在热梯度环境中模拟早期地球热液烟囱

3D 打印冷却冷凝器使得先前开发的实验方法能够轻松地进行修改以实现温度控制。任何拥有 3D 打印机的研究人员都可以轻松共享、修改并打印这些数字设计。该方法可用于模拟地球上的热液过程，也可用于模拟木星卫星欧罗巴或土星卫星恩克拉多斯上的热液事件。

我们开发的方法以独特的方式结合了多种组件。通过视频演示，将帮助有意重复或改进这些方法的学生和研究人员了解如何组装和操作实验装置。首先，将热敏电阻放置在靠近通风橱的侧台上的稳定位置。

将 RS-232 适配器电缆的 USB 端插入计算机的 USB 接口，并将电源线插入电源插座。打开热敏电阻的电源，并启动计算机上的热敏电阻软件。检查带状电缆，确保其已正确连接至 RS-232 电缆引脚图中的对应引脚。

连接后，确保输出显示为红色条形的100%。当热敏电阻以频繁间隔闪烁时，将间隔时间更改为60秒。在底部的控制器选项框中，删除“1秒”并更改为60秒。

然后单击“确定”按钮。单击公司标志旁边标有“自动缩放”的椭圆形按钮。注意显示温度读数的黄线。

在图表区域内，右键单击以根据需要调整图表，例如缩放比例以及 X 轴和 Y 轴。在开始新的读数之前，右键单击图表区域并选择导出到 Excel。将程序自动生成的电子表格中的温度和时间数据保存下来。

将金属热敏电阻探头放入冷凝器内的玻璃海洋容器中。确保探头置于玻璃容器的一侧，然后用帕拉膜（parafilm）覆盖玻璃容器口。取一个中等大小的水桶，加入水至半满，将水桶放入一个塑料托盘内，然后向水中加冰，直至接近装满。

将两根塑料截断软管分别连接到水泵的两端。注意，水泵的垂直开口为注水口，用于开始注水引水，而水平开口为出水口。将水泵插入电源插座，但暂不连接电器接头。

将水平的塑料软管连接到右侧较高的冷凝器接口，并确保软管足够长以延伸至冰桶。将另一段截断的塑料软管连接到左侧的冷凝器接口。将此软管置于冰水桶上方，以便冷凝器排出的水直接进入其中。

将冷水倒入与泵的垂直开口相连的软管中。当泵内充满水并到达冷凝器接口时，将软管浸入冰水浴中，并立即连接电源插头。启动泵以使水开始流经冷凝器，用冰填满水桶，并将温度计放入桶中以监测温度。

继续添加更多冰块以保持水处于低温状态，并舀出部分较暖的水。用垫片包裹硫化物注射器，并在垫片周围牢固地拧紧两个金属夹。将一至两种海水溶液倒入预制的烟囱容器中。

将一份海洋溶液倒入带有冷凝器的玻璃小瓶中，另一份倒入无冷凝器的室温容器中，注意不要移动温度探针。开始注入并同时开始记录热敏电阻上的海洋温度。当水开始在冷凝器中循环后，热敏电阻温度探针将显示海洋内部温度的下降。

当模拟的热液流体进入海洋小瓶后，矿物沉淀结构开始形成，并在注入过程中逐渐变得更高更厚。硫化物浓度更高的溶液能够形成更高大且更坚固的矿物沉淀。在某些情况下，并未形成结构，仅产生液态的硫化物矿物汤，最终会沉降为沉积物。

在热梯度烟囱实验中，硫化铁固体烟囱结构的聚结程度通常不如室温条件下那样良好。温度梯度中的烟囱呈细丝状，结构较为脆弱；而无温度梯度条件下的实验结果则形成了更稳定的半永久性结构。

当加热热液流体时，情况同样如此。在较高硫化物和铁浓度下，能够在室温热液溶液与低温模拟海水之间形成固体硫化铁烟囱。还测试了温度梯度对氢氧化铁烟囱生长的影响。

尽管室温下的氢氧化铁实验产生了较为坚固的烟囱状沉淀，但温度梯度实验所生成的烟囱物质较少，且未发生垂直方向的聚结。通过遵循本实验步骤，可探索多种化学条件与温度梯度的组合，以更深入地理解温度梯度对这些动态化学系统的影响。