Krotit je přírodně vyskytující se minerál oxidu vápenatého a hlinitého s ideálním chemickým vzorcem CaAl₂O₄. Je tříděn jako oxidový minerál a je hlavně znám z vápenatých–hlinitých inkluzí v primitivních uhlíkatých chondritech. Na rozdíl od většiny běžných terestrických minerálů je Krotit obvykle přítomen jako mikroskopické zrny zapouzdřené ve meteoritech místo velkých, izolovaných krystalů.
Ideální vzorec obsahuje jeden atom vápníku, dva atomy hliníku a čtyři atomy kyslíku. Jeho teoretické složení je přibližně 25,4 hmot. % vápníku, 34,1 hmot. % hliníku a 40,5 hmot. % kyslíku. Vyjádřeno jako oxidy odpovídá složení přibližně 35,5 hmot. % CaO a 64,5 hmot. % Al₂O₃. Přirozené zrny mohou obsahovat nepodstatné chemické odchylky, ale minerál je definován jak svým složením CaAl₂O₄, tak svou charakteristickou krystalickou strukturou.
Krotit je nízkotlaký dimorf CaAl₂O₄. Vysokotlaký dimorf se nazývá dmitryivanovit. Tyto dvě minerály mají stejný ideální chemický vzorec, ale jiné atomové uspořádání, takže musí být rozlišeny krystalografickými metodami, nikoli pouze složením. Krotit je také strukturně spojen s umělými vápenatými alumináty používanými v odolných keramických materiálech a vápenatých aluminátových cementech, i když průmyslové vápenaté alumináty nejsou automaticky tříděny jako minerál krotit.
Historie a objevování krotitu
Krotit byl formálně popsán jako nová minerał v roce 2011. Typový materiál pochází z meteoritu NWA 1934, CV3 uhlíkatý chondrit z jihozápadní Afriky. Minerał se vyskytuje ve vložce bohaté na vápenaté a hlinité látky, která se obvykle zkracuje na CAI. Tyto vložky jsou mezi nejodolnějšími komponenty zachovanými v primitivních chondritických meteoritech.
Minerál byl pojmenován podle Alexandra N. Krot, kosmochemika, jehož výzkum se zaměřil na chondritické meteority, refraktární zahrnutí, kondenzační procesy a ranou chemickou evoluci Sluneční soustavy. Minerál byl schválen Mezinárodní mineralogickou asociací pod označením IMA 2010-038.
Původní popis vycházel z chemické analýzy, elektronové mikroskopie, krystalografie a petrografických pozorování. Tato kombinace byla nezbytná, protože zrníčka krotitu jsou malá a nacházejí se ve složité směsi oxidů vápníku a hlinitého, silikátů a jiných odolných fází. Chemická analýza blízká CaAl₂O₄ by sama o sobě nestačila, protože několik podobných minerálů má podobné prvkové poměry nebo mohou být přítomny ve stejném meteoritovém zahrnutí.
Vznik a geologické výskyt krotitu
Krotity vznikají za vysokých teplot a nízkého tlaku v silně odolném chemickém prostředí. Krotit obsahující inkluze v NWA 1934 je považována za produkt kondenzace nebo krystalizace z horkého plynu v raném slunečním mlhovině. Uvažování o fázové rovnováze ukazuje na vznik při teplotách přibližně 1500 °C nebo vyšších za nízkého tlaku. Tyto podmínky jsou v souladu s tvorbou odolných pevných látek před kondenzací mnoha dalších volatilních prvků a minerálů.
Kalcium a hliník patří mezi nejméně těkavé hlavní prvky v slunečním mlhovině. Když se horký plyn mlhoviny ochladil, mohly se tyto prvky spojit s kyslíkem za vzniku odolných oxidů a kalciových hlinitých silikátů. Krotit proto zaznamenává vysokoteplotní stupeň vzniku minerálů, který nastal před složením mateřského asteroidu meteoritu. Jeho vznik by neměl být zaměňován za obyčejné zemské magmatické, hydrotermální nebo metamorfní procesy.
V NWA 1934 je krotit soustředěn v centrální a mantlové části neobvyklého vápenato-hliníkového zahrnutí. Vyskytuje se spolu s perovskitem, gehlenitem, hercynitem, mayenitem, grossitem, hibonitem, spinellem a diopsidem. Byla také nahlášena stopová hexamolybden. Mineralogické assembláž ukazuje, že zahrnutí prošlo několika stádii kondenzace, krystalizace, reakce a pravděpodobně částečného tavení místo vzniku jednoduchou reakcí.
Vnější část příslušenství byla popsána jako mít vzhled rozbitého skořepiny nebo „rozbitého vejce“. Některé trhliny jsou vyplněné oxidy železa a hliníku. Tyto hydratované minerály jsou interpretovány jako produkty terestrického počasí, které nastalo po tom, co meteorit dosáhl Země. Nejsou považovány za primární produkty prostředí slunečního mlhu. Tato rozdíl je důležitý, protože počasí může modifikovat hranice a povrchy původních zrnek Krotitu.
Kristalická struktura krotitu
Krotit krystalizuje v monoklinní krystalické soustavě. Jeho hlášená prostorová grupa je P2₁/n, číslo prostorové grupy 14. Jednotková buňka parametry určené pro typový materiál jsou přibližně a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, a β = 90,188(6)°Buňka obsahuje dvanáct vzorcových jednotek, vyjádřeno jako Z = 12a má vypočtený objem přibližně 1 071 ų.
Struktura lze popsat všeobecně jako rámec určený hlavně aluminiovými–kyslíkovými polyedry, zejména AlO₄ čtyřstěny, přičemž vápeník zabírá větší strukturální místa uvnitř rámce. Uspořádání není ekvivalentní spinelové struktuře, i když chemický vzorec má obecnou stochiometrickou vztah jednoho dvojvalentního kationtu ke dvěma třívalentním kationtům a čtyřem atomům kyslíku.
Rozdíl mezi krotitem a dmitryivanovitem je strukturální, nikoli složkový. Obě fáze mají vzorec CaAl₂O₄, ale jsou stabilní za různých tlaků a mají jiné uspořádání svých atomů. Krotit představuje nízkotlakou formu, zatímco dmitryivanovit je spojen s vyššími tlaky.
Protože přírodní krotit vzniká jako malé zrnek obklopená jinými minerály, jsou dobře vyvinuté vnější krystalové plochy neobvyklé. Strukturální informace je proto obvykle získávána pomocí rentgenové difrakce, elektronové difrakce nebo elektronové difrakce zpětného světla. Tyto metody jsou zejména užitečné, pokud jsou zrnek příliš malá pro konvenční analýzu jednoho krystalu.
Fyzikální a chemické vlastnosti krotitu
Krotit se obvykle pozoruje jako mikroskopické zrnek v vybroušených řezech nebo tenkých řezech. Popisy jeho barvy a lesku jsou méně diagnostické než jeho chemie a krystalická struktura, protože vzhled závisí na tloušťce zrnka, orientaci, okolních minerálech a alteraci. Přirozený materiál může být bezbarvý až do světlé hnědé pod prosvětleným nebo odraženým světlem, zatímco hranice jednotlivých zrn může být těžko rozlišitelná v komplexních inkluzích.
Uvedená tvrdost podle Mohse je přibližně 6,5 a vypočtená hustota je asi 2,94 g/cm³. Přímé měření hustoty je obtížné, protože zrny jsou velmi malá a často jsou vzájemně spojená s jinými fázemi. Také štěpnost a lom jsou pro stejný důvod obtížné posoudit spolehlivě u jednotlivých zrn.
Ideální chemické složení je CaAl₂O₄. Elektronově-mikroprobová analýza by měla obvykle ukázat poměr vápníku ke hliníku blízký 1:2, po odečtení kyslíku a analytické nejistoty. Malé množství hořčíku, křemíku, titanu, železa, sodíku nebo jiných prvků mohou být přítomny v stopových množstvích nebo mohou být způsobeny kontaminací z sousedních minerálů. Takové malé složky neautomaticky definují samostatnou variantu Krotitu.
Krotite je stabilní pouze v určitém tlakově- teplotně-složkovém poli. Při vyšších tlacích může CaAl₂O₄ nabýt struktury dmitryivanovitu. Za jiných chemických podmínek se vápník a hliník mohou místo toho spojit do grossitu, hibonitu, gehlenitu, mayenitu, perowskitu nebo jiných vápníko-hliníkových oxidů a silikátů.
Typy a druhy Krotitu
Krotit nemá žádné formálně uznávané druhypamátkových kamenů nebo obchodní barvové varianty. Následující kategorie jsou popisné, nikoli oficiální mineralogické poddruhy:
- Meteoritický krotit: Přirozené krotity vyskytující se ve vápenato-aluminiových zahrnutích uhlíkových chondritů, včetně typového materiálu z NWA 1934.
- Nízkotlaký CaAl₂O₄: Krotit je nízkotlaká strukturální forma CaAl₂O₄.
- Vysokotlaké CaAl₂O₄: Dmitryivanovite je vysokotlaký dimorf CaAl₂O₄. Jedná se o samostatnou minerální druh, nejedná se o variantu Krotitu.
- Syntetický vápenatý hlinitan: Laboratorně vyrobený CaAl₂O₄ může chemicky nebo strukturálně připomínat Krotit, ale jedná se o umělý materiál a ne o přírodní minerální výskyt.
Rozdíly v velikosti zrn, obsahu stopových prvků, alteraci a spojených minerálech mohou vyvolat různé vzhledy u jednotlivých vzorků meteoritů. Tyto rozdíly popisují geologický vývoj zrn a nepředstavují oficiálně pojmenované variety.
Kde se nachází Krotit?
Nejlepší dokumentované přirozené výskyt Krotitu je vápenato- hlinitý zahrnutí v meteoritu NWA 1934 CV3 uhlíkatý chondrit. Meteorit byl vyproštěn v severozápadní Africe, ale Krotit se sám vytvořil mnohem dříve v Sluneční soustavě, pravděpodobně v oblasti vysoké teploty slunečního mlhoviny.
Ve vnitřku meteoritu se krotit vyskytuje především ve středních a slupkových částech refraktárního zahrnutí. Je spojen s minerály jako je perovskit, gehlenit, hercynit, mayenit, grossit, hibonit, spinel a diopsid. Tyto minerály společně poskytují důkazy o procesech vysokoteplotní kondenzace a krystalizace zapojených do vápníku, hlinitého, titanu, hořčíku, křemíku a kyslíku.
Krotit by neměl být zaměňován s terestrickým minerálem, který vznikl na místě, kde byl meteorit nalezen. Terestrické zásobení meteoritu ovlivnilo vnější části inkluze hydratací a oxidací, ale primární zrny Krotitu vznikly před existencí mateřského tělesa meteoritu. S Krotitem není spojena žádná široce uznávaná terestrická geologická lokalita.
Jak identifikovat Krotit
Krotit nelze obvykle identifikovat nezajštěným vizuálním vyšetřením. Zrní jsou malá, běžně se vzájemně spojují s jinými odolnými fázemi a mohou připomínat několik oxidů a silikátů vápníku a hlinitého. Petrografické vyšetření je proto používáno jako první krok, následovaný chemickým a krystalografickým analýzou.
Tenkosečná nebo vybroušená mikroskopie může odhalit tvar zrn, kontakty, zónování, inkluze a vztahy s okolními minerály. Obrázování zpětně rozptýlených elektronů v skenovacím elektronovém mikroskopu je užitečné, protože fáze s různými průměrnými atomovými čísly produkují různé úrovně kontrastu obrázku. To umožňuje najít oblasti bohaté na krotit před kvantitativní analýzou.
Elektronový mikroprobační analýza se obvykle používá k určení koncentrací vápníku, hliníku, kyslíku pomocí stocheometrického výpočtu a jakýchkoli malých prvků. Analýzy by měly být prováděny mimo hranice zrn, protože kontaminace z gehlenitu, hibonitu, grossitu, mayenitu nebo jiných sousedních minerálů může vést ke špatnému složení.
Krystalografické potvrzení je vyžadováno, pokud je rozlišení mezi souvisejícími fázemi důležité. Rentgenová difrakce, elektronová difrakce a elektronová difrakce zpětného světla mohou být použity k testování monoklinické struktury a její shodnosti se prostorovou skupinou P2₁/n. Jedno spektrum energie disperzní rentgenové rtuti je obvykle nedostatečné, zejména pokud je zrnko jen několik mikrometrů v průměru.
Důležité minerály, které je třeba rozlišit od Krotitu, zahrnují grossit, CaAl₄O₇; hibonit, CaAl₁₂O₁₉; a gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenit se může také vyskytovat ve stejných ocelových zahrnutích. Dmitryivanovit vyžaduje zvláštní pozornost, protože má stejný ideální chemický vzorec jako Krotit, ale jinou krystalickou strukturu.
Použití a aplikace krotitu
Přírodní krotit nemá uplatnění jako drahokam, dekorativní materiál, průmyslová surovina nebo samostatně těžený ruda. Jeho zrní jsou příliš malá a příliš vzácná pro komerční výskyt. Minерál se obvykle studuje jako součást sekci meteoritů a vložek bohatých na vápník a hlinitan.
Jeho hlavní důležitost je analytická a kosmochemická. Vložky obsahující krotit poskytují informace o vysokoteplotní kondenzaci, tvorbě minerálů vápníko-aluminových, složení meziplanetárního plynu a podmínkách tlaku a teploty, které existovaly v raném stádiu historie Sluneční soustavy. Poskytuje také přirozený referenční bod pro porovnání extraterestrických minerálních fází s experimentálně syntetizovanými vápníko-aluminaty.
Syntetický CaAl₂O₄ a související vápenaté alumináty se používají v odolných keramických materiálech, vysokoteplotních lepicích látkách a vápenatých aluminátových cementech. Tyto průmyslové aplikace se týkají vyrobených materiálů s ovládanou složením a zpracovatelským průběhem. Nejedná se o přímé komerční aplikace přirozeného Krotitu.
Krotite může také pomoci rozlišit primární nebulární rysy od pozdějších změn. Zrnek uloženého ve vnitřku refraktorního zahrnutí může zachovat důkazy o vysokoteplotním vzniku, zatímco jeho okraje mohou být upraveny hydratací, oxidací nebo terestrickým počasím. Mineralogická interpretace tedy musí zvážit jak primární krystalickou strukturu, tak pozdější historii meteoritu.
Související minerály a nomenklatura
Krotit patří k širší skupině odolných minerálů vápníko-aluminatového složení nacházených v primitivních meteoritech. Mezi ně patří hibonit, grossit, perovskit, spinel, gehlenit a mayenit. Liší se chemickými poměry, strukturou, obsahem aniontů a podmínkami stability.
Název Krotit se vztahuje konkrétně na přírodní fázi s nízkým tlakem CaAl₂O₄ s krotitovou strukturou. Nesmí být používán jako obecný termín pro každý vápenatý aluminát se stejnou nominální složením. Zvláště dmitryivanovit je považován za samostatnou minerální druh, protože představuje jinou strukturální formu CaAl₂O₄.
Odkazy
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). „Krotit, CaAl₂O₄, nový odolný minerál z meteoritu NWA 1934.“ Americký mineralogista, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Společnost pro mineralogii Ameriky. „Krotit.“ Průvodce mineralogií. PDF