Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu

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

Bu protokolün amacı, kimyasal bahçe enjeksiyon deneyleri yoluyla simüle edilmiş hidrotermal bacalar oluşturmak ve eğitim amaçlı çoğaltılabilen 3D yazdırılabilir bir kondenser kullanarak inorganik çökeltme zarı boyunca bir termal gradyan tanıtmaktır.

Abstract

Derin deniz hidrotermal menfezleri jeokimyasal dengeden üretilen kendi kendini düzenleyen çökeltilerdir ve yaşamın ortaya çıkması için olası bir ortam olarak önerilmiştir. Hidrotermal bacaların erken bir Dünya menfez sistemi içindeki termal gradyan ortamında büyümesi, çözünmüş demir demiri içeren erken bir Dünya okyanusu simülatörüne enjekte edilen sodyum sülfit gibi farklı hidrotermal simülantlar kullanılarak başarıyla simüle edildi. Ayrıca, oda sıcaklıklarına sıcakta bir sülfit çözeltisi enjekte ederken soğuk su banyosuna batırılmış bir kondenser kapta okyanus simülanını yaklaşık 0 °C'ye kadar yeterince soğutmak için bir aparat geliştirildi ve birkaç saat içinde sıcaklık gradyan ortamında yapay bir baca yapısı oluşturuldu. Farklı kimyalar ve değişken sıcaklık gradyanları ile yapılan bu tür deneyler baca yapısında çeşitli morfolojilerle sonuçlandı. Oda sıcaklığında okyanus ve hidrotermal sıvı simülanlarının kullanımı dikey bacalarla sonuçlanırken, sıcak hidrotermal sıvı ve soğuk okyanus simülanının kombinasyonu sağlam baca yapılarının oluşumunu engelledi. Bu çalışma için oluşturulan özelleştirilebilir 3D baskılı kondenser, farklı araştırmacılar tarafından kolayca değiştirilebilen ve kullanılabilen ceketli bir reaksiyon kabı görevi görür. Doğal sistemlere benzer termal gradyanlarla baca sistemlerindeki prebiyotik reaksiyonları doğru bir şekilde simüle etmeye yardımcı olması gereken havalandırma ve okyanus simülantlarının enjeksiyon oranının ve kimyasal bileşiminin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesine izin verecektir.

Introduction

Hidrotermal bacalar, derin deniz menfez ortamlarında jeokimyasal dengeden üretilen kimyasal bahçe çökeltileridir, ısıtılan, hidrotermal olarak değiştirilmiş sıvı daha soğuk bir okyanusa sıyırır. Erken bir Dünya senaryosunda, bacaların antik alkali deliklerde oluştuğu ve ortam pH / redoks / kimyasal gradyanların transeksiyonununmetabolizmanınortaya çıkmasına doğru reaksiyonlara yol açabileceği önerilmiştir 1 ,2,3,4,5,6. Hidrotermal menfezler de okyanus dünyaları, Europa ve Enceladus 7 ,8,9,10dahil olmak üzere diğer gezegenlerde var olmak üzere postüle edilmiştir. Co 2 11 ,12, gradyan tahrikli organik sentez13,14 ,15ve organiklerin baca yapılarına dahilini azaltabilecek katalitik demir sülfit minerallerinin çökeltilmesi de dahil olmak üzere önerilen prebiyotik hidrotermal baca kimyasının yönlerini simüle etmek için çeşitli deneyler yapılmıştır16. İster Dünya'da ister diğer dünyalarda olsun, hidrotermal delikleri taklit etmek için deneysel kurulumlar oluştururken, gerçekçi simülasyonlar üretmek için sistemin jeokimyasal gradyanlarını ve açık, dengeden uzak doğasını göz önünde bulundurmak önemlidir.

pH, redoks ve kimyasal gradyanlara ek olarak, hidrotermal menfezler, ısıtılmış havalandırma sıvısının soğuk bir deniz tabanı ortamına beslenmesi nedeniyle baca zarına / duvarına termal bir gradyan da uygular. Soğuk deniz tabanı okyanus sıcaklıkları derinlik, güneş penetrasyonu ve tuzluluk işlevi olarak değişebilir; havalandırma sahalarındaki ortalama deniz tabanı okyanus derinlikleri (çoğunlukla okyanus ortası sırtlarında) 0-4 °C17aralığındadır. Havalandırmanın türüne bağlı olarak, okyanus ve havalandırma sıvısı arasındaki termal gradyan, Lost City18 , 19veya havalandırma sıvısının 40-90 °C20,21 olduğu Strytan Hidrotermal Alanı gibi alkali deliklerin daha hafifgradyanlarından,havalandırma sıvısının birkaç yüz santigrat dereceye ulaşabileceği derin deniz tabanı siyahı sigara içenlere kadar önemli ölçüdedeğişebilir. 23,24,25. Yaşamın kökeni açısından bakıldığında, hidrotermal sistemlerdeki termal gradyanların simülasyonu, baca çökeltmeleri 3,13 ve/ veya hidrotermal bacaların doğrudan mineral yüzeylerden elektron alan mikropları barındırması nedeniyle yaşanabilirliği etkileyebileceği için önemlidir26. Baca duvarı boyunca bir gradyanda, kısa bir mesafede bir dizi sıcaklık koşulu mevcut olacaktır ve baca duvarı, tüm bu termal rejimlerin karakteristik mineral ve reaksiyonlarının bir kombinasyonunu temsil edecektir.

Soğuk okyanus ve sıcak hidrotermal sıvının bu potansiyel prebiyotik ortam üzerindeki etkilerini araştırmak için termal gradyanlarda laboratuvarda yetiştirilen hidrotermal bacalar simüle edildi. Genellikle, ısıtmalı iç ve soğuk dış enjeksiyon yöntemiyle simüle edilmiş hidrotermal bacaların yetiştirilmeleri pratik zorluklar sunduğundan, en erişilebilir baca deneyleri ortam basıncında yapılanlardır (bu nedenle maliyetli ve karmaşık reaktörler gerektirmez). Termal gradyanda laboratuvarda yetiştirilen bacalarda önceki girişimler hem sıcak / sıcak bir hidrotermal sıvı hem de soğuk bir okyanus üretemememiştir. Organik reaksiyonları yönlendirebilecek reaktif mineraller oluşturmak için tüm bacayı uzun süre yüksek sıcaklıkta tutmak için, bazı çalışmalar tüm deneyi (okyanus ve hidrotermal sıvı) bir ısıtma ceketi veya sıcak bir banyo kullanarak ~ 70 ° C'ye ısıttı13,14. Başka bir baca çökelti oluşumu deneyi, bir "yakıt hücresi" aparatında, baca duvarı simülanını düz bir membran şablonu üzerinde oluşturmuştur; bu deneyler ayrıca yakıt hücresi gradyan aparatı sıcak su banyosuna batırılarak toplu olarak ısıtıldı27,28. Önceki çalışmalar, oda sıcaklığında bir okyanusa enjekte edilen sıcak hidrotermal sıvılardan (çeşitli yöntemler kullanılarak ~ 70 ° C'ye ısıtılmış) simüle edilmiş hidrotermal bacalar oluşturmuştur3,12; ancak, soğuk bir okyanus denenmemiştir.

Bu çalışma, soğuk(0-5 °C) bir okyanustan baca malzemelerini sentezlemek ve ilgi çekici özellikleri test etmek için ısıtılmış bir hidrotermal sıvıya gerçekçi bir termal gradyan oluşturmak için prebiyotik baca büyüme laboratuvarı simülasyonları 4 yöntemlerini ilerletir. Bugüne kadar, alkali delikler için gerçekçi bir sıcaklık gradyanı ile başarıyla gerçekleştirilen prebiyotik baca deneyleri olmamıştır: iç havalandırma çözeltisi ~ 70 ° C'de tutulur ve dış okyanus çözeltisi ~ 5 ° C'ye soğutulur. Ayrıca, yapılan birkaç ısıtmalı baca deneyinde, deneysel kurulum karmaşıktır ve maliyetli olabilir. Kimyasal bahçe deneyleri, dünya'nın ilk zamanlarındaki hidrotermal menfezlerde meydana gelebilecek süreçler hakkında fikir vermek için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu nedenle, bir baca deneyinin birden fazla varyasyonunun hızlı bir şekilde ayarlanabilmesi, ucuz, kırılgan olmayan, kolayca değiştirilen ve öğrencilerin çalışması için ideal olan basit bir cihaza sahip olma yeteneği de avantajlıdır. Burada sunulan, soğuk okyanus ve ısıtılmış hidrotermal sıvı simülatörü arasında gerçekçi bir termal gradyanı korurken ve izlerken simüle edilmiş bir hidrotermal bacanın büyümesini kolaylaştırmak için tasarlanmış yeni bir aparat (Şekil 1). Bu deneysel cihaz tasarım olarak bir ceket reaktörüne benzer, ancak benzer deneyler yapmak isteyen herhangi bir araştırma grubu tarafından kolayca üretilebilen üç boyutlu (3D) baskılı bir kondenserdir (bkz. Ek yazdırılabilir dosya). Bu 3D baskılı kondenser kullanılarak, bu cihazın sağlam sıcaklık gradyanlarını korumak için yardımcı programını test etmek ve sıcaklık gradyanlarının baca yapısı ve morfolojisi üzerindeki etkilerini test etmek için termal gradyan baca deneyleri yapılmıştır.

Protocol

1. Güvenlikle ilgili önemli noktalar

  1. Nitril eldivenler, yüz gözlükleri, laboratuvar önlüğü ve uygun ayakkabılar (cilt açıkta değil) dahil olmak üzere kişisel koruma için laboratuvar koruyucu ekipman kullanın.
    1. Şırınga ve iğne kullanırken eldivenleri veya cildi delmemeye dikkat edin.
    2. Duman başlığındaki tüm aparatlarda sızıntı olup olmadığını kontrol edin.
    3. Karışıma herhangi bir kimyasal eklemeden önce standdaki cam şişelerin ve kondenserin stabilitesini kontrol edin.
  2. Su sızıntılarını içermek için dumandaki tüm termal gradyan deneylerini çalıştırın.
  3. Tüm sodyum sülfitleri (Na2S•9H2O) dumanda kullanın, çünkü sağlığa zararlıdır.
    1. Sodyum sülfiti duman kaputunda tutun ve sülfit miktarını tartmak için duman kaputunun içine bir denge yerleştirin.
    2. Zehirli H2S gazı saldıkları için sülfit içeren çözeltileri her zaman duman kaputunun içinde tutun ve sülfit sıvısını, keskinleri ve katı atık kaplarını duman kaplarında saklayın.
    3. Sülfit çözeltisi atıklarını bilinen diğer kimyasallarla karıştırmayın.
  4. Reaktan Fe(II)Cl2•4H2O kullanırken, havaya maruz kaldığında oksitlendiğindeN 2/Ar ile sürekli olarak arındırnın. Duman kaputunun içindeki kafa boşluğuna N2/Ar gazı yerleştirerek çözeltileri duman kaputunda anoksik tutun. Daha fazla oksidasyonu önlemek için parafilm ile emniyete alın.

2. Ekleme denemeleri için kurulum

  1. 3D baskılı kondenser enjeksiyonunu duman kaputunda bir standa sıkıştırın, böylece küçük bağlantı noktası deliği duman kaputunun altına bakacak şekilde. Kondenserin kelepçe içinde düz olduğundan emin olun.
  2. Cam kesici kullanarak 100 mL'lik şeffaf bir camın altından 1 cm, sıkma üstü serum şişesini (20 mm sıkma conta kapatma tipi) keserek cam "enjeksiyon kapları" oluşturun ve kabın aşağıdan yukarıya doğru havaya açık olduğundan emin olun.
    1. Şişeleri bir gecede 1 M HCl asit banyosunda temizleyin ve ardından yeni bir deney yapmadan önce çift damıtılmış su (ddH2O) ile durulayın.
    2. Cam kırılmadıkça veya kırılmadıkça yeniden kullanın, sonra atın.
  3. Enjeksiyon şişelerini hazırlayın (Şekil 1).
    1. Aşağıdaki malzemeleri toplayın: 20 mm septum, 20 mm alüminyum sıkma contası, 0,5-10 μL plastik pipet ucu, 16 G şırınga iğnesi ve bir crimper aracı.
    2. Kauçuk septumun ortasında bir deliği dikkatlice delin ve ardından iğneyi keskin bir atık kabına çıkarın ve atın.
    3. Pipet ucunu iğne deliğine, şişenin kıvrımlı üst kısmına bakacak kauçuk septumun yanına yerleştirin. Pipet ucunu septumdan geçirin, böylece diğer tarafta hafifçe dışarı çıkar.
      NOT: Bu, sıkma contasını crimper aracına yerleştirmek için yeterli boşluk vermeyeceğinden, tüm yolu zorlamayın.
    4. Crimper'ı kıpkırmızı mührün üzerine yerleştirin. Kıpkırmızıyı sıkın ve su geçirmez hale getirmek için septumu pipet ucuyla enjeksiyon kabına kapatın. Düzgün bir şekilde kapattıktan sonra, pipet ucunu cam kavanozdan geçirin, böylece camdan yaklaşık 1,0" çıkıntılır.
    5. Pipet ucuna su geçirmez bir conta almak için pipet ucuna 1/16" iç çaplı net, esnek, kimyasallara dayanıklı bir tüp yerleştirin.
      NOT: Şırınna bu berrak borudan hidrotermal sıvıyı okyanus simülanına pompalayacağından, tüp şırınna pompasının üstündeki 16 G şırındıya ulaşacak kadar uzun olmalıdır.
    6. Enjeksiyon şişelerini, boruyu alttaki kondenser bağlantı noktası deliğinden geçirerek duman kaputuna 3D baskılı kondensere yerleştirin. Şişenin kondenserdeki küçük bağlantı noktası deliğinden çıkıntı yaptığından emin olun.
      NOT: Birden fazla kondenser kullanılacaksa, aynı anda birden fazla şişe kurulabilir ve aynı anda ayrı şırınnalarla beslenebilir.
    7. DdH 2 O ile doldurulmuş ve açık borunun diğer ucuna16G iğne ile doldurulmuş 10 mL şırınga sokarak son sızıntıları kontrol edin. Tüpü delmemek için 16 G iğneyi boruya dikkatlice yerleştirin. Şırınna/tüp, tüp/uç ve sıkma contalarının su geçirmez olmasını sağlamak için ddH2O'yu yavaşça enjekte edin, böylece boruyu yukarı ve reaksiyon kabının altına taşır.
    8. Şişenin kesme üst kısmına sıkıca parafilm sabitleyin ve parafilm'in üstüne küçük bir bant yerleştirin. Banttan küçük bir delik açın, böyleceO 2, N2/ Ar pompalanırken gaz çıkarabilirsiniz.
    9. Okyanus simülan dökülmeden önce cam şişeyi anoksik hale getirmek için her biri kesilen üstten enjeksiyon şişelerinden birine beslenecekN 2/ Ar gaz hatları kurun.
    10. Gaz beslemesini bir N2/ Ar kaynağından birkaç tüpe bölün, böylece her enjeksiyon şişesi için birN 2/ Ar beslemesi vardır (birden fazla deney yapıyorsanız).
    11. Şırınnayı (N2/Ar'a bağlı) banttan delerek, şişedeki okyanus çözeltisinin üzerine üzerine üzerine yerleştirin. Baca büyümesinin bozulmasını önlemek için okyanus çözeltisine iğne ile nüfuz etmemeye dikkat edin.

3. Kimyasal bahçe büyümesi için çözümlerin hazırlanması

  1. Okyanus simülantını hazırlama
    1. Her deney için 100 mL çözelti hazırlayın.
      NOT: Bu örnekte, çökelme katlamaları olarak belirli konsantrasyonlar için Tablo 1'i kullanın.
    2. Erlenmeyer şişesinde 100 mL başına ~15 dakika boyuncaN 2/Ar gazı ile 100 mL ddH2O köpürterek anoksik çözümler oluşturun.
    3. Okyanus kimyası bileşenlerinden herhangi birini tartın ve ekleyin, çözünmesi için hafifçe karıştırın (oksijeni tanıtmamak için kuvvetli bir şekilde değil).
    4. Reaktifleri çözdükten sonra, hidrotermal enjeksiyonları hazırlarken okyanus simülanınınN 2/ Ar gazı ile hafif köpürmesine hemen devam edin.
  2. Hidrotermal sıvı simülan hazırlanması (sodyum sülfit preparatı)
    1. Tablo 1'degösterilen enjeksiyon konsantrasyonlarından birini seçin ve her konsantrasyonun 10 mL'sini hazırlayın. 10 mL şırınnaları çözeltilerle doldurun. İğne kapaklarını değiştirin ve bir kenara koyun.
      NOT: Sülfit içeren çözeltileri ve şırıngları her zaman duman kaputunda saklayın.
    2. Gerekli miktarda sodyum sülfit (Na2 S•9H2O) sadece duman kaputunda tartın (ddH2O ile 50 mL çözelti).
      1. 50 mL santrifüj tüpünü ddH2O ile doldurun.
      2. Na2S•9H2O'nu 50 mL santrifüj tüpüne yerleştirin ve duman kaputuna sıkıca kapatın.
      3. Tüm sülfit parçacıkları tamamen çözünene kadar tüpü duman kaputunda iyice çalkalayın.
      4. Çözeltiyi, içine N2/Ar enjekte eden 10 G iğnenin yerleştirildiği parafilm kullanarak duman kaputunda anoksik tutun.

4. Thermistor'un kurulması

  1. Thermistor'u duman kaputuna mümkün olduğunca yakın bir yan tezgahta sabit bir konuma yerleştirin. RS232 adaptör kablosunun USB tarafını bilgisayar USB bağlantı noktasına takın.
  2. Thermistor'un gücünü aç. Kablo dirençlerinin kurulmasıyla ilgili talimatlar için, Ek Ek 2'deki Thermistor prosedürüne bakın.
  3. Bilgisayardaki thermistor yazılımını açın.
    1. İletişim Bağlantı Noktası'na gidin. İlk birkaç iletişim bağlantı noktasını seçin ve thermistor yazılıma bağlanana kadar her bağlantı noktası için soldaki Bağlan düğmesini tıklatın.
      NOT: Yazılım, Okuma Yapılandırması çubuklarını yeşil olarak gösterecektir. Örnekleme simgesi yanıp sönerek, sık aralıklarla mevcut sıcaklığı örneklediğini gösterecektir. Bu sinyallerin hiçbiri gözlenmezse, diğer iletişim bağlantı noktalarını seçin. İletişim bağlantı noktalarının hiçbiri çalışmazsa, İletişim hatası veya İletişim kurulamadığınıbelirten bir açılır ileti görülür.
    2. İletişim hatası açılırsa, programı kapatın ve yeniden başlatın. Şerit kablolarını yeniden kontrol edin ve RS232 kablo pinout'larındaki pimlere düzgün bir şekilde bağlandıklarından emin olun.
  4. Bağlandıktan sonra, Çıktı'nın kırmızı çubuklarda %100 okuduğundan emin olun.
  5. Thermistor sık aralık ölçümlerini yanıp söndükten sonra, aralık süresini 60 s olarak değiştirin. Denetleyici Seçenekleri kutusunda, en alta doğru, 1 s'yi temizleyin ve 60 s'ye değiştirin. Tamam düğmesine tıklayın.
  6. Otomatik ölçeketiketli şirket logosunun yanında oval bir düğme olacaktır. Otomatik ölçeklendirmeyi açmak için bu düğmeyi tıklatın. Sıcaklık okumasını gösterecek sarı çizgiye dikkat edin.
  7. Çizim alanının içinde, x ve y eksenlerini ölçeklendirme gibi çizimi istediğiniz gibi ayarlamak için sağ tıklatın.
  8. Çizim alanına sağ tıklayın ve her 5000 s veya 83,33 dakikada bir (seçilen kayıt aralığına bağlı olarak) yeni bir okuma başlamadan önce Excel'e dışa aktar'a tıklayın. Sıcaklık ve zaman verilerini program tarafından otomatik olarak oluşturulan elektronik tabloya kaydedin.
  9. Metal sezici probını kondenser içindeki cam okyanus kabına yerleştirin. Cam şişenin ortasında asılı olan thermistor probu baca büyümesini keseceğinden, probun camın kenarına doğru yola çıkıldığından emin olun. Parafilm ile tekrar örtün.

5. Buz banyosunun kurulması

  1. Daha büyük bir plastik tava ve orta boy bir kova alın. Kovayı yarıya kadar suyla doldurun.
  2. Kovayı tavanın içine yerleştirin ve neredeyse doyana kadar suyun içine buz yerleştirin.
  3. İki plastik kesme hortumunu su pompasının her iki ucuna yerleştirin(Ek Ek 3, Şekil 1). Dikey pompa açıklığı, astarlanmaya başlamak için suyun döküleceği yerdir ve yatay açıklık suyun atıldığı yerdir. Pompayı bir elektrik prizine takın, ancak bağlandıklarında pompaya güç verecekleri için elektrik konektörlerini açık bırakın.
  4. Yatay plastik hortumu (Ek Ek 3, Şekil 2) sağa bakan daha yüksek kondenser portuna bağlayın ve hortumun buz kovasına ulaşacak kadar uzun olmasını sağlayın.
  5. Sol (alt) kondenser portuna başka bir kesilmiş plastik hortum yerleştirin, bu hortumun buzlu su banyosuna ulaşacak kadar uzun olmasını sağlayın. Bu hortumu, suyun kondenserden atılacağı buzlu su kovasının üzerine yerleştirin.
  6. Pompanın dikey açıklığına bağlı hortumdan soğuk su dökün. Pompa suyla dolduğunda, kondenser limanına kadar ulaştığında, hortumu buzlu su banyosuna daldırın ve hemen elektrik konektörlerini bağlayın.
    NOT: Bu iki kişi gerektirebilir.
  7. Pompayı kondenserden su akmaya başlayacak şekilde astarlayın, kovayı buzla doldurun ve sıcaklığı kontrol etmek için kovaya bir termometre yerleştirin.
    NOT: Su sıcaklığı ~0 °C'ye ulaşmalıdır. Ek Ek 1 Şekil 2'deki kontrol testini görün.
  8. Suyu soğuk bir sıcaklıkta tutmak için daha fazla buz eklemeye devam edin, bir yandan da daha sıcak suyun bir kısmını çıkarın.

6. Enjeksiyon için hazırlık

  1. DDH2O şırınnalarını (bölüm 2.3) hidrotermal sıvı enjeksiyon şırınnalarının yanına getirin. Plastik enjeksiyon borusunu ddH2O şırınga iğneden dikkatlice kaydırın ve hemen doğrudan birincil enjeksiyon şırınga iğnelerinden birine aktarın.
    NOT: Borunun duvarını delme.
  2. Hidrotermal simülan 70-80 °C'ye ısıtmak için ısıtıcı pedini takın.  (Uyarı: Daha yüksek sıcaklıklar plastik şırınnayı bükebilir veya zarar verebilir.)
  3. Pedi sülfit şırınd etrafında sarın ve ped etrafındaki iki metal kelepçeyi sıkıca vidaleyin(Ek Ek 3, Şekil 3).
  4. Kelepçeler yerine sabitlenince şırıngın pompasına yerleştirin ve pompayı sıkıca sabitleyin (tercih ettiği şırınna pompasına bağlıdır).
  5. Yukarı ok tuşuna basarak kontrol kutusundaki sıcaklığı ~70 °C olarak ayarlayın (Ek Ek 3,Şekil 5). Set/start tuşunabasın. 
  6. Isıtılmış şırınglar şırıng pompasına kilitlendikten sonra şırıng pompasını 1-2 mL/s'ye enjekte edecek şekilde ayarlayın.
  7. Okyanus çözeltilerinin tamamen çözünmüş olup olmadığını kontrol edin. Bulutluysa, çoğunlukla çözünene kadar karıştırın.
  8. Hadean okyanus asitliğini simüle etmek için okyanusu pH 5.5'e titratın30,31. 10 M HCl kullanın ve pH metre kararlı bir5,5okuyana kadar yavaşça (N 2 / Ar beslemesinin altında) damlacıklar ekleyin. 5,5'i aşarsa, aynı yavaş damlacık yöntemini kullanarak pH'ı daha temel seviyelere getirmek için NaOH kullanın.
  9. Prefabrik baca kaplara bir veya iki okyanus çözeltisi dökün. Bir okyanus çözeltisini kondenser içindeki cam şişeye, diğerini de kondensersiz oda sıcaklığındaki kabın içine dökün (iki deney yapıyorsanız) (Şekil 6).
    NOT: Sıcaklık probını hareket ettirmeyin.
  10. Cam şişelerin üstünü parafilm ile kapatın. N2/Ar beslemesini okyanus simülantının baş boşluğunun tepesine değiştirin, iğneyi okyanus simülanına sokmamaya dikkat edin.
  11. Şırıng pompasını 1-2 mL/s'de enjekte etmek üzere programla (şırıng pompasının türüne bağlı olarak kullanılan şırınnanın boyutuna göre kalibre edin), ancak Başlat 'a basmayın.
  12. Borunun uzunluğundan termal kaybın meydana çıkmasını önlemek için, okyanus rezervuarı ile anında temas etmek için sıcak sıvıyı hızla enjekte edin. Daha sonra, enjeksiyonun soğuk okyanusa 1- 2 ml / s'de çalışmasına izin verin. (Ek Ek 1'deşırıng için termal teste bakın). Herhangi bir damla yakalamak için atık beherleri kullanın.
  13. Enjeksiyona başlayın ve okyanus sıcaklığınırm'ırmistora kaydetmeye başlayın.

7. Sıcaklığın ve deneyin izlenmesi

NOT: Su kondenserden dolaştıktan sonra, thermistor sıcaklık probu okyanus içindeki sıcaklık düşüşünü göstermeye başlayacaktır. Amaç, sıcaklığın 0 ° C'ye yakın olmasıdır. Hassas sıcaklık (termal) degrade ayarları için Tablo 2'ye bakın.

  1. Çizim alanına sağ tıklayarak tüm sıcaklık verilerini kaydedin ve olarak kaydedin. CSV dosyası.
    NOT: Program 5000 s'ye kadar sıcaklık verisi kaydedecek ve ardından yeniden başlayacaktır.
  2. Baca çoğunlukla gelişene kadar veya en azından şırınna neredeyse boşalana kadar, donmaya yakın sıcaklıkları korumak için kovaya buz eklemeye devam edin.
  3. Oda sıcaklığındaki bacayı da izleyin. Her iki baca için baca büyümesi boyunca sık sık fotoğraf çekin.
  4. Baca tamamlandıktan sonra, her iki bacanın yanına küçük bir cetvel yerleştirin ve ardından görüntüleri alıp kaydedin.
    NOT: Tüm işlem ~ 6 saat boyunca çalışmalıdır.

8. Deneyi sonlandırmak

  1. Şırınd pompasını durdurun, ardından sıcaklığırmistora kaydetmeyi bırakın ve verileri bir elektronik tabloya kaydedin.
  2. N2/Ar akışını kapatın ve enjeksiyon damarlarındaki çizgileri ve parafilmleri çıkarın.
  3. Gerekirse, daha fazla analiz için okyanus çözeltisini veya çökelticiyi örnekle. Çökeltme çökeltme olmadan rezervuar çözeltisini dikkatlice çıkarmak için, rezervuar çözeltisinin birkaç aliquotunu dikkatlice pipetlemek için 25 mL pipet kullanın ve çözeltiyi bir atık kabına atın.
  4. Kondenser içindeki şişeyi dikkatlice atık bir kabın içine boşaltın. Boruyu şırıngardan çıkarın ve okyanus çözeltisinin duman kaputunda bulunan kabın içine akmasına izin verin. Aynı şeyi kondensersiz şişe için de yapın.
  5. Kapları birer birer kelepçeden çıkarın ve çökeltme parçalarını atık bir kabın içine durulamak için ddH2O kullanın.
  6. Şırınna pompasından boruları ve şırınnaları çıkarın. Şırıngları ve herhangi bir ekstra enjeksiyon sıvısını atık transfer kabına boşaltın ve şırıngları duman kaputunda tutulan bir sülfit keskinlik kabına atın.
  7. Boruyu deney şişesinden çıkarın ve katı bir atık torbasına atın. Mührü çözün ve septum, conta ve pipet ucunu atın.
  8. Cam deney şişesini durulayın ve 1 M HCl asit banyosunda bir gece bekletin.
    NOT: Sodyum sülfit ile temas eden cam eşyalar aside yerleştirildiğinde toksik H2S gaz salgılayacaktır. Bu nedenle, tüm asit banyolarını duman kaputunun içinde tutun.

Representative Results

Önceki çalışmalarda olduğu gibi1,2,13,29; Hidrotermal sıvı simülatörü okyanus şişesine ulaştığında, enjeksiyon süresi boyunca daha kalın ve daha uzun büyüyen bir mineral çökelti yapısı oluşmaya başladı. Demir sülfit bacalar çok sağlam olmayan hassas yapılardı ve okyanus şişesi veya enjeksiyonu fiziksel olarak bozulursa kolayca parçalandı. Bu, önceki çalışmalardan elde edilen sonuçlarlatutarlıdır 3. Sülfit çözeltisinin kimyasal konsantrasyonu da sülfit bacalarının morfolojisinde hayati bir rol oynamaktadır. Daha konsantre sülfit çözeltileri, Şekil 5'tegösterildiği gibi daha uzun ve sağlam mineral çökeltmelerine izin verirken, daha düşük sülfit çözeltileri konsantrasyonları zayıf baca yapıları üretti. Bazı durumlarda, hiçbir yapı oluşmadı, sadece bir sıvı sülfit-mineral "çorba" yaratıldı, sonunda tortu olarak yerleşecekti (Şekil 3D). Bu hem termal hem de termal olmayan gradyan koşullarında meydana geldi.

Demir sülfit ile yapılan termal gradyan baca deneylerinde, katı baca yapıları genellikle oda sıcaklığında olduğu kadar iyi birleşmedi. Şekil 3E-H, soğuk bir okyanus ile oda sıcaklığındaki hidrotermal sıvı arasında yetişen demir sülfit bacasının morfolojisini göstermektedir. Sıcaklık gradyanındaki bacalar doğada telli ve zayıfken, termal olmayan gradyan sonuçları (Şekil 3A-D) daha yarı kalıcı yapılar göstermektedir. Hidrotermal sıvı ısıtıldığında da aynı durum geçerliydi (Şekil 4). İstisna, oda sıcaklığındaki hidrotermal çözelti ile soğuk okyanus simülan arasında katı bir demir sülfit bacasının oluştuğu daha yüksek sülfit ve demir konsantrasyonlarındaydı (Şekil 5).

Termal gradyanın demir hidroksit bacalarının büyümesi üzerindeki etkisi de test edilmiştir. Sonuçlar demir sülfit bacasına benzer desenler gösterdi: oda sıcaklığındaki demir hidroksit deneyi daha sağlam bir baca çökeltisi ile sonuçlanırken, sıcak hidrotermal sıvı ile soğuk okyanus arasındaki termal gradyan deneyi dikey olarak birleşmeyen daha küçük bir baca malzemesi höyüğü ile sonuçlandı (Şekil 6). Önceki çalışmalarda gözlenen demir hidroksit bacalarının yüksek dik yapılarının aksine (oda sıcaklığı deneylerinde)29, termal gradyan deneyimiz farklı bir morfoloji gösterdi.

Figure 1
Şekil 1: Termal gradyan baca aparatı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 

Figure 2
Şekil 2: 3D baskılı kondenser. (A) Kondenser boyutlarını gösteren 3D baskılı kondenser şeması. (B) Okyanus simülanını soğutmak için kondenserin içine bir cam okyanus gemisinin yerleştirilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Çeşitli termal ve termal olmayan gradyan bacaları. (A-D) Oda sıcaklığı hidrotermal sıvıdan (HTF) oda sıcaklığında okyanus simülantine kadar termal olmayan gradyan kontrol deneyi. (A) 10 mM Na2S•9H2O HTF ve 20mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (B) 20 mM Na2S•9H2O HTF ve 10 mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (C) 20 mM Na2S•9H2O HTF ve 20mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (D) 20 mM Na2S•9H2O HTF ve 20mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (E-H) Oda sıcaklığında HTF simülanından soğuk okyanus rezervuarı (~5-10 °C) termal gradyan bacası deneyi. (E) 20 mM Na2S•9H2O HTF ve 10 mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (F) 10 mM Na2S•9H2O HTF ve 20 mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (G) 20 mM Na2S•9H2O HTF ve 10 mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. (H) 10 mM Na2S•9H2O HTF ve 20 mM FeCl2·4H2O okyanus simülan. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Termal degrade deneyi. Soğuk (~5-10 °C)20mM FeCl 2 ·4H2O okyanus simülantına enjekte edilen sıcak (~35-40 °C) 20 mM Na2S•9H 2O çözeltisi ile gerçekleştirilen deney, küçük baca telleri üretir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Okyanus simülan konsantrasyonunun bacalar üzerindeki etkisi. Anoksik okyanus simülantlarının daha yüksek konsantrasyonları(~50mM Na2S•9H2O, 10 mM FeCl 2 ·4H2O ve 200 mM NaCl) yapısal olarak daha sağlam, daha uzun bacalar üretti. Oda sıcaklığında sülfit çözeltisi 2-10 °C okyanus simülanına enjekte edildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Termal ve termal olmayan gradyan bacaların aynı anda büyümesi. (A) 100 mM FeCl2·4H2O + 100 mM FeCl3·6H 2O okyanus çözeltisi ile 200 mM NaOH hidrotermal sıvı (HTF) oda sıcaklığında sıvı simülan. (B) ~35-50 °C'de sıcak HTF ile aynı konsantrasyonlarda termal gradyan deneyi ~ 5-10 ° C'de soğuk okyanus simülanına.

Hidrotermal Sıvı Kimyası (Enjeksiyon) Okyanus Kimyası (Rezervuar)
50 mM Na2S 10 mM FeCl2·4H2O + 200 mM NaCl veya NaHCO3
20 mM Na2S 10 mM FeCl2·4H2O + 200 mM NaCl veya NaHCO3
10 mM Na2S 20 mM FeCl2·4H2O + 200 mM NaCl veya NaHCO3
200 mM NaOH 100 mM FeCl2·4H2O + 100 mM FeCl3·6H2O

Tablo 1: Both simüle edilmiş okyanus ve hidrotermal sıvı enjeksiyon çözeltileri için konsantrasyon matrisi.

HTF °C Okyanus Simülant Sıcaklık °C
~23 ~23 5-10
~35-50 ~23 5-10

Tablo 2: Termal gradyan deneysel matris. Hidrotermal sıvı (HTF) sıcaklığı şırınnadaki sıvının sıcaklığını ifade eder; okyanus şişesine girişteki gerçek sıcaklık şırınna içindeki sıcaklıktan 20 ila 35 derece daha düşüktü (~70 °C) (bkz. Ek Ek 1, Şekil 3ve Şekil 4).

Ek yazdırılabilir dosya. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız. 

Ek Ek 1. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız. 

Ek Ek 2. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız. 

Ek Ek 3. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız. 

Discussion

Termal gradyanların simüle baca büyümesi üzerindeki etkisi: Bu deneysel cihaz, baca morfolojilerinde çeşitli deneysel parametrelerden kaynaklanan çeşitli varyasyonlar sağladı. Demir sülfit ve demir hidroksit bacaları oda sıcaklığında yüksek dik yapılar oluşturdu, ancak termal gradyan deneylerinde daha zayıf, telli çökeltiler veya düz höyükler oluşturdu. Bu, 70-80 ° C'ye ısıtılan bir hidrotermal sıvıdan wispy, dik olmayan baca çökeltilerinin oluştuğu ve oda sıcaklığındaki okyanus simülan33'eenjekte edildiği Herschy ve ark. Bunun çeşitli olası açıklamaları vardır: konvüktif ısı transferi, çökeltinin oluşurken okyanus gemisinin tepesine doğru hızla akmasını sağlamak için daha doğal şamandıra kuvvetlerine (enjeksiyonun zorla pompalanmasıyla birlikte) neden olabilir. Alternatif olarak, şırıncak sıvının ısıtılması hidrotermal sülünleri daha az yoğun hale getirir ve böylece enjeksiyon noktasının üstünde stabilize etmektense dikey olarak yükselmeye daha yatkın hale getirir. Daha istikrarlı bir yapının büyümesine izin vermek için şırındı enjeksiyon oranının daha yavaş oranlara değiştirilmesiyle bu etkinin hafifletilmesi mümkündür. White ve ark. son derece yavaş oranlarda (0.08 mL/h) enjekte edilen hidrotermal simülan ile demir sülfit baca büyümesini inceledi ve bacanın birleşmesi günler almasına rağmen yapısal olarakistikrarlıydı 13. Herschy ve arkadaşları, termal gradyan deneylerimizde kullanılan oranlardan daha hızlı birkaç büyüklük sırası olan 10-120 mL / s enjeksiyon oranlarında peristaltik pompalar kullandıklarından, telli baca yapıları33.

Okyanustaki çökelme reasürörlerinin daha yüksek konsantrasyonları ve havalandırma çözeltileri de termal gradyanlarda daha sağlam bacalar sağlayabilir. Hidrotermal sıvı veya okyanus simülantında çökeltici iyonların (sülfit veya hidroksit) daha yüksek kimyasal konsantrasyonları, daha yüksek genel çökelti kütlesine yol açabilir, böylece daha güçlü bir yapı oluşturabilir. Herschy ve ark. hidrotermal sıvıda (10 mM) daha düşük sülfit konsantrasyonları kullandıklarından, yapıları daha yüksek (20-50 mM) sülfit konsantrasyonları kullanılarak bu çalışmada üretilenlerden daha küçüktü. Ek olarak, demir sülfit baca büyümesi ile ilgili bazı çalışmalar, daha sağlam bacalar üretmeye yardımcı olabilecek sodyum sülfit ile birlikte hidrotermal sıvıya silika da dahil edilmiştir3,13,33. Silika kimyasal bahçe yapıları da hidrotermal baca büyümesinin yönlerini simüle etmek için kullanılmıştır34ve bunlar fiziksel analiz için tüp / şişeden çıkarılabilen çok sağlam yapılar üretme eğilimindedir. Bununla birlikte, sıcaklık gradyanlarının silika enjeksiyon yapıları üzerindeki etkileri bilinmemektedir ve daha fazla çalışma alanı olacaktır.

Gelecekteki baca simülasyon deneyleri için dikkat edilmesi gerekenler: Okyanus gemisini soğutmak için bu çalışmada oluşturulan 3D baskılı kondenser, ceketli bir reaksiyon gemisi gibi hareket etti, ancak bazı pratik iyileştirmelerle: 1) açık üst, bacanın örneklemesine ve anoksik okyanus kafa boşluğunun korunmasına izin verdi; 2) 3D baskılı parça kolay tekrarlanabilirlik verdi; 3) tasarımlar dijital olarak düzenlenebilir gibi, cihaz hızlı bir şekilde değiştirilebilir ve istenirse yeniden basılabilir; ve 4) ucuz malzemelerin kullanımı, her kondenserin gerçek cam ceketli reaksiyon kaplarından daha uygun maliyetli hale getirdi. Bu 3D baskılı kondenserler, farklı araştırma gruplarında simüle edilmiş hidrotermal baca deneyleri için platformları standartlaştırmanın yararlı bir yolu olabilecek esnek ve kolayca paylaşılan bir deneysel cihazdır ve numunelerin ve verilerin daha iyi karşılaştırılmasını sağlar. Kondenserin dosyaları, iş arkadaşlarına eğitimsel veya bilimsel amaçları için kendi başlarına yazdırmaları için gönderilebilir (bkz. bu çalışmada kullanılan kondenserin ek 3D baskı dosyası). Bu ucuz kurulum, kimyasal bahçeler veya kemomobriyonik29,35için bir lisans laboratuvarı deneyi olarak da kullanılabilir.

Sonuç olarak, bu çalışma, sıcaklık gradyan ortamlarında simüle edilmiş hidrotermal bacaların büyümesini kolaylaştırmak için 3D baskı kullanan yeni bir deneysel aparat tanımlamaktadır. 3D baskılı kondenser, deniz tabanı hidrotermal sistemlerinin yakınındaki deniz suyuna benzer şekilde okyanus simülanını donmaya yakın sıcaklıklara soğutabilir. Bu arada, bu soğuk okyanusa enjekte edilen yüksek sıcaklıklı hidrotermal sıvıyı simüle etmek için ısıtılmış bir şırıngam kullanıldı. Demir sülfit ve demir hidroksit bacalarının morfolojileri ve yapıları termal gradyandan etkilendi: hem okyanus hem de hidrotermal sıvı simülanları oda sıcaklığındayken, bacalar dikey yönelimli yapılar oluşturdu, ancak hidrotermal sıvı ısıtıldığında ve okyanus soğutulduğunda sağlam baca yapılarının oluşumu engellendi. Bu tür baca sistemlerindeki prebiyotik reaksiyonları doğal sistemlere benzer termal gradyanlarla doğru bir şekilde simüle etmek için, enjeksiyon oranı ve hem havalandırma hem de okyanus simülantlarının kimyasal bileşimi gibi parametreleri dikkatlice kontrol etmek gerekecektir. Bu çalışma için oluşturulan özel ve ucuz 3D baskılı kondenser, işlev olarak ceketli bir reaksiyon kabına benzer ve birçok kemomobrionik deney türünde kullanılmak üzere kolayca değiştirilebilir ve çeşitli araştırma ve eğitim gruplarına elektronik olarak dağıtılabilir.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Bu araştırma, NASA Astrobiyoloji Enstitüsü Icy Worlds tarafından desteklenen NASA ile yapılan bir sözleşme kapsamında Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Jet İtiş Laboratuvarı'nda gerçekleştirildi. Dr. Gabriel LeBlanc kısmen Oklahoma NASA EPSCoR Kooperatif Anlaşması (NNX15AK42A) aracılığıyla Bir Araştırma Başlatma Hibesi (2017-34) tarafından desteklendi. Heather Whitehead'e ilk 3D baskılı kondenser tasarımına yardım için, Kalind Carpenter'a 3D baskı konusunda yardım için, John-Paul Jones'a kondenser gemileri hakkında yararlı tartışmalar için, Laura Rodriguez'e sıcaklık veri analizi konusunda yardım için ve Erika Flores'e laboratuvar yardımıyla teşekkür ederiz. Telif Hakkı 2020 Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sojo, V., Herschy, B., Whicher, A., Camprubi, E., Lane, N. The origin of life in alkaline hydrothermal vents. Astrobiology. 16 (2), 181-197 (2016).
  2. Barge, L. M., et al. From chemical gardens to fuel cells: Generation of electrical potential and current across self-assembling iron mineral membranes. Angewandte Chemie International Edition. 54 (28), 8184-8187 (2015).
  3. Mielke, R. E., et al. Iron-sulfide-bearing chimneys as potential catalytic energy traps at life's emergence. Astrobiology. 11 (10), 933-950 (2011).
  4. Russell, M. J., et al. The drive to life on wet and icy worlds. Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).
  5. Russell, M. J., Hall, A. J. The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front. Journal of the Geological Society, London. 154 (3), 377-402 (1997).
  6. Russell, M. J., Hall, A. J. The onset and early evolution of life. Evolution of Early Earth's Atmosphere, Hydrosphere, and Biosphere-Constraints from Ore Deposits, Geological Society of America. Kesler, S. E., Ohmoto, H. 198, 1-32 (2006).
  7. Hsu, H. W., et al. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature. 519, 207-210 (2015).
  8. Vance, S., et al. Hydrothermal systems in small ocean planets. Astrobiology. 7 (6), 987-1005 (2007).
  9. Cardoso, S. S. S., Cartwright, J. H. E., Sainz-Díaz, C. I. Carbonate-hydroxide chemical-garden tubes in the soda ocean of Enceladus: abiotic membranes and microtubular forms of calcium carbonate. Icarus. 319, 337-348 (2019).
  10. Russell, M. J., Murray, A. E., Hand, K. P. The possible emergence of life and differentiation of a shallow on irradiated icy worlds: the example of Europa. Astrobiology. 17, 1265-1273 (2017).
  11. Yamaguchi, A., et al. Electrochemical CO2 reduction by Ni-containing iron sulfides: How is CO2 electrochemically reduced at bisulfide-bearing deep-sea hydrothermal precipitates. Electrochimica Acta. 141, 311-318 (2014).
  12. Roldan, A., et al. Bio-inspired CO2 conversion by iron sulfide catalysts under sustainable conditions. Chemical Communications. 51 (35), 7501-7504 (2015).
  13. White, L. M., Bhartia, R., Stucky, G. D., Kanik, I., Russell, M. J. Mackinawite and greigite in ancient alkaline hydrothermal chimneys: identifying potential key catalysts for emergent life. Earth and Planetary Science Letters. 430, 105-114 (2015).
  14. Barge, L. M., Flores, E., Baum, M. M., VanderVelde, D. G., Russell, M. J. Redox and pH gradients drive amino acid synthesis in iron oxyhydroxide mineral systems. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (11), 4828-4833 (2019).
  15. Macleod, G., McKeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. Hydrothermal and oceanic pH conditions of possible relevance to the origin of life. Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 24 (1), 19-41 (1994).
  16. McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. Peptide and RNA contributions to iron–sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensers. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 370 (1969), 3007-3022 (2012).
  17. Cutler, K. B., et al. Rapid sea-level fall and deep-ocean temperature change since the last interglacial period. Earth and Planetary Science Letters. 206 (3-4), 253-271 (2003).
  18. Kelley, D. S., et al. An off-axis hydrothermal vent field near the Mid-Atlantic Ridge at 30 N. Nature. 412 (6843), 145-149 (2001).
  19. Kelley, D. S., et al. A serpentinite-hosted ecosystem: the Lost City hydrothermal field. Science. 307 (5714), 1428-1434 (2005).
  20. Price, R., et al. Alkaline vents and steep Na+ gradients from ridge-flank basalts-Implications for the origin and evolution of life. Geology. 45 (12), 1135-1138 (2017).
  21. Proskurowski, G., et al. Abiogenic hydrocarbon production at Lost City hydrothermal field. Science. 319 (5863), 604-607 (2008).
  22. Francheteau, J., et al. Massive deep-sea sulphide ore deposits discovered on the East Pacific Rise. Nature. 277 (5697), 523-528 (1979).
  23. Spiess, F. N., et al. East Pacific Rise: hot springs and geophysical experiments. Science. 207 (4438), 1421-1433 (1980).
  24. Hekinian, R., Fevrier, M., Bischoff, J. L., Picot, P., Shanks, W. C. Sulfide deposits from the East Pacific Rise near 21 N. Science. 207 (4438), 1433-1444 (1980).
  25. Haymon, R. M. Growth history of hydrothermal black smoker chimneys. Nature. 301 (5902), 695-698 (1983).
  26. Ishii, T., Kawaichi, S., Nakagawa, H., Hashimoto, K., Nakamura, R. From chemolithoautotrophs to electrolithoautotrophs: CO2 fixation by Fe (II)-oxidizing bacteria coupled with direct uptake of electrons from solid electron sources. Frontiers in Microbiology. 6, 994 (2015).
  27. Barge, L. M., et al. Pyrophosphate synthesis in iron mineral films and membranes simulating prebiotic submarine hydrothermal precipitates. Geochimica et Cosmochimica Acta. 128, 1-2 (2014).
  28. Barge, L. M., White, L. M. Experimentally testing hydrothermal vent origin of life on Enceladus and other icy/ocean worlds. Astrobiology. 17 (9), 820-833 (2017).
  29. Barge, L. M., et al. Chemical gardens as flow-through reactors simulating natural hydrothermal systems. Journal of Visualized Experiments. 105, e53015 (2015).
  30. Morse, J. W., Mackenzie, F. T. Hadean ocean carbonate geochemistry. Aquatic Geochemistry. 4 (3-4), 301-319 (1998).
  31. Russell, M. J., Arndt, N. T. Geodynamic and metabolic cycles in the Hadean. Biogeosciences. 2 (1), 97-111 (2005).
  32. Price, R. E., Giovannelli, D. A Review of the geochemistry and microbiology of marine shallow-water hydrothermal vents. Reference Module in Earth Systems and Environmental Science. , Elsevier. New York, USA. (2017).
  33. Herschy, B., et al. An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents. Journal of Molecular Evolution. 79 (5-6), 213-227 (2014).
  34. Barge, L. M., et al. Characterization of iron-phosphate-silicate chemical garden structures. Langmuir. 28 (8), 3714-3721 (2012).
  35. Barge, L. M., et al. From chemical gardens to chemobrionics. Chemical Reviews. 115 (16), 8652-8703 (2015).

Tags

Çevre Bilimleri Sayı 168
Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter