This research was carried out at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, under a contract with the National Aeronautics and Space Administration. We acknowledge the support by the NASA Astrobiology Institute (Icy Worlds). L.M.B. is supported by the NAI through the NASA Postdoctoral Program, administered by Oak Ridge Associated Universities through a contract with NASA. J.E.N. was supported through a US Department of Education PR/Award #: P031C110019 administered through Citrus College. We acknowledge useful discussions with members of the NAI Thermodynamics, Disequilibrium, and Evolution Focus Group and the Blue Marble Space Institute of Science.

1. Sicherheitshinweise <ol><li> Persönliche Schutzausrüstung (Kittel, Schutzbrille, Handschuhe aus Nitril, richtigen Schuhe) gegen Chemieunfällen oder Verletzungen zu vermeiden. Verwenden Sie Spritzen und Nadeln, und achten Sie darauf, keine Handschuhe stechen. Achten Sie darauf, während der Versuchsaufbau, um das Gerät auf Dichtheit durch die Durchführung der Injektion zunächst mit Check doppelt destilliertem H 2 O (ddH 2 O), und um die Stabilität der Reaktionsgefäße auf dem Messestand zu überprüfen, bevor Sie Chemikalien. </li><li> Verpflichten, dieses Experiment mit jedem chemischen Garten Rezept, aber einer der Reaktionspartner nutzen wir, um Tiefseeentlüftungsöffnungen simulieren, ist eine gefährliche Chemikalie, Natriumsulfid; daher tun das gesamte Experiment in einem Abzug zur Vermeidung der Exposition. <ol><li> Nur öffnen Sie die Flasche Natriumsulfid in der Abzugshaube und legen ein Gleichgewicht innerhalb der Abzug für das Wiegen Sulfid. Halten Sie immer sulfidhaltigen Lösungen in den Laborabzug, da sie giftige H 2 S-Gas freizusetzen, und halten Sie auch Sulfide flüssige, scharfe, und Abfallbehälter in der Abzugshaube. Ein weiterer Reaktionspartner von Interesse ist Fe (II) Cl 2 • 4H 2 O, die an der Luft oxidiert, so kümmern sich um Lösungen anoxischen zu halten und chemische Gärten unter anoxischen Headspace (zB N 2 oder Ar), immer innerhalb wachsen einer Abzugshaube oder Handschuhfach. </li></ol></li></ol> 2. Richten Sie für die Injektion Versuche <ol><li> Erstellen Glas &quot;Injektionsflaschen&quot; durch Abschneiden der unteren 1 cm von einer 100 ml Klarglas-Rollrandserumflasche (20 mm Crimp Dichtung Verschlusstyp) mit einem Glasschneider, so dass, wenn umgekehrt ist, ist das Gefäß an der Luft. Da diese wiederverwendbar sind, reinigen Sie die Fläschchen in einem 1 M HCl Säurebad O / N, und dann gut mit ddH 2 O spülen, bevor ein neuer Versuch. </li><li> Bereiten Sie die Injektionsfläschchen (Abbildung 1). <ol><li> Sammeln Sie eine 20 mm Septum, 20 mm Aluminium-Crimp-Dichtung und eine 0,5 bis 10 &amp; mgr; l Kunststoffpipettenspitze. Unter Verwendung einer 16 G Spritze needle, sorgfältig durchbohren ein Loch durch die Mitte der Scheidewand, dann entfernen und entsorgen Sie die Nadel in die dafür vorgesehenen Entsorgungsabfallbehälter. </li><li> Setzen Sie die Pipettenspitze in das Nadelloch, in die Seite des Gummimembran, die im Inneren des Rollrand des Fläschchens konfrontiert sein wird. Schieben Sie die Pipettenspitze durch die Scheidewand, so dass er stößt auf der anderen Seite. </li><li> Crimp-Siegel der Scheidewand mit Pipettenspitze auf die Injektionsbehälter, um eine wasserdichte Abdichtung zu machen. Wenn versiegelt, drücken Sie die Pipettenspitze weiter durch die Scheidewand, so dass es außerhalb ragt. </li><li> Bringen 1/16 &quot;Innendurchmesser klare flexible chemikalienbeständigen Schlauch an der Pipettenspitze (Schlauchlänge sollte von der Injektionsflasche mit dem Spritzenpumpe zu erreichen); schieben Sie es sich für einen wasserdichten Verschluss. Anmerkung: Dies ist das Einspritzrohr, von dem anderen Ende durch eine Spritze mit 16 Gauge Nadel zugeführt werden. </li><li> Dichtheit prüfen: Legen Sie eine 10 ml Spritze mit ddH 2 O mit einer 16 G-Nadel gefüllt in das andere Ende des Schlauchs(glatt den Schlauch schieben Sie direkt auf die Nadel und achten Sie darauf, um die Wand des Rohres durchstechen). Langsam zu injizieren, so daß der ddH 2 O bewegt sich die Rohrleitung und in den Boden des Reaktionsgefäßes. Stellen Sie sicher, dass die Spritze / Rohr, Rohr / tip, und Crimp-Dichtungen sind wasserdicht. </li></ol></li><li> Klemmen Sie die Injektionsflaschen auf einem Gestell in einem Abzug, so dass die Einspritzung von der Unterseite der Flasche füttern in. Hinweis: Mehrere Fläschchen kann bis auf einmal setzen und gleichzeitig von getrennten Spritzen zugeführt werden. </li><li> Einrichten Elektroden zum Messen Membranpotential über die Wand der chemischen Gärten. Verwenden Sie immer die gleiche Konvention, für die Führung ist &quot;innen&quot; und die &quot;Außenseite&quot; der chemischen Gärten ist. <ol><li> Schnittlängen von isolierten Draht (zB Kupfer), die aus dem Inneren der Reaktionsbehälter mit der Leitung des Multimeters oder Datenlogger erreichen. Lassen Sie ein wenig Spiel in den Leitungen für die Positionierung. </li><li> Streifen ca. 3 mm von derverdrahten nackten an den Enden, die in die Reaktionsflasche angesiedelt werden soll. An den anderen Enden, die den Multimeter führt Streifen ~ 1 cm Draht verbunden wird. </li><li> Befestigen Sie die Drähte an Ort und Stelle, um Membranpotential über die chemische Garten zu messen. Für den Draht, der in der chemischen Garten gehen wird: legen Sie sie in die Öffnung der Pipettenspitze von dem Fluid in den Behälter zu ernähren. </li><li> Man schiebt das Seil in leicht, den Kontakt mit der Injektionslösung zu gewährleisten, aber nicht so weit, dass sie die Einspritzströmung zu verstopfen. Für die Außendraht: Ort, es ist so, dass es in Kontakt mit dem Lösungsreservoir, aber nicht mit der chemischen Garten Niederschlag sein. </li><li> Band oder auf andere Weise sichern Sie die Drähte, so dass sie nicht in das Injektionsglas während des Experiments (Abbildung 2) zu bewegen. </li><li> Befestigen Sie die anderen Enden der Drähte an das Multimeter, und sichern Sie die Kabel so, dass diese Ziele auch nicht während des Experiments zu bewegen. </li></ol></li><li> Bis N 2 Stellen </sub&gt; Gasleitungen, die jeweils füttern wird in eine der Injektionsflaschen. <ol><li> Teilen Sie die Gaszufuhr aus einem N 2 Quelle in mehrere Röhren, so dass es ein N 2-Feeds Jedes Injektionsglas. </li><li> Platzieren Sie jede N 2 Rohr, so dass es in den Kopfraum eines der Injektionsflaschen-Feeds. </li></ol></li></ol> 3. Herstellung von Lösungen für die Chemische Garden Wachstum <ol><li> Bereiten Sie die Reservoirlösung, 100 ml für jedes Experiment. Hinweis: In diesem Beispiel verwenden 75 mM Fe 2+ und 25 mM Fe 3+ als Fällungs Kationen (Tabelle 1). <ol><li> Erstellen anoxischen Lösungen, indem zunächst die sprudelnden ddH 2 O mit N 2 -Gas für ~ 15 min pro 100 ml. </li><li> Abwiegen und fügen Sie die FeCl 2 • 4H 2 O und FeCl 3 • 6 H 2 O, unter leichtem Rühren zu lösen (nicht kräftig, so dass Sauerstoff nicht vorstellen). </li><li> Nach Reagenzien gelöst sind, sofort Resume Lichtblasenbildung des Fe 2+ / Fe 3+ Lösung mit N 2 -Gas, während Injektionen hergestellt. </li></ol></li><li> Wählen Sie einen beliebigen zwei der in Tabelle 1 dargestellten Primärinjektionslösungen und Herstellung von 10 ml von jedem. Füllen einer 10 ml Spritze mit dem 7 ml Marke mit jeder der Lösungen (eine Spritze für jede Lösung). Ersetzen Sie die Nadel Kappen und beiseite stellen. </li><li> Es werden 20 ml der sekundären Injektionslösung (Natriumsulfid - ACHTUNG). In Tabelle 1 gezeigt Füllen Sie zwei 10 ml Spritzen mit dem 7-ml-Marke mit dieser Lösung, ersetzen Sie die Nadel Kappen und beiseite stellen. Halten Sie immer sulfidhaltigen Lösungen und Spritzen in der Abzugshaube. </li><li> Füllen Sie den ddH2O Spritzen aus Schritt 2.2.5; diese werden verwendet, um das Einspritzrohr zu spülen. </li></ol> 4. Starten des Primary Injection <ol><li> Verwenden gewünschten Datenlogger für Membranpotentialmessungen; messen Potenzial jedes Experiment auf einem separatE-Kanal, und stellen Sie die Scanrate, um die gewünschte Menge an Datenpunkten zu geben (zB für einen 2-Stunden-Einspritzung, die Aufnahme potenziellen alle 30 sec ausreichen würde). </li><li> Sichern Sie sich die primäre Injektionsspritzen auf der programmierbaren Spritzenpumpe im Abzug. </li><li> Verwenden Sie einen Abfallbecher um Tropfen aufzufangen und den Spritzenpumpe, um mit einer schnellen Rate zu injizieren, bis die Spritzen beide beginnen, in das Becherglas tropfen. Dann stoppen Sie die Injektion (um sicherzustellen, dass die zwei Spritzen beginnen Injektion an genau der gleichen Ebene). </li><li> Re-Programm die Spritzenpumpe auf 2 ml pro Stunde zu injizieren (Kalibrierung für die Art der Spritze verwendet werden), aber nicht getroffen Start. </li><li> Legen Sie die ddH2O Spritzen in die beiden Kunststoffspritzrohre, und injizieren, so dass das Wasser füllt die klare Schlauch bis zu der Öffnung, wo sie die Hauptreservoir eintritt. Legen Sie die Spritze auf dem Stand, über den Injektionsflaschen. </li><li> Gießen Sie 100 ml des Fe 2+ / Fe 3+ Reservoirlösung in each Fläschchen. </li><li> Einstellen der Strömung von der N 2 Gasleitungen, wie gewünscht, um das Experiment anoxischen für die Dauer der Injektion zu halten. </li><li> Sorgfältig abdecken das Reservoir Fläschchen mit luftdicht (zB mit Parafilm, nicht zu behindern die Sicht durch das Glas) und legen Sie eine N 2 Einspeisung in jeder Flasche (Abbildung 3). </li><li> Bringen Sie die ddH2O Spritzen (noch in der Rohrleitung eingeführt) sich neben der primären Injektionsspritzen. Ziehen Sie die Kunststoff-Spritzguss-Schlauch von der ddH2O Spritzennadel und unmittelbar übertragen sie direkt auf einer der Haupteinspritzung Spritzennadeln. (Achten Sie darauf, um die Wand des Schlauchs nicht durchstechen.) </li><li> Starten Sie die Injektion, und starten Sie die Aufnahme des Membranpotentials. </li></ol> 5. Starten der Sekundäreinspritzung: <ol><li> Hit Station auf dem Spritzenpumpe nach 3 h (nach 6 ml injiziert wurden), einst chemischen Gartenstrukturen gebildet haben (FiguZu 4), die sich fort Erzeugen eines Membranpotential (Abbildung 5). </li><li> Die primären Injektionsspritzen aus der Spritzenpumpe vorsichtig entfernen (aber lassen Sie sie verbunden mit dem Schlauch, so dass die Strukturen nicht gestört werden); stellte sie auf dem Ständer über dem Niveau der Flüssigkeit in den Durchstechflaschen, so daß das Fluid nicht zurück in die Spritze zu fließen. </li><li> Sichern Sie sich die Sekundäreinspritzung Sulfid Spritzen in die Spritzenpumpe, und wiederholen Sie die Schritte 4.3 und 4.4. </li><li> Entfernen Sie die sekundäre Spritzen ein zu einer Zeit von der Spritzenpumpe und, während der Spritzen über dem Niveau der Flüssigkeit in den Fläschchen halten, wiederholen Sie Schritt 4.9, die Übertragung der Schlauch von den primären Spritzen zu den sekundären Spritzen (Abbildung 6). Wachsam sein, daß der Fluiddruck aus dem Vorratsbehälter in die Spritze nicht dazu führt Fluid in die Spritze zurückfließen, da dies die chemische Garten kollabieren. </li><li> Wenn die Übertragung abgeschlossen ist, sorgfältig befestigen Sie die sekundäre Spritzen zu the Spritzenpumpe. </li><li> Re-Programm die Spritzenpumpe auf 2 ml pro Stunde zu injizieren, und drücken Sie Start, um die Injektion mit der neuen Injektionslösung fortsetzen. </li><li> Entsorgen Sie den primären Injektionsspritzen. </li></ol> 6. Beenden der Experiment <ol><li> Erste Station der Spritzenpumpe, dann beenden Sie die Aufnahme des Membranpotentials und speichern Sie die Daten. </li><li> Schalten Sie das N 2 Fluss und entfernen Sie die Zeilen und die Parafilm von den Einspritzgefäße. </li><li> Falls gewünscht, probieren Sie die Reservoirlösung oder Niederschlag für die weitere Analyse. Um vorsichtig die Reservoirlösung und der Niederschlag nicht stören, verwenden Sie eine 25 ml Pipette vorsichtig pipettieren Sie die Reservoirlösung in mehreren Teilmengen, und entsorgen Sie die Lösung in einen Abfallbecher. </li><li> Ausspannen Injektionsgefäße ein zu einer Zeit und gießen Sie die Lösung in eine Abfallumschlagbecher im Abzug. Verwenden ddH2O ausspülen Stücke von Niederschlag. </li><li> Entferne die Spritzen herm die Spritzenpumpe und extrahieren Sie sie aus dem Schlauch und ließ zusätzliche Injektionsflüssigkeit weg in den Müllumschlag Becher laufen. Leeren Sie die Spritzen in den Abfallbecher, und entsorgen Sie die Spritzen in einer Sulfid Behälter für spitze Gegenstände im Abzug gehalten wird. </li><li> Entfernen Sie den Schlauch aus dem Experiment Phiole und entsorgen Sie sie in einem Abfallsack. Uncrimp das Siegel und entsorgen Sie das Septum, Dichtung und Pipettenspitze. </li><li> Spülen Sie das Glas Experiment Phiole und legen Sie ihn in einer 1 M HCl Säurebad O / N. (ACHTUNG - Glaswaren, die in Kontakt mit Natriumsulfid wird toxische H 2 S-Gas freizugeben, wenn in Säure gelegt wurde Halten Säurebädern im Inneren der Abzugshaube..) </li></ol>

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Evol. 79, 213-227 (2014).</li><li>Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+by+Ni-containing+Iron+Sulfides:+How+Is+CO2+Electrochemically+Reduced+at+Bisulfide-Bearing+Deep-sea+Hydrothermal+Precipitates?.">Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates?.</a> Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).</li><li>Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+nitrate+reduction+by+green+rusts&#8212;effects+of+interlayer+anion+and+Fe+(II):+Fe+(III)+ratio.">Kinetics of nitrate reduction by green rusts&#8212;effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio.</a> Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).</li><li>Trolard, F., Bourri&#233;, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fougerite+a+natural+layered+double+hydroxide+in+gley+soil:+habitus,+structure,+and+some+properties.">Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties.</a> Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , (2012).</li><li>van Oss, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specifically+Impermeable+Precipitate+Membranes.">Specifically Impermeable Precipitate Membranes.</a> Surface and Colloid Science. , 115-144 (1984).</li><li>Baaske, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+accumulation+of+nucleotides+in+simulated+hydrothermal+pore+systems.">Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Die Bildung einer chemischen Gartenstruktur über Injektionsverfahren kann durch Kopplung zweier keine Lösungen mit reaktiven Ionen, die einen Niederschlag durchgeführt werden. Es gibt viele mögliche Reaktionssystemen, die Niederschlag-Strukturen erzeugen wird und das Finden der richtigen Rezeptur von reaktiven Ionen und Konzentrationen zu wachsen eine gewünschte Struktur ist eine Sache von Versuch und Irrtum. Die Strömungsrate der Injektionslösung wird durch eine programmierbare Spritzenpumpe gesteuert, und dies ...

&quot;Chemical Gärten&quot; sind selbstorganisierende entwickelte anorganische Ausscheidungen in dem zwei Flüssigkeiten von kontrastierenden Chemikalien interagieren 1,2. Diese selbstorganisierenden anorganischen Strukturen sind Gegenstand von wissenschaftlichem Interesse seit über einem Jahrhundert Teil aufgrund ihrer biomimetischen Aussehen, und viele experimentelle und theoretische Untersuchungen verfolgt worden, um die verschiedenen komplexen Aspekte und mögliche Funktionen chemischer Gartensysteme 3 zu verstehen. Natürliche Beispiele für chemische Gärten umfassen Mineral &quot;Schornstein&quot; Niederschläge, die sich um hydrothermale Quellen und sickert zu wachsen, und es wurde argumentiert, dass diese könnten plausible Umgebungen für das Leben entstehen 4 bereitzustellen. Um eine chemische Garten Simulation eines natürlichen Hydrothermal Schornstein wachsen sollte ein Reservoirlösung einen simulierten Ozean Zusammensetzung und eine Injektionslösung sollte die hydrothermale Flüssigkeit, die in den Ozean-Feeds repräsentieren. Die Vielseitigkeit dieses Typs of Experiment, um verschiedene Reaktionssysteme ermöglicht die Simulation von fast allen Vorschlägen für Ozean / hydrothermale Fluidchemie, einschließlich Umgebungen auf der frühen Erde oder auf anderen Welten. Auf der frühen Erde würden die Ozeane gewesen anoxischen, sauer (pH 5-6) und würde enthielt aufgelöst atmosphärischen CO 2 und Fe 2+ sowie Fe III, Ni 2+, Mn 2+, NO 3- und NO 2. Chemische Reaktionen zwischen diesem und dem Seewasser ultramafic Ozeankruste würde eine alkalische hydrothermale Fluid Wasserstoff und Methan enthält, hergestellt wurden, und in einigen Fällen Sulfid (HS -) 4-8. Die in der frühen Erde alkalische Lüftungsumgebungen gebildet Schornsteine ​​könnte somit haben Eisen / Eisen Oxyhydroxiden und Eisen / Nickel-Sulfide enthalten, und es wurde vorgeschlagen, dass diese Mineralien könnte insbesondere katalytischen und proto-enzymatischen Funktionen zur Nutzung geochemischen Redox / pH-Gradienten zu fahren gedient haben die Entstehung von Metabolism 5. Ebenso auf anderen Welten, wie sie können Host (oder gehostet haben) Wasser / rock-Schnittstellen - wie frühe Mars, Jupiter Mond Europa oder dem Saturnmond Enceladus - es ist möglich, dass Wasser / Rock Chemie konnte alkalische Lüftungsumgebungen in der Lage zu erzeugen Fahr präbiotischen Chemie oder sogar die Bereitstellung bewohnbaren Nischen für noch vorhandene Lebens 5,9-11. Die klassische chemische Garten Experiment beinhaltet einen Impfkristall aus einem Metallsalz, beispielsweise Eisenchlorid-tetrahydrat FeCl 2 • 4H 2 O, in einer Lösung, die reaktive Anionen, beispielsweise Natriumsilikat oder &quot;Wasserglas&quot; eingetaucht. Die Metallsalz-Überblendungen, die Schaffung eines sauren Lösung, die Fe 2+, die mit dem mehr alkalischen Lösung Schnittstellen (haltige Silikat-Anionen und OH -) und einer anorganischen Membranniederschlag gebildet. Die Membran quillt unter osmotischen Drucks, platzt, dann wieder fällt eint die neue Fluid-Grenzfläche. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Kristalle gelöst sind, was zu einem vertikal ausgerichteten, selbstorganisierte Präzipitat Struktur mit komplexer Morphologie bei Makro- und Mikrowaagen. Dieses Fällungsverfahren führt zu der weiter Trennung von chemisch kontras Lösungen über den anorganischen chemischen Garten Membran und der Differenz der geladenen Spezies durch die Membran führt zu einer Membranpotential 12-14. Chemische Gartenstrukturen sind komplex, zeigt Zusammensetzungsgradienten von innen nach außen 13,15-19, und die Wände der Struktur aufrechtzuerhalten Trennung zwischen kontrastierenden Lösungen für längere Zeit aber dennoch etwas für Ionen durchlässig. Zusätzlich dazu, dass ein idealer Experiment für Bildungszwecke (wie sie sind einfach, für den Unterricht Demonstrationen zu machen, und können die Schüler zu chemischen Reaktionen und Selbstorganisation zu erziehen) haben chemische Gärten wissenschaftliche Bedeutung als Darstellungen der Selbst assembly in dynamischen, weit entfernt vom Gleichgewicht Systemen mit Methoden, die auf die Herstellung von interessanten und nützlichen Materialien 20,21 führen kann. Chemische Gärten im Labor können auch durch Spritzverfahren gezüchtet werden, wobei die Lösung, die ein Fällungsionen langsam in die zweite Lösung, die das Co-Präzipitieren Ion (oder Ionen) injiziert. Dies resultiert in der Bildung von chemischen Strukturen Garten ähnlich denen Kristallwachstumsexperimente mit Ausnahme, dass die Eigenschaften des Systems und der Niederschlag besser gesteuert werden kann. Das Injektionsverfahren hat mehrere wesentliche Vorteile. Er erlaubt es, eine chemische Garten bilden mit einer beliebigen Kombination von Ausfällen oder eingebaut Spezies, dh mehrere Fällungsionen in eine Lösung eingebracht werden, und / oder andere nicht kondensierender Bestandteile können entweder in Lösung enthalten sein, um zu adsorbieren / reagieren mit dem Niederschlag . Das Membranpotential in einer chemischen erzeugtenGarten System kann in einem Einspritz Experiment gemessen werden, wenn eine Elektrode in das Innere der Struktur eingebaut, wodurch elektrochemische Untersuchung des Systems. Injektionsexperimente bieten die Möglichkeit, die Injektionslösung in das Innere der chemischen Garten kontrollierter Zeitrahmen füttern durch Variation der Einspritzgeschwindigkeit oder insgesamt eingespritzte Volumen; es ist daher möglich, durch verschiedene Lösungen sequentiell einspeisen und das ausgefällte Struktur als Falle oder Reaktors. In Kombination ermöglichen diese Techniken für die Laborsimulationen der komplexen Prozesse, die in einer natürlichen chemischen Gartenanlage an einem U-Boot-Hydrothermalstattgefunden haben könnte, einschließlich einem Kamin aus vielen gleichzeitigen Fällungsreaktionen zwischen Ozean gebildet und Belüftungsfluid (zB Herstellung von Metallsulfiden, Hydroxiden und / oder Carbonate, Silikate) 5,22. Diese Techniken können auch auf jede chemische Gartenreaktionssystem aufgebracht werden, um die Bildung neuer Arten ermöglichenvon Materialien, beispielsweise Schichtrohre oder Rohre mit adsorbierten reaktiven Spezies 20,23. Wir Detail ein Beispiel Experiment, das den gleichzeitigen Wachstum der zwei chemischen Gärten, Fe 2+ enthaltenden Strukturen in einer anoxischen Umgebung umfasst. In diesem Experiment, das wir in der anfänglichen Injektionslösung eingeSpurenMengen von Polyphosphaten und / oder Aminosäuren, ihre Wirkung auf die Struktur zu beobachten. Nach der anfänglichen Bildung der chemischen Garten wir dann eingeschaltet, um die Injektionslösung Sulfid als Sekundärfällungs Anion einzuführen. Messungen der Membranpotentiale wurden automatisch während des Experiments hergestellt. Dieses Protokoll beschreibt, wie zwei Experimente auf einmal mit einem Doppelspritzenpumpe laufen; die Daten dargestellt benötigt mehrere Läufe dieses Verfahrens. Die relativ hohe Durchflussraten, niedrigen pH-Wert der in unseren Experimenten verwendeten Behälter und Reaktantenkonzentrationen sind entworfen, um große Schornstein bilden fällt pünktlich scales geeignet für eintägige Laborexperimenten. Allerdings kann Flüssigkeitsdurchflussraten bei natürlichen hydrothermalen Quellen viel diffuser und die Konzentrationen von Ausfällen Reaktanden (zB Fe und S in einer frühen Erdsystem) könnte eine Größenordnung niedriger 4 sein; Somit würde strukturiert Präzipitate mehr Zeitrahmen zu bilden und über die Entlüftung könnte für zehntausende von Jahren 24,25 aktiv sein.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-831-3</td>
			<td>Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous chloride tetrahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I90500</td>
			<td>Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferric chloride hexahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I88-100&#160;</td>
			<td>Ferric&#160;Chloride&#160;Hexahydrate&#160;(Lumps/Certified ACS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td>reagent grade, &#8805;98%, pellets (anhydrous)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfide nonahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S425212</td>
			<td>Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS).&#160; Store at -20C. 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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium pyrophosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">322431</td>
			<td>97%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Alanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7627</td>
			<td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (10cc)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-823-16E</td>
			<td>BD&#8482; Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe needles (16 gauge)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-826-18B</td>
			<td>BD&#8482; General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-06407-71</td>
			<td>Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16&#34;ID X 1/8&#34;OD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum seals</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337523C</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; Headspace 20mm Crimp Seals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gray butyl stoppers</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337522AA</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; 20mm Septa for Headspace Vials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum bottles</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>33110-U</td>
			<td>Vials, crimp top, serum bottle, size 100 mL, clear glass, O.D. &#215; H 51.7 mm &#215; 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>53511-682</td>
			<td>pipette tips 0.5-10 microliters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8073K661</td>
			<td>Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chemical gardens as flow-through reactors simulating natural hydrothermal systems

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment allows for testing of various proposed ocean / hydrothermal fluid chemistries that could have driven reactions toward the origin of life in environments on the early Earth, early Mars, or even other worlds such as the icy moons of the outer planets. We show experiments that include growth of chemical garden structures under anoxic conditions simulating the early Earth, inclusion of trace components of phosphates / organics in the injection solution to incorporate them into the structure, a switch of the injection solution to introduce a secondary precipitating anion, and the measurement of membrane potentials generated by chemical gardens. Using this method, self-assembling chemical garden structures were formed that mimic the natural chimneys precipitated at submarine hydrothermal springs, and these precipitates can be used successfully as flow-through reactors by feeding through multiple successive &#8220;hydrothermal&#8221; injections.

Sobald die Injektionslösung begonnen, in der Reservoirlösung zuzuführen, begann eine chemische Gartenniederschlag an der Fluid-Grenzfläche zu bilden, und diese Struktur weiter im Verlauf der Einspritz (Figuren 4-7) wachsen. In den hier beschriebenen Experimenten berichtet, die erste Injektion wurde Natriumhydroxid (die modifiziert werden können, um L-Alanin und / oder Pyrophosphat enthalten sein), und der Vorratslösung war eine 1: 3-Mischung von Fe 3+ / Fe 2+, wodurch man ein Misch -red...

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Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

Chemische Gardens als Durchflussreaktoren Simulation natürlicher Hydrothermale Systeme

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

chemical-gardens-as-flow-through-reactors-simulating-natural

Research

JoVE Journal

Chemistry

14.3K Aufrufe.  California Institute of Technology. We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.