Kimyasal Bahçeleri olarak Reaktörler Taklit Doğal Hidrotermal Sistemler Akış

Aşağıdaki deneyin genel amacı, küçük ölçekte kendi kendine birleşen yapıları oluşturmak için kimyasal bahçe deneyleri kullanarak, erken dünyanın denizaltı hidrotermal menfezlerinde çökelen doğal bacaları simüle etmektir. Bu, önce iki çözelti hazırlanarak elde edilir. Bir çözelti, erken dünya deniz suyunun bileşimini simüle eder ve bir çözelti, su kayası reaksiyonları tarafından üretilen bir alkali hidrotermal sıvıyı simüle eder.

Daha sonra, hidrotermal benzeri sıvının anoksik bir atmosfer altında simüle edilmiş okyanusun bir rezervuarına enjekte edilebilmesi için bir aparat kurulur. Üçüncü adım olarak, enjeksiyon sırasında hidrotermal ve okyanus çözeltileri arasındaki voltajı ölçmek için elektrotlar kurulur. Son olarak, hidrotermal benzeri çözelti, simüle edilmiş okyanus çözeltisini içeren bir şişenin tabanına yavaşça enjekte edilir ve havalandırma sıvısının okyanus kabuğundan ve çevredeki deniz suyuna doğal sızmasını taklit eder.

Sonuçlar, okyanus ve hidrotermal çözeltilerin arayüzünde bir mineral çökeltisinin oluştuğunu ve bunun doğal bir hidrotermal baca Denizaltısına benzeyen, kendi kendine birleşen bir kimyasal bahçe yapısına dönüştüğünü göstermektedir. Hidrotermal bacalar tıpkı doğal kimya bahçeleri gibidir. Dünyada yaklaşık 4.4 milyar yıl önce üretildiklerini düşünüyoruz ve demir sülfürler ve demir hidroksitlerden oluşuyorlar, çoğunlukla biraz silika ile.

Ve alkali çözeltilerin okyanusa çıktığı yerde üretildikleri bir deri gibi davranırlar, bu biraz asidiktir. Ve ikisi arasındaki arayüzde, dediğim gibi, bu mineralleri çökeltiyorlar, daha çok bir cilt gibi görünüyorlar. Aslında, onları bugün bildiğimiz hayatla karşılaştırabiliriz.

Ve bu, örneğin yaşamın bizim gibi alkali bir iç mekana sahip olma eğiliminde olmasıdır. Ve asidik dış cepheleri sevme eğilimindedir. Demek istediğim, belki de söyleyebilirim ki, pH 5.5'lik bir pH şampuanını seviyoruz.

Örneğin asidik gazozları seviyoruz. Ama aynı zamanda bizi sağlıklı tutmak için alkali içecekler içmeyi de seviyoruz çünkü sonuçta iç mekanlarımız sağlıklı, tıpkı doğal kimyasal bahçeler gibi. Ve bugün laboratuvarda gördüğümüz şey, bu kimyasal bahçelerin içinin alkali olduğu gerçeğidir.

Dış kısım asittir. Biraz oksitlenmiş, ve bizde olan şu ki, bu kimyasal bahçeler bu ikisi arasında kimyasal bir gradyan dayatıyor, pH ve Redoks'un kimyasal gradyanları, ve toplamları yaklaşık yarım volta tekabül ediyor, bu da yaşamı sürdürmek için gereken elektrokimyasal enerji miktarı ile ilgili. Ve biz, 4 milyar yıl önce okyanus tabanındaki bu kimyasal bahçelerden birinde yaşamı ilk etapta var etmek için bunun doğru olduğunu düşünüyoruz.

Bu deney, okyanuslar, hidrotermal sıvılar, atmosferler gibi farklı gezegensel koşulları simüle etmemize izin verir, ancak aynı zamanda belirli deneysel parametrelerin değiştirilmesinin etkilerini ve bunun sistem üzerinde ne gibi bir etkisi olacağını simüle etmemize izin verir. Başlangıçta, doğrudan test tüplerinin içindeki kristallerden büyüyen kimyasal bahçeleri inceliyorduk, ancak zar potansiyelini ölçemedik çünkü doğrudan zarın içine bir tel alamıyorduk. Bunu yapabilmek için yeni bir yöntem geliştirdik.

Bu, bir rezervuardaki okyanus sıvısına hidrotermal simulant enjekte ettiğimiz bir enjeksiyon yöntemidir. Bu, zarın büyümesi üzerindeki zar potansiyelini ölçmek için otomatik bir veri kaydedici kullanmamıza izin verdi. Bu yönteme yeni başlayanlar, güzel yapılandırılmış kimyasal bahçeler yetiştirmek ve virüsü voltaj ölçümü için chi ihtiyaçlarına yerleştirmek için mücadele edebilirler.

Ancak, sorun giderme yoluyla tüm bu sorunları çözebilirler. Enjeksiyon şişesini kullanmak için 100 mililitrelik şeffaf cam kıvrımlı üst serum şişesinin altını kesmek için bir cam kesici kullanarak başlayın. Ayrıca 20 milimetre septum, 20 milimetre alüminyum kıvrımlı conta ve 0,5 ila 10 mikrolitre plastik pipet ucu toplayın.

16 gauge şırınga iğnesi kullanarak, septumun ortasından dikkatlice bir delik açın, ardından iğneyi çıkarın ve uygun kesici atık kabına atın. Ardından, pipet ucunu iğne deliğine sokun ve pipet ucunu diğer taraftan dışarı çıkacak şekilde septumdan itin. Septumu pipet ucuyla enjeksiyon kabına kıvırın.

Su geçirmez bir contayı rüzgarla sızdırmaz hale getirmek için, pipet ucunu dışarıya doğru çıkıntı yapacak şekilde septumdan daha fazla itin. Ardından pipet ucuna 16 inç iç çapında, şeffaf, esnek ve kimyasallara dayanıklı bir tüp takın. Hortumu pipet ucunun üzerine kaydırın Su geçirmez bir conta oluşturmak için, hortumun enjeksiyon şişesinden şırınga pompasına ulaşacak kadar uzun olduğundan emin olun.

Ardından, enjeksiyon şişelerini bir davlumbaz içindeki bir standa sıkıştırın, böylece enjeksiyon şişenin altından beslenir. Reaksiyon kaplarının içinden veri kaydediciye ulaşacak kadar uzun olacak şekilde iki uzunlukta yalıtılmış tel kesin. Konumlandırma için tellerde biraz gevşeklik bırakın.

Daha sonra, diğer uçlardaki reaksiyon şişesinin içine yerleştirilecek olan her bir telin ucundan yaklaşık üç milimetre yalıtım soyun. Bu multimetre uçlarına bağlanacaktır. Telin yaklaşık bir santimetresini soyun, enjeksiyon çözeltisi ile teması sağlamak için kimyasal bahçenin içinde olacak teli pipet ucunun açıklığına yakın bir yere yerleştirin, ancak enjeksiyon akışını tıkayacak kadar uzak değil.

Ardından tellerin her iki ucunu da bant kullanarak yerine sabitleyin. Ardından dış kabloyu, çözelti rezervuarına temas edecek, ancak kimyasal bahçe çökeltisine temas etmeyecek şekilde yerleştirin. Ardından, üst boşluğu çözelti rezervuarının üzerinde tutmak için tellerin serbest uçlarını veri kaydediciye takın.

Ve IC nitrojen gazı hatları kurdu. Bir nitrojen kaynağı tankından gelen gaz beslemesini birkaç tüpe bölün, böylece her enjeksiyon şişesi için bir besleme olur. Her reaksiyon şişesi için okyanus simülatörü olarak da bilinen 200 mililitre rezervuar çözeltisini, önce deiyonize suyu nitrojen gazı ile 100 mililitre boyunca yaklaşık 15 dakika köpürterek hazırlayın.

Bu, deneyin enjeksiyon boyunca anoksik kalmasını sağlar. Sonra tartın ve 25 milimolar demir, iki klorür tetra ve 75 milimolar demir ekleyin. Suya üç klorür hekzahidrat.

Karışıma oksijen vermeden iyonları çözmek için karışımı hafifçe karıştırın. İyonlar çözüldükten hemen sonra, çözeltinin nitrojen gazı ile hafifçe köpürmesine devam edin. Enjeksiyonlar hazırlanırken, burada gösterilen tablodan birincil enjeksiyon solüsyonlarından herhangi ikisini seçin ve her solüsyondan 10 mililitre hazırlayın.

Daha sonra 10 mililitrelik bir şırıngayı çözeltilerin her biri ile yedi mililitre işaretine kadar doldurun, kapatın ve bir kenara koyun. Ardından, ikincil enjeksiyon olarak çeker ocakta 20 mililitre 50 milimolar sodyum sülfür hazırlayın. İki adet 10 mililitrelik şırıngayı yedi mililitre işaretine kadar doldurun Solüsyonla, iğne kapaklarını değiştirin ve bir kenara koyun.

Birincil enjeksiyon şırıngalarını, çeker ocakın içinde bulunan programlanabilir bir şırınga pompasına sabitleyin. Enjeksiyon hızını dakikada bir mililitreye ayarlayın ve her iki şırınga da atık kabına damlamaya başlayana kadar pompayı açın. Ardından enjeksiyonu durdurun.

Daha sonra, deiyonize su içeren şırıngaları iki plastik enjeksiyon tüpüne yerleştirin ve suyun şeffaf boruyu ana rezervuara girdiği açıklığa kadar doldurması için enjekte edin. Ardından şırıngaları enjeksiyon şişelerinin üzerindeki standa yerleştirin. Daha sonra, her bir şişeye 100 mililitre demir içeren rezervuar çözeltisini dikkatlice dökün.

Perfil kullanarak şişelerin üzerinde dikkatlice hava geçirmez bir sızdırmazlık oluşturun ve her şişeye bir nitrojen beslemesi yerleştirin. Enjeksiyon süresi boyunca deneyi anoksik tutmak için nitrojen gazı hatlarının akışını istenildiği gibi ayarlayın. Daha sonra, su dolu şırıngaları birer birer birincil enjeksiyon şırıngalarının yanına getirin.

Plastik enjeksiyon tüpünü dikkatlice kaydırın ve hemen doğrudan birincil enjeksiyon şırınga iğnelerinden birine aktarın. Borunun duvarını delmemeye dikkat edin. Ardından şırınga pompasını üç saat boyunca saatte iki mililitre çalışacak şekilde ayarlayın ve enjeksiyonu aynı anda başlatın.

Membran potansiyelinin kaydını başlatın. Üç saat sonra şırınga pompasında durdur düğmesine basın. Kimyasal bahçe yapıları oluştuktan sonra, birincil enjeksiyon şırıngalarını şırınga pompasından dikkatlice çıkarın, ancak yapıların rahatsız edilmemesi için bunları boruya bağlı bırakın.

Sıvının şırıngaya geri akmaması için bunları şişelerdeki sıvı seviyesinin üzerindeki standa yerleştirin. Daha sonra, bu durumda sodyum sülfürden oluşan ikincil enjeksiyon şırıngalarını şırınga pompasına sabitleyin ve her ikisi de sülfür çözeltisini özel bir tehlikeli atık kabına damlamaya başlayana kadar iğneyi hazırlayın. Daha sonra şırıngaları şırınga pompasından birer birer çıkarın ve boruyu birincil enjeksiyon şırıngasından sodyum sülfür içeren şırıngaya aktarın.

Çözeltiyi saatte iki mililitre olarak enjekte etmek için şırınga pompasını yeniden programlayın ve sodyum sülfür çözeltisini bu hızda üç saat boyunca enjekte etmek için başlat düğmesine basın. Birincil enjeksiyon çözeltisi rezervuar çözeltisine beslendikten sonra, sıvı arayüzünde kimyasal bir bahçe çökeltisi oluşmaya başlar ve bu yapı, çevresel taramalı elektron mikroskobu altında enjeksiyon boyunca büyümeye devam eder, alanin varlığında oluşan birincil çökeltiler amorf olarak daha yuvarlak görünürken, saf demir oksi hidroksit çökeltileri ve pirofosfat içerenler birincil çözeltiyi takiben daha kristal göründü enjeksiyon. Potansiyel, 0.45 ila 0.55 volt civarında hemen zirve yapma eğilimindeydi ve daha sonra birincil enjeksiyonun geri kalanı için 0.1 ila 0.2 volt civarında stabilize olmadan önce yaklaşık bir saat azaldı.

Birincil şırıngalar sodyum sülfür içeren ikincil şırıngalara geçtiğinde, kimyasal bahçe büyümeye devam etti, ancak gözle görülür yeni büyümeler artık siyah demir sülfürdü. Mevcut duvarlara katkıda bulunmak yerine, kimyasal bahçenin siyah sülfür kısımları dallanıp budaklanıyor ve ayrı ayrı büyüyor gibi görünüyordu. Sülfür enjeksiyon çözeltisi kimyasal bahçeye ulaşır ulaşmaz, membran potansiyeli hemen yaklaşık 0,9 volta sıçradı.

Kimyasal bahçelerinizi büyütmek için kullanabileceğiniz birçok olası çözüm kombinasyonu vardır. Kimyasal bahçe yapınız tamamen oluştuğu sürece, enjeksiyon hızını daha hızlı bir orandan daha yavaş bir orana değiştirmek ve birincil enjeksiyonu ikincil bir orana değiştirmek de mümkündür. Sodyum sülfür çözeltileri, son derece tehlikeli olan hidrojen sülfür gazı açığa çıkarır.

Çeker ocak içinde açık sodyum sülfür kapları ve sülfür içeren solüsyonlar kullanılmalı ve malzeme güvenlik bilgi formu yönergelerine göre kullanılmalı, hem kullanılmış hem de kullanılmamış solüsyonlar tehlikeli atık olarak bertaraf edilmelidir. Laboratuvarda yetiştirildiğini gördüğümüz hidrotermal bacalar, temel olarak demir sülfürler ve demir hidroksitler olmak üzere gözenekli minerallerden yapılmıştır. Ve biz, yaşamın erken dönemlerinde katalizör görevi göreceklerini düşünüyoruz ve yapı olarak bugün bile kendi cildimizde bile sahip olduğumuz katalizörlere ve enzimlere çok benziyorlar.

Bu deney farklı jeolojik ortamları simüle etmek için kullanılabilir, ancak aynı zamanda bir malzeme bilimi için de uygulanabilir çünkü deneyin parametrelerini manipüle ederek bu kendi kendine birleşen yapıların büyümesini nasıl kontrol edeceğini öğrenmeye ve belki de farklı reaksiyonlar için katalizör görevi görebilecek yapılar ve malzemeler oluşturmaya çok fazla ilgi vardır.