热梯度环境中早期地球热液烟囱的模拟

1. 安全考虑 使用实验室防护设备进行个人保护，包括亚硝酸盐手套、面罩、实验室外套和合适的鞋子（无皮肤暴露）。 使用注射器和针头时，要小心不要刺穿手套或皮肤。 检查烟雾罩中的整个设备是否有泄漏。 在向混合物添加任何化学物质之前，检查支架上玻璃瓶和冷凝器的稳定性。 在烟雾中进行所有热梯度实验，以控制漏水。 在烟雾中使用所有硫化钠（Na2S+9H2O），因为它对健康有害。 将硫化钠保留在烟气罩中，并在烟气罩内放置一个平衡，用于称量硫化物量。 当烟雾罩释放有毒的 H2S 气体时，请始终将含硫化物的溶液保留在烟气罩中，并将硫化物液体、锐利剂和固体废物容器保留在烟气罩中。 不要将任何硫化物溶液废物与其他已知化学品混合。 当使用反应剂 Fe （II）Cl2+4H2O 时，在暴露在空气中时，始终用 N2/Ar 进行清除。将 N2/Ar 气体放置在烟气罩内的头部空间中，将溶液无氧留在烟气罩中。用准胶片固定，以防止进一步氧化。 2. 注射实验设置 将 3D 打印冷凝器喷射夹在烟气罩的支架上，使小端口孔面向烟气罩底部。确保冷凝器在夹子内平放。 使用玻璃切割机从 100 毫升透明玻璃、压接式血清瓶（20 毫米压接密封闭合型）底部切开 1 厘米，从而创建玻璃”喷射容器”，并确保容器自下而上向空中开放。 在 1 M HCl 酸浴中清洗小瓶过夜，然后用双蒸馏水 （ddH2O） 冲洗，然后再进行新的实验。 重复使用玻璃，除非破裂或破碎，然后处理。 准备注射瓶（图1）。 收集以下材料：20 毫米隔膜、20 毫米铝压接密封件、0.5-10 μL 塑料移液器尖端、16 G 注射器针和压接器工具。 小心地刺穿橡胶隔膜中心的一个孔，然后将针头取出并丢弃在锋利的废容器中。 将移液器尖插入针孔，插入橡胶隔膜的一侧，该隔膜将面对小瓶压接顶部。将移液器尖端推过隔膜，使其在另一侧稍微伸出。注意：不要一直推通过，因为这不会给予足够的间隙，将压接密封与压接工具。 将压接器放在压接密封件上。挤压压接器，用移液器尖密封隔膜到注射容器上，使其防水。正确密封后，将移液器尖推过玻璃罐，使其从玻璃中突出约 1.0″ 。 在移液器尖端放置一个清晰、灵活、耐化学的管子，内径为 1/16″，以便在移液器尖端上密封防水密封。注：管子应足够长，达到注射器泵顶部的16G注射器，因为注射器将泵送热液通过这个清晰的管子到海洋模拟。 将喷射瓶放入 3D 打印冷凝器中的烟气罩中，通过底部的冷凝器端口孔将油管刺穿。确保小瓶从冷凝器中的小端口孔中突出。注：如果要使用多个冷凝器，可以同时设置多个小瓶，并由单独的注射器同时进食。 通过将装满 ddH2O 的 10 mL 注射器插入一个 16 G 针头插入打开管的另一端，检查是否有最终泄漏。小心地将 16 G 针插入管中，以免刺穿管子。慢慢注射 ddH2O，使其向上移动管子并进入反应容器的底部，以确保注射器/管、管/尖和压接密封都是防水的。 将准胶片紧紧固定在小瓶的切口顶部，并将一小块胶带放在副膜顶部。在胶带中打一个小孔，这样 O2 就可以在 N2/Ar 被泵入时加气。 设置 N2/Ar 气体管，每个气体管线将从切断顶部输入一个喷射瓶，使玻璃瓶在海洋模拟剂倒入之前产生氧化。 将气体馈送从 N2/Ar源拆分成多个管子，以便每个注射瓶（如果进行多个实验）有一个 N2/Ar馈送。 将注射器（连接到N2/Ar）通过穿刺通过磁带，悬停在小瓶中的海洋溶液。小心不要用针头穿透海洋溶液，以免烟囱生长中断。 3. 为化学花园生长准备解决方案 准备海洋模拟 为每个实验准备 100 mL 的解决方案。注：在此示例中，使用 表 1 进行特定浓度作为沉淀的 cations。 通过在 Erlenmeyer 烧瓶中首次冒泡 100 mL 的 ddH2O 与 N2/Ar 气体，每 100 mL 15 分钟创建厌氧解决方案。 称重并加入任何海洋化学成分，轻轻搅拌溶解（不剧烈，以免引入氧气）。 溶解试剂后，立即恢复海洋的光冒泡与N2/Ar气体同时准备热液注入。 制备热液模拟剂（硫化钠制剂） 选择 表 1中显示的注射浓度之一，并准备每个浓度的 10 mL。将 10 mL 注射器填充解决方案。更换针帽并放在一边。注意：始终将含硫的溶液和注射器放在烟气罩中。 仅在烟气罩中称量所需的硫化钠（Na2S+9H2O）（50 mL 溶液，带 ddH2O）。 用 ddH2O 填充 50 mL 离心机管。 将 Na2S+9H2O 放入 50 mL 离心机管中，并将其紧密密封在烟气罩中。 在烟气罩中彻底摇动管子，直到所有硫化物颗粒完全溶解。 使用将 10 G 针注入 N2/Ar 的准胶片将溶液氧化在烟气罩中。 4. 设置热病器 将热病器放在一个稳定的位置，放在尽可能靠近烟气罩的侧长凳上。将 RS232 适配器电缆的 USB 侧插入计算机 USB 端口。 打开热电发电机的电源。有关设置电缆电阻器的说明，请参阅补充附录 2中的热病程序。 打开计算机上的热病软件。 向下滚动到 通信端口。选择前几个通信端口，然后单击每个端口左侧的 “连接 “按钮，直到热病器连接到软件。注：该软件将显示 绿色阅读配置 栏。 采样 图标将保持闪烁，显示它经常采样当前温度。如果两个信号都未被观测到，请选择其他通信端口。如果通信端口不工作，则会看到弹出式消息，说明 通信错误 或 无法通信。 如果弹出 通信错误 ，关闭程序并重新启动。重新检查带状电缆，并确保它们正确连接到 RS232 电缆销上的引脚。 连接后，确保 输出 在红条中读取 100%。 一旦热病器闪烁频繁的间隔测量，将间隔时间更改为 60s。在 控制器选项 框中，朝向底部，清除 1 s 并更改为 60 s。单击 “确定” 按钮。 公司徽标旁边将有一个椭圆形按钮，标有 自动秤。单击该按钮以打开自动刻度。注意显示温度读出的黄线。 在绘图区域内，右键单击以根据您的喜好调整情节，例如缩放 x 和 y 轴。 右键单击绘图区域，然后单击 导出到 Excel， 然后每 5000 秒或 83.33 分钟开始一次新的读取（取决于选择的录制间隔）。保存程序自动创建的电子表格中的温度和时间数据。 将金属热力探测器放入冷凝器内的玻璃海洋容器中。确保探针被设置在玻璃的一侧，因为挂在玻璃瓶中间的热力探针会中断烟囱的生长。再次用准胶片覆盖。 5. 设置冰浴池 拿一个更大的塑料平底锅和一个中等大小的桶。将水桶装满水，水最多加半路。 将水桶放在锅内，将冰放入水中，直到几乎装满。 将两根塑料切断软管放在水泵的两端（附录3，图1）。请注意，垂直泵开口是水将倒入以开始启动的位置，水平开口是喷出水的位置。将泵插入电源插座，但让电源连接器打开，因为连接后将为泵供电。 将水平塑料软管（附录3，图2）连接到较高的冷凝器端口，朝右，确保软管足够长，到达冰桶。 将另一个切断的塑料软管放在左（下）冷凝器端口，确保此软管也足够长的时间到达冰水浴池。将此软管放在冰水桶上，将水从冷凝器中喷出。 将冷水倒入连接到泵垂直开口的软管中。当泵充满水时，一直到达冷凝器端口，将软管浸入冰水浴中，并立即连接电气连接器。注意：这可能需要两个人。 让泵开始流水通过冷凝器，给水桶加满冰，并在桶中放置温度计以检查温度。注意：水温应达到 ±0 °C。 请参阅补充附录 1 图 2中的控制测试。 继续添加更多的冰，以保持水在寒冷的温度，同时去除一些温暖的水。 6. 准备注射 将 ddH2O 注射器（第 2.3 节）放到热液注射注射注射器旁边。小心地将塑料注射管从 ddH2O 注射器针上滑下来，并立即直接将其转移到主注射注射器针头之一。注意：不要刺穿管壁。 插入加热器垫，将热液模拟剂加热到 70-80 °C。 （警告：高温会扭曲或损坏塑料注射器。 将垫子包裹在硫化物注射器周围，并牢牢地拧紧垫周围的两个金属夹（补充附录3，图3）。 固定夹子后，将其放在注射器泵上，并紧紧固定泵（取决于所选的注射器泵）。 按 上箭头 键将控制盒上的温度设置为 ±70 °C（补充附录 3， 图 5）。按 设置/开始。 一旦加热注射器锁定在注射器泵上，将注射器泵以 1-2 mL/h 的速度注射。 检查海洋溶液是否完全溶解。如果多云，搅拌，直到大部分溶解。 将海洋模拟到pH值5.5，以模拟哈迪安海洋酸度30，31。使用 10 M HCl 并缓慢添加液滴（在 N2/Ar 馈送下），直到 pH 仪表读取稳定的 5.5。如果它超过 5.5，使用 NaOH 使用相同的慢滴法将 pH 值恢复到更基本的水平。 将一两个海洋溶液倒入预制烟囱容器中。将一个海洋溶液倒入冷凝器内的玻璃瓶中，另一个倒入没有冷凝器的室温容器（如果进行两次实验）（图6）。注意：不要移动温度探头。 用胶片密封玻璃瓶的顶部。将 N2/Ar饲料替换到海洋模拟剂的头部空间顶部，注意不要将针头引入海洋模拟剂中。 将注射器泵编程为 1-2 mL/h（根据注射器泵的类型，用于使用注射器的大小校准），但不要按 “启动”。 为了防止热损失通过管子的长度发生，迅速注入热液，以便立即与海洋储层接触。然后，让注射以1-2毫升/小时的速度进入寒冷的海洋。（见 补充附录1中注射器的热测试）。使用废烧嘴捕捉任何滴水。 开始注射，并开始记录热病器上的海洋温度。 7. 监测温度和实验 注：一旦水通过冷凝器循环，热温度探测器将开始显示海洋内温度的下降。目标是使温度达到接近0°C。 有关精确的温度（热）梯度设置，请参阅表 2。 通过右键点击绘图区域保存所有温度数据，并保存为 。CSV 文件。注：该计划将记录高达5000的温度数据，然后重新开始。 继续将冰加入桶中以保持接近冰点的温度，直到烟囱大部分发育，或者至少直到注射器几乎空无一人。 也监视室温烟囱。在烟囱生长过程中经常拍摄两个烟囱的照片。 烟囱完成后，在两个烟囱旁边放置一个小尺子，然后拍摄和保存图像。注：整个过程应运行 6 小时。 8. 结束实验 停止注射器泵，然后停止在热病器上记录温度，并将数据保存在电子表格中。 关闭 N2/Ar 流，从注射容器中取出线和副膜。 如有必要，对海洋溶液进行采样或沉淀以作进一步分析。要小心地拆卸储层溶液而不干扰沉淀物，请使用 25 mL 移液器小心地将储层溶液的多个液泡液移走，并将溶液丢弃在废烧嘴中。 小心地将冷凝器内的瓶排入废烧嘴中。从注射器中取出管子，让海洋溶液排入烟气罩中的烧嘴。对于没有冷凝器的瓶也这样做。 将容器一次一个从夹子中取出，并使用 ddH2O 将沉淀物冲洗成废烧嘴。 从注射器泵中取出管子和注射器。将注射器和任何额外的注射液倒入废物转移烧甲器中，并将注射器放在烟气罩中的硫化物锐利容器中。 从实验小瓶中取出管子，并将其处理在固体废物袋中。解开密封并处理隔膜、密封和移液器尖端。 冲洗玻璃实验瓶，并在1M HCl酸浴中浸泡过夜。注：与硫化钠接触的玻璃器皿在放置在酸中时会释放出有毒的H2S气体。因此，将所有酸浴都放在烟气罩内。