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Simulación de chimeneas hidrotermales de la Tierra Primitiva en un entorno de gradiente térmico
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El objetivo de este protocolo es formar chimeneas hidrotermales simuladas a través de experimentos de inyección química en jardines e introducir un gradiente térmico a través de la membrana de precipitado inorgánico, utilizando un condensador imprimible en 3D que se puede reproducir con fines educativos.
Transcript
La impresión 3D del condensador de enfriamiento permite que los métodos experimentales previamente desarrollados se modifiquen fácilmente para el control de la temperatura. Los diseños digitales pueden ser fácilmente compartidos, modificados e impresos por cualquier investigador con acceso a una impresora 3D. Este método podría usarse para simular procesos hidrotermales en la Tierra, pero también podría usarse para simular eventos hidrotermales en la luna Europa de Júpiter o la luna Encélado de Saturno.
El método que desarrollamos combina una variedad de componentes de una manera única. La demostración visual permitirá a los estudiantes e investigadores interesados en reproducir o adaptar estos métodos ver cómo ensamblar y operar el aparato experimental. Comience colocando el termistor en una posición estable en un banco lateral lo más cerca posible de la campana de humos.
Inserte el lado USB de un cable adaptador RS-232 en el puerto USB de la computadora y conecte el cable a una toma de corriente. Encienda la alimentación del termistor y el software del termistor en la computadora. Compruebe los cables de cinta y asegúrese de que estén conectados correctamente a los pines de los pines de cable RS-232.
Una vez conectado, asegúrese de que la salida se lea al 100% en barras rojas. Cuando el termistor parpadea, las mediciones de intervalos frecuentes cambian el tiempo de intervalo a 60 segundos. En el cuadro de opciones del controlador hacia la parte inferior, elimine un segundo y cambie a 60 segundos.
Luego haga clic en el botón Aceptar. Haga clic en el botón ovalado junto al logotipo de la empresa etiquetado como escala automática. Observe la línea amarilla que muestra la lectura de temperatura.
Dentro del área de la gráfica, haga clic con el botón derecho para ajustar la gráfica a su gusto, como la escala y los ejes X e Y. Haga clic derecho en el área de trazado y haga clic en exportar a Excel antes de que comience una nueva lectura. Guarde los datos de temperatura y tiempo en la hoja de cálculo que ha sido creada automáticamente por el programa.
Coloque la sonda de termistor de metal en el recipiente oceánico de vidrio dentro del condensador. Asegúrese de que la sonda esté configurada a un lado del vidrio y luego cubra el vidrio con parafilm. Llene un cubo mediano con agua hasta la mitad, coloque el cubo dentro de una sartén de plástico y agregue hielo al agua hasta que esté casi lleno.
Coloque las dos mangueras de corte de plástico en cada extremo de la bomba de agua. Tenga en cuenta que la abertura vertical de la bomba es donde se verterá el agua para comenzar el cebado, y la abertura horizontal es donde se expulsa el agua. Conecte la bomba a una toma de corriente, pero deje los conectores eléctricos abiertos.
Conecte la manguera de plástico horizontal al puerto del condensador superior que mira hacia la derecha y asegúrese de que la manguera sea lo suficientemente larga como para llegar al cubo de hielo. Conecte otra manguera de plástico de corte al puerto del condensador izquierdo. Coloque esta manguera sobre el cubo de agua helada en el que se expulsará el agua del condensador.
Vierta agua fría a través de la manguera conectada a la abertura vertical de la bomba. Cuando la bomba esté llena de agua, llegue hasta el puerto del condensador, sumerja la manguera en el baño de agua helada e inmediatamente conecte los conectores eléctricos. Prepara la bomba para que comience a fluir agua a través del condensador, llena el cubo con hielo y coloca un termómetro en el cubo para verificar la temperatura.
Continúe agregando más hielo para mantener el agua a una temperatura fría y saque parte del agua más caliente. Envuelva una almohadilla alrededor de la jeringa de sulfuro y atornille firmemente dos abrazaderas de metal alrededor de la almohadilla. Vierta una o dos soluciones oceánicas en los buques de chimenea prefabricados.
Vierta una solución oceánica en el vial de vidrio con un condensador y la otra en el recipiente a temperatura ambiente sin condensador, asegurándose de no mover la sonda de temperatura. Comience la inyección y comience a registrar la temperatura del océano en el termistor. Una vez que el agua circula a través del condensador, la sonda de temperatura del termistor comenzará a mostrar la caída de la temperatura dentro del océano.
Una vez que el simulante de fluido hidrotermal llegó al vial oceánico, comenzó a formarse una estructura de precipitado mineral que se hizo más gruesa y más alta durante la duración de la inyección. Las soluciones más concentradas de sulfuro permitieron precipitados minerales más altos y resistentes. En algunos casos, no se formó ninguna estructura, solo una sopa mineral de sulfuro líquido que eventualmente se asentaría como un sedimento.
En los experimentos de chimenea de gradiente térmico con estructuras de chimenea sólida de sulfuro de hierro generalmente no se fusionaron tan bien como lo hicieron a temperatura ambiente. Las chimeneas en el gradiente de temperatura eran como cuerdas y tenues en la naturaleza. Mientras que los resultados del gradiente no térmico tenían estructuras más semipermanentes.
Lo mismo era cierto cuando el fluido hidrotermal se calentaba. Una chimenea sólida de sulfuro de hierro fue capaz de formarse entre una solución hidrotermal a temperatura ambiente y un simulante oceánico frío a concentraciones más altas de sulfuro y hierro. También se probó el efecto de un gradiente térmico en el crecimiento de chimeneas de hidróxido de hierro.
Mientras que el experimento de hidróxido de hierro a temperatura ambiente produjo un precipitado de chimenea robusto, el experimento de gradiente térmico resultó en una menor cantidad de material de chimenea que no se fusionó verticalmente. Después de este procedimiento, se puede explorar una amplia gama de gradientes químicos y de temperatura para comprender mejor el papel de los gradientes de temperatura en estos sistemas químicos dinámicos.
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