृद्धि की जांच की बेहद धीमी दरों (०.०८ mL/h) पर इंजेक्शन, और हालांकि चिमनी को मिलाने में दिन लग गए, यह संरचनात्मक रूप से स्थिर13था । के रूप में Herschy एट अल 10-120 mL/h, जो हमारे थर्मल ढाल प्रयोगों में इस्तेमाल की दरों की तुलना में तेजी से परिमाण के कई आदेश है की इंजेक्शन दरों पर peristaltic पंपों का इस्तेमाल किया, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि वे भी स्ट्रिंग की तरह चिमनीसंरचनाओं ३३का उत्पादन किया ।

महासागर और वेंट समाधानों में प्रतिक्रियाओं को कम करने की उच्च सांद्रता थर्मल ढाल में अधिक मजबूत चिमनियां भी पैदा कर सकती है। हाइड्रोथर्मल द्रव या महासागर सिमुलेंट में आयनों (सल्फाइड या हाइड्रोक्साइड) की उच्च रासायनिक सांद्रता उच्च समग्र तेज़ द्रव्यमान का कारण बन सकती है, इस प्रकार एक मजबूत संरचना का निर्माण करती है। जैसा कि हर्शी एट अल और व्हाइट एट अल ने हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ (10 mM) में सल्फाइड की कम सांद्रता का उपयोग किया, उनकी संरचनाएं उच्च (20-50 mM) सल्फाइड सांद्रता का उपयोग करके इस काम में उत्पादित लोगों की तुलना में छोटी थीं। इसके अतिरिक्त, आयरन सल्फाइड चिमनी वृद्धि के कुछ अध्ययनों में सोडियम सल्फाइड के साथ हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ में सिलिका को भी शामिल किया गया है, जो अधिक मजबूत चिमनियों3, 13,33का उत्पादन करने में मदद कर सकता है। सिलिका रासायनिक उद्यान संरचनाओं का उपयोग हाइड्रोथर्मल चिमनी विकास34के पहलुओं का अनुकरण करने के लिए भी किया गया है, और ये बहुत मजबूत संरचनाओं का उत्पादन करते हैं जिन्हें भौतिक विश्लेषण के लिए ट्यूब/शीशी से हटाया जा सकता है। हालांकि, सिलिका इंजेक्शन संरचनाओं पर तापमान ढाल के प्रभाव ज्ञात नहीं हैं और आगे के अध्ययन का एक क्षेत्र होगा।

भविष्य चिमनी सिमुलेशन प्रयोगों के लिए विचार:महासागर पोत को ठंडा करने के लिए इस अध्ययन में बनाए गए 3 डी मुद्रित कंडेनसर ने जैकेट प्रतिक्रिया पोत की तरह काम किया, लेकिन कुछ व्यावहारिक सुधारों के साथ: 1) खुले शीर्ष ने चिमनी के नमूने की अनुमति दी और एनोक्सिक महासागर हेडस्पेस को बनाए रखा; 2) 3 डी मुद्रित भाग आसान प्रजनन प्रदान; 3) जैसा कि डिजाइनों को डिजिटल रूप से संपादित किया जा सकता है, उपकरण को जल्दी से संशोधित किया जा सकता है और यदि वांछित हो तो फिर से मुद्रित किया जा सकता है; और 4) सस्ती सामग्रियों के उपयोग ने प्रत्येक कंडेनसर को वास्तविक ग्लास-जैकेट प्रतिक्रिया जहाजों की तुलना में अधिक लागत प्रभावी बना दिया। ये 3 डी मुद्रित कंडेनसर एक लचीला और आसानी से साझा किया गया प्रयोगात्मक उपकरण है जो विभिन्न अनुसंधान समूहों में नकली हाइड्रोथर्मल चिमनी प्रयोगों के लिए प्लेटफार्मों को मानकीकृत करने का एक उपयोगी तरीका हो सकता है, जिससे नमूनों और डेटा की बेहतर तुलना की अनुमति मिल सकती है। कंडेनसर की फाइलें सहकर्मियों को उनके शैक्षिक या वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए अपने दम पर मुद्रित करने के लिए भेजी जा सकती हैं (इस काम में उपयोग किए जाने वाले कंडेनसर की पूरक 3 डी प्रिंटिंग फाइल देखें)। इस सस्ती सेटअप का उपयोग रासायनिक उद्यानों या केमोब्रियोनिक्स29,35के लिए स्नातक प्रयोगशाला प्रयोग के रूप में भी किया जा सकता है ।

अंत में, यह काम तापमान ढाल वातावरण में नकली हाइड्रोथर्मल चिमनियों के विकास को सुविधाजनक बनाने के लिए 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके एक उपन्यास प्रयोगात्मक तंत्र का वर्णन करता है। 3 डी मुद्रित कंडेनसर समुद्र तल हाइड्रोथर्मल सिस्टम के पास समुद्री जल के समान, लगभग ठंड तापमान के लिए समुद्र simulant शांत करने में सक्षम है । इस बीच, इस ठंडे महासागर में इंजेक्शन उच्च तापमान हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ का अनुकरण करने के लिए एक गर्म सिरिंज का उपयोग किया गया था। लोहे के सल्फाइड और लोहे के हाइड्रोक्साइड चिमनियों की मोरफोलोजी और संरचनाएं थर्मल ढाल से प्रभावित थीं: जब महासागर और हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ दोनों कमरे के तापमान पर थे, तो चिमनियों ने खड़ी उन्मुख संरचनाओं का गठन किया, लेकिन जब हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थ गर्म किया गया था और महासागर ठंडा हो गया था, तो मजबूत चिमनी संरचनाओं के गठन को बाधित किया गया था। प्राकृतिक प्रणालियों के अनुरूप थर्मल ढाल के साथ ऐसी चिमनी प्रणालियों में प्रीबायोटिक प्रतिक्रियाओं का सटीक अनुकरण करने के लिए, इंजेक्शन दर और वेंट और महासागर सिमुलेंट्स दोनों की रासायनिक संरचना जैसे मापदंडों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना आवश्यक होगा। इस अध्ययन के लिए बनाया गया कस्टम और सस्ती 3 डी मुद्रित कंडेनसर एक जैकेट प्रतिक्रिया पोत के लिए कार्य में समान है और आसानी से संशोधित किया जा सकता है और कई प्रकार के रसायनोब्रियोनिक प्रयोगों में उपयोग के लिए विभिन्न अनुसंधान और शैक्षिक समूहों को इलेक्ट्रॉनिक रूप से वितरित किया जा सकता है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

नासा के एस्ट्रोबायोलॉजी इंस्टीट्यूट बर्फीले दुनिया द्वारा समर्थित नासा के साथ एक अनुबंध के तहत कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के जेट प्रणोदन प्रयोगशाला में यह शोध किया गया । डॉ गेब्रियल LeBlanc भाग में एक अनुसंधान दीक्षा अनुदान (2017-34) द्वारा ओकलाहोमा नासा EPSCoR सहकारी समझौते (NNX15AK42A) के माध्यम से समर्थन किया गया था । हम प्रारंभिक 3 डी मुद्रित कंडेनसर डिजाइन के साथ सहायता के लिए हीथ व्हाइटहेड, 3 डी प्रिंटिंग के साथ सहायता के लिए कालिंद बढ़ई, कंडेनसर जहाजों पर सहायक चर्चा के लिए जॉन-पॉल जोन्स, तापमान डेटा विश्लेषण के साथ मदद के लिए लौरा रोड्रिगेज, और प्रयोगशाला सहायता के साथ एरिका फ्लोरेस का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं। कॉपीराइट 2020 कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3/8-Inch Clear Vinyl Tubing Watts SVIG10  Cut to desired length for experiment
40-pin Male to Female Wire Jumper Multicolored Ribbon Cables EDGELEC ED-DP_L30_Mix_120pcs These wires will require stripping of plastic ends and carefully removing one of the 2 plastic casings
Aluminum seals Fisher 0337523C Thermo Scientific National Headspace 20 mm Crimp Seals
Ferric chloride hexahydrate Fisher I88-100  Ferric Chloride Hexahydrate (Lumps/Certified ACS)
Ferrous chloride tetrahydrate Fisher I90500 Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified)
Gear Hose Clamps Glarks 40Pcs
Gray butyl stoppers Fisher 0337522AA Thermo Scientific National 20 mm Septa for Headspace Vials
Pipette tips VWR 53511-682 pipette tips 0.5-10 microliters
Serum bottles Sigma-Aldrich 33110-U Vials, crimp top, serum bottle, size 100 mL, clear glass, outer diameter x height 51.7 mm x 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off.
Sodium hydroxide Sigma-Aldrich S5881 reagent grade, ≥98%, pellets (anhydrous)
Sodium sulfide nonahydrate Fisher S425212 Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS).  Store at -20 °C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H2S gas; all sulfide-containing solutions must be kept in a glove box or fume hood.
syringe heater  Syringepump.com HEATER-KIT-5SP  Clamp gear hose clamps around heating blanket
Syringe needles (16 gauge) Fisher 14-826-18B BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38 mm)
Syringe Pump Syringepump.com NE-4000 Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments
Syringes (10 mL) Fisher 14-823-16E BD Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)
Tubing Cole Parmer EW-06407-71 Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16" internal diameter X 1/8" outer diameter
Water Circulation Pump  Bayite  BYT-7A015  May need two people to help prime pump

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References

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पर्यावरण विज्ञान अंक 168
थर्मल रेडिएंट वातावरण में प्रारंभिक पृथ्वी हाइड्रोथर्मल चिमनियों का अनुकरण
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Hermis, N., LeBlanc, G., Barge, L.… More

Hermis, N., LeBlanc, G., Barge, L. M. Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment. J. Vis. Exp. (168), e61789, doi:10.3791/61789 (2021).

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