降解-矿化平衡研究中的地球早期环境模拟设备及其方法技术

降解-矿化平衡研究中的地球早期环境模拟设备及其方法，主体环境模拟区由刚性不透水材料构成，分为三部分：中间为缓冲区域，两侧是两个有效环境模拟区域；缓冲区域与有效区域通过双层隔板分开；上设有连通孔；连通孔上设有阀门及阀门的控制机构；从缓冲区域通过连通孔向两侧的有效环境区域同时提供同一的物质环境；或分别提供不同的物质环境；两个有效环境区域各自外侧的上、中、下位置配有出水口；有效环境区域的底部开设有一系列沉积孔，每个沉积孔密封连接样品收集管。本发明专利技术提供了用于模拟地球古环境的仪器载体；通过模拟试验获取具有实验数据，为推测地球古环境和化石形成过程提供更可靠的实验数据基础；用于地球早期各种环境模拟实验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，主体环境模拟区由刚性不透水材料构成，分为三部分：中间为缓冲区域，两侧是两个有效环境模拟区域；缓冲区域与有效区域通过双层隔板分开；上设有连通孔；连通孔上设有阀门及阀门的控制机构；从缓冲区域通过连通孔向两侧的有效环境区域同时提供同一的物质环境；或分别提供不同的物质环境；两个有效环境区域各自外侧的上、中、下位置配有出水口；有效环境区域的底部开设有一系列沉积孔，每个沉积孔密封连接样品收集管。本专利技术提供了用于模拟地球古环境的仪器载体；通过模拟试验获取具有实验数据，为推测地球古环境和化石形成过程提供更可靠的实验数据基础；用于地球早期各种环境模拟实验。【专利说明】
本专利技术属于一种模拟地球早期环境的设备，涉及地质学、沉积学、古生物学等领域；通过改进微生物反应器、气候模拟器等现有科学仪器研制的生物降解-矿化平衡设备及其实验方法，实现生物降解和矿化实验的模拟，从而获取生物在化石化过程中形态和结构变化等相关信息，为了解地球历史中的古生物、古环境的发展过程提供重要依据。
技术介绍
化石在生命起源、演化及地球环境演变研究中有着十分重要的地位，而保存为化石的远古生命在其降解、埋藏和化石化过程中形态和结构也会发生变化，这些改变影响对化石信息的解读而影响我们对地球早期生命演化过程的认识。传统古生物学研究，大多是根据地层记录的化石信息去推测时间发生的原因与过程。由于地层记录的不完整性，以及传统古生物学理论方法缺乏有效实验验证，常常导致对于同一地层记录的解释存在一些不确定性及争议。实际上，研究者们已经关注到上述问题对古生物学研究的制约，为取得对研究对象的合理认识，采用各类现代科学仪器控制及模拟各种极端甚至现代不存在的环境条件，并观察研究对象在该环境中的各种反应，以推测古环境中的生物地质信息。这种实验模拟的方法即是一种可以实证地质历史的重要手段，成为近年来国际研究的热点。生物降解和矿化实验模拟是探讨生物在其相应的化石形成及保存过程中最直接有效的方法，尽管起步艰难，但正在国际尖端研究中得到重视。早在20世纪90年代起，就有国外研究者开始采用现代生物为载体，如鸟类、典型节肢动物、蛙类、鱼类及现代生物胚胎等，模拟其降解埋藏或矿化保存的过程，以了解化石的形成与保存等特征条件。在国内，包括 申请人:领导小组在内的一些研究者也开展了一系列降解-矿化研究的实验模拟，但由于缺乏必要的控制设备和条件，许多可能接近地球早期环境的特殊条件难以被模拟实现，研制可以有效模拟可能地史环境的降解-矿化设备已经成为地质古生物的国际前沿研究领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。是为了模拟研究生物在地球早期的地表水体环境的特殊控制条件下转变为化石的过程、生物资源转换成石油或煤炭等矿产的过程和机理、及其动力学平衡过程。在实施例中，该设备命名为Paleopond，取意“远古水池”。本专利技术的目的在于提供用于模拟地球古环境(包括生物基本生存环境与沉积环境)的仪器载体；另一目的在于通过在该仪器内的模拟试验获取具有更大可信度和实际意义的实验数据，为推测地球古环境和化石形成过程提供更可靠的实验数据基础；以及提供所述仪器用于地球早期各种可能的环境模拟实验等方面的应用。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种降解-矿化平衡研究中的地球早期环境模拟设备，主体环境模拟区由刚性不透水材料构成，其特征在于，该主体环境模拟区分为三部分:中间部分为缓冲区域，该缓冲区域的两侧，是两个有效环境区域；所述缓冲区域与两侧的有效区域通过双层隔板分开；该双层隔板上设有连通孔；所述连通孔上设有阀门及阀门的控制机构；从缓冲区域可以通过控制连通孔的开通、闭合状态实现向两侧的有效环境区域同时提供同一的物质环境；或者向两侧的有效环境区域分别提供不同的物质环境；两个有效环境区域各自的外侧(不邻接缓冲区域的一侧)的上、中、下位置配有出水口 ；在两个有效环境区域的底部开设有一系列沉积孔，每个沉积孔都可密封连接一个样品收集管。优化方案中，在所述样品收集管外部配置有水浴槽，令样品收集管浸在水浴槽内，通过控制水浴槽内水的温度来控制管内样品的沉积与矿化温度。在两个有效环境区域中还设有电控及辅助设备(例如，电加热棒、制冷器、曝气充氧装置等)。所述的刚性不透水材料可以是有机玻璃、钢化玻璃或不锈钢等。所述的样品收集管的优化设计，是带盖的、可自由开闭的样品收集管。在两个有效环境区域的壁上还可以设置有样品收集孔，其中，设置在外侧的小孔用于收集主体环境内的水体用于分析检测及数据的控制反馈。设置在上部小孔用于收集主体环境内产生的气体，以及该气体的理化状态分析检测和数据反馈控制。所述的电控及辅助设备主要包括:主体环境温控设备、外部沉积环境温控设备、主体环境内部动力设备和物质输入输出及理化状态控制设备等。主体环境温控设备在主体环境模拟区内，采用电热或制冷控温；外部沉积环境温控设备为外部水浴槽提供目的温度，采用电加热或制冷等控制水位与水流温度的方式；内部动力设备包括内循环泵和隔流板等水流运动控制设备，以实现主体环境的物质、温度等分布均匀或特定的温度梯度控制；其它控制设备如输入输出设备的包括为主体环境提供氧气的曝气泵、提供水动力的小型蠕动泵、温控仪表、温控桌面、可移动盖板和其它实验所需的扩展设备如红外紫外及可见光等等。有效区域底部所开通的孔洞的大小形状无固定尺寸，可根据需求相对自由调整。所述的样品沉积收集区中，每个水浴槽内样品管的位置与数量可自由组合。所述的主体环境模拟区和所述的样品沉积收集区相对独立，采用两套独立的控温系统。完成本申请第二个专利技术任务的技术方案是，上述降解-矿化平衡研究中的地球早期环境模拟设备的实验方法，其特征在于，步骤如下: (I).在主体环境模拟区的两个有效环境区域内设置“目的模拟环境”(如不同于现代海洋的各种远古海水环境); ⑵.在“目的模拟环境”内设置生物实验对象； (3).在缓冲区域进行后续物质的输入； (4).通过控制连通孔的闭合状态实现由缓冲区向两侧的有效环境区域同时提供同一的物质环境；或者向两侧的有效环境区域分别提供不同的物质环境； 在实验过程中，有时需要通过添增一些物质来改变主体环境的组成,直接添加物质会造成主体环境参数的骤变，对实验结果可能产生不可控制的消极影响；在仪器Paleopond中，可以先将物质加入缓冲区域，通过连通孔循序渐进的改变有效区域的环境条件，从而有效避免这种骤变带来的影响，也更有利于物质的均匀分配。(5).有效区域内产生的沉积物，沉积到通过底部的一系列沉积孔洞，向下沉积到样品收集管内； (6).定期收集样品收集管内的沉积物、水体和气体，作为检测样品； (7).通过对检测样品的检测，采集数据；对数据进行分析，得到实验结果。优化方案中，增加有以下步骤: (8).样品收集管外部配置水浴槽，令样品收集管浸在水浴槽内； ⑶.通过控制水浴槽内水的温度来控制管内样品的沉积与矿化温度。(10).实验过程中，可根据需要选定温度梯度和每个梯度下的样品管数量，再进一步设定相应水浴槽的参数。所述的两个有效环境区域，二者可以作为平行参照，也可以分别单独运作。步骤⑶、⑷中，可以通过密封橡皮塞或阀门控制缓冲区域与两侧的有效环境区域之间连接孔的开启或闭合状态。本专利技术的工作原理是: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降解?矿化平衡研究中的地球早期环境模拟设备，主体环境模拟区由刚性不透水材料构成，其特征在于，该主体环境模拟区分为三部分：中间部分为缓冲区域，该缓冲区域的两侧，是两个有效环境区域；所述缓冲区域与两侧的有效区域通过双层隔板分开；该双层隔板上设有连通孔；所述连通孔上设有阀门及阀门的控制机构；从缓冲区域通过控制连通孔的开启或闭合状态实现向两侧的有效环境区域同时提供同一的物质环境；或者向两侧的有效环境区域分别提供不同的物质环境；两个有效环境区域各自的外侧的上、中、下位置配有出水口；在两个有效环境区域的底部开设有一系列沉积孔，每个沉积孔都可密封连接一个样品收集管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，曹媛，陈孝政，刘静，卢杰妍，
申请(专利权)人：中国科学院南京地质古生物研究所，
类型：发明
国别省市：