Zähmt

Krotit ist ein natürlich vorkommendes Calcium-Aluminium-Oxid-Mineral mit der idealen chemischen Formel CaAl₂O₄. Es wird als Oxid-Mineral klassifiziert und ist hauptsächlich aus Calcium-Aluminium-reichen Einschlüssen in primitiven kohlenstoffhaltigen Chondriten bekannt. Im Gegensatz zu den meisten häufigen terrestrischen Mineralien ist Krotit im Allgemeinen als mikroskopische Partikel in Meteoriten eingebettet und nicht als große, isolierte Kristalle vorhanden.

Die ideale Formel enthält ein Calciumatom, zwei Aluminiumatome und vier Sauerstoffatome. Ihre theoretische Zusammensetzung beträgt ca. 25,4 Gew.% Calcium, 34,1 Gew.% Aluminium und 40,5 Gew.% Sauerstoff. Als Oxide ausgedrückt entspricht die Zusammensetzung etwa 35,5 Gew.% CaO und 64,5 Gew.% Al₂O₃. Natürliche Körner können geringfügige chemische Abweichungen aufweisen, aber das Mineral ist durch seine CaAl₂O₄-Zusammensetzung und seine charakteristische Kristallstruktur definiert.

Krotit ist der niedrigdruckige Dimorph von CaAl₂O₄. Der hochdruckige Dimorph heißt Dmitrijivanovit. Diese beiden Minerale haben die gleiche ideale chemische Formel, aber unterschiedliche atomare Anordnungen, daher müssen sie durch kristallographische Methoden unterschieden werden und nicht nur durch die chemische Zusammensetzung. Krotit ist auch strukturell mit synthetischen Calciumaluminaten verbunden, die in feuerfesten Keramiken und Calciumaluminat-Zementen verwendet werden, obwohl industrielle Calciumaluminate nicht automatisch als das Mineral Krotit klassifiziert werden.

Geschichte und Entdeckung von Krotit

Krotit wurde 2011 als neues Mineral formell beschrieben. Das Typmaterial stammte aus dem Meteoriten NWA 1934, einem CV3-kohlenstoffhaltigen Chondrit, der in Nordwestafrika gefunden wurde. Das Mineral kommt innerhalb einer calcium-aluminiumreichen Einschluss vor, das üblicherweise als CAI abgekürzt wird. Diese Einschlüsse sind unter den am meisten widerspruchsfähigen Komponenten, die in primitiven chondritischen Meteoriten erhalten blieben.

Das Mineral wurde nach Alexander N. Krot, einem Kosmochemisten, benannt, dessen Forschung sich auf chondritische Meteoriten, refraktäre Einschlüsse, Kondensationsprozesse und die frühe chemische Evolution des Sonnensystems konzentrierte. Das Mineral wurde von der Internationalen Mineralogischen Vereinigung unter der Bezeichnung IMA 2010-038 genehmigt.

Die ursprüngliche Beschreibung basierte auf chemischer Analyse, Elektronenmikroskopie, Kristallographie und petrographischen Beobachtungen. Diese Kombination war notwendig, weil Krotit-Körner klein sind und in einer komplexen Assemblage von Calcium-Aluminium-Oxiden, Silikaten und anderen refraktären Phasen vorkommen. Eine chemische Analyse nahe CaAl₂O₄ wäre allein nicht ausreichend, da mehrere verwandte Minerale ähnliche Elementverhältnisse aufweisen oder in derselben Meteoriten-Inklusion vorkommen können.

Formation und geologische Vorkommen von Krotit

Krotite-Formen bilden sich unter hohen Temperaturen und niedrigem Druck in einer stark refraktären chemischen Umgebung. Die Krotit-haltige Einschluss in NWA 1934 wird als Produkt der Kondensation oder Kristallisation aus heißem Gas im frühen Sonnennebel interpretiert. Phasengleichgewichtsbetrachtungen deuten auf eine Bildung bei Temperaturen von etwa 1.500 °C oder höher unter niedrigem Druck hin. Diese Bedingungen sind konsistent mit der Bildung von refraktären Feststoffen, bevor die Kondensation vieler weiterer flüchtiger Elemente und Minerale stattfand.

Calcium und Aluminium sind unter den wenigsten flüchtigen Hauptelementen im Sonnennebel. Als heißer nebulare Gas abkühlte, konnten diese Elemente mit Sauerstoff reagieren und refraktäre Oxide sowie Calcium-Aluminium-Silikate bilden. Krotit dokumentiert daher eine Hochtemperaturphase der Mineralbildung, die vor der Zusammenstellung des Elternasteroiden des Meteoriten stattfand. Seine Bildung sollte nicht mit gewöhnlichen terrestrischen magmatischen, hydrothermalen oder metamorphen Prozessen verwechselt werden.

In NWA 1934 ist Krotit in den zentralen und Mantelbereichen einer ungewöhnlichen calcium–aluminiumreichen Einschlussmasse konzentriert. Es tritt mit Perowskit, Gehlenit, Hercynit, Mayenit, Grossit, Hibonit, Spinell und Diopsid auf. Auch Spuren von Hexamolybdän wurden berichtet. Die Mineralassemblage zeigt, dass der Einschluss mehreren Stufen der Kondensation, Kristallisation, Reaktion und möglicherweise teilweiser Schmelzung unterworfen war, anstatt durch eine einzelne einfache Reaktion zu entstehen.

Der äußere Teil der Einschlussstruktur wurde als rissiges Schale oder „gebrochenes Ei“-Aussehen beschrieben. Einige Risse sind mit Eisen- und Aluminiumhydroxiden gefüllt. Diese hydratisierten Mineralien werden als Produkte der terrestrischen Verwitterung interpretiert, die nachdem der Meteorit auf der Erde angekommen war stattfand. Sie gelten nicht als primäre Produkte der Sonnennebel-Umgebung. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil die Verwitterung die Grenzen und Oberflächen der ursprünglichen Krotit-Körner verändern kann.

Kristallstruktur von Krotit

Krotit kristallisiert im monoklinen Kristallsystem. Seine gemeldete Raumgruppe ist P2₁/n, Raumgruppennummer 14. Die Einheitszellenparameter für das Typmaterial betragen etwa a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, und β = 90,188(6)°. Die Einheitszelle enthält zwölf Formel-einheiten, ausgedrückt als Z = 12, und hat ein berechnetes Volumen von etwa 1.071 Å³.

Die Struktur kann allgemein als Rahmen beschrieben werden, der von Aluminium-Sauerstoff-Polyedern dominiert wird, insbesondere AlO₄-Tetraeder, wobei Calcium größere strukturelle Stellen im Rahmen einnimmt. Die Anordnung ist nicht äquivalent zur Spinellstruktur, obwohl die chemische Formel die allgemeine stöchiometrische Beziehung eines zweiwertigen Kations zu zwei dreiwertigen Kationen und vier Sauerstoffatomen aufweist.

Der Unterschied zwischen Krotit und dmitryivanovit ist strukturell und nicht chemisch. Beide Phasen haben die Formel CaAl₂O₄, sind aber unter unterschiedlichen Druckbedingungen stabil und haben unterschiedliche Atomanordnungen. Krotit stellt die niedrigdruckform dar, während dmitryivanovit mit höheren Druckbedingungen verbunden ist.

Weil natürlicher Krotit als kleine Körnchen in anderen Mineralien vorkommt, sind gut ausgebildete äußere Kristallflächen ungewöhnlich. Strukturelle Informationen werden daher normalerweise durch Röntgenbeugung, Elektronenbeugung oder Elektronenrückstrahlungsbeugung erhalten. Diese Methoden sind besonders nützlich, wenn die Körner zu klein für die konventionelle Einzelkristallanalyse sind.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Krotit

Krotit wird normalerweise als mikroskopische Körner in polierten Schnitten oder dünnen Schnitten beobachtet. Die Beschreibung seiner Farbe und des Glanzes ist weniger diagnostisch als seine Chemie und Kristallstruktur, da das scheinbare Aussehen von der Korndicke, Ausrichtung, umgebenden Mineralien und Verwitterung abhängt. Natürliche Materialien können unter durchgeschimmertem oder reflektiertem Licht farblos bis blassbraun erscheinen, während die Grenzen einzelner Körner in komplexen Einschlüssen schwer zu unterscheiden sind.

Die gemessene Mohs-Härte beträgt etwa 6,5 und die berechnete Dichte etwa 2,94 g/cm³. Die direkte Messung der Dichte ist schwierig, da die Körner sehr klein sind und häufig mit anderen Phasen verfestigt sind. Spaltbarkeit und Bruch sind aufgrund desselben Grundes auch auf einzelnen Körnern schwer zu bewerten.

Die ideale chemische Zusammensetzung ist CaAl₂O₄. Elektronenmikrosondenanalysen zeigen in der Regel ein Calcium-zu-Aluminium-Verhältnis von etwa 1:2, nach Abzug von Sauerstoff und analytischer Unsicherheit. Geringe Mengen Magnesium, Silizium, Titan, Eisen, Natrium oder andere Elemente können in Spuren auftreten oder durch Kontamination mit benachbarten Mineralien eingeführt werden. Solche geringfügigen Komponenten definieren nicht automatisch eine separate Varietät von Krotit.

Krotit ist nur innerhalb eines bestimmten Druck–Temperatur–Zusammensetzungsfeldes stabil. Bei höheren Drücken kann CaAl₂O₄ die Struktur von Dmitrijivanovit annehmen. Unter unterschiedlichen chemischen Bedingungen können Calcium und Aluminium stattdessen Grossit, Hibonit, Gehlenit, Mayenit, Perowskit oder andere Calcium–Aluminiumoxid- und Silikate bilden.

Arten und Sorten von Krotite

Krotit hat keine offiziell anerkannten Edelsteinsorten oder kommerziellen Farbsorten. Die folgenden Kategorien sind beschreibend und nicht als offizielle Mineralunterteilungen zu verstehen:

Meteoritische Krotit: Natürliches Krotit, das in calcium–aluminium-reichen Einschlüssen von kohlenstoffreichen Chondriten vorkommt, einschließlich des Typmusters aus NWA 1934.
Niedrigdruck CaAl₂O₄: Krotit ist die niedrigdruck-Strukturform von CaAl₂O₄.
Hochdruck CaAl₂O₄: Dmitryivanovit ist die Hochdruck-Dimorph von CaAl₂O₄. Es handelt sich um eine separate Mineralart, nicht um eine Varietät von Krotit.
Synthetisches Calciumaluminat: Künstlich hergestelltes CaAl₂O₄ kann chemisch oder strukturell Krotit ähneln, ist aber ein künstliches Material und kein natürlicher Mineralvorkommen.

Unterschiede in Korngröße, Spurenelementgehalt, Verwitterung und begleitende Minerale können unterschiedliche Erscheinungen bei individuellen Meteoritenproben hervorrufen. Diese Unterschiede beschreiben die geologische Geschichte der Körner und stellen keine offiziell benannten Arten dar.

Wo wird Krotit gefunden?

Die best-dokumentierte natürliche Vorkommnis von Krotit ist die calcium-aluminium-reiche Einschluss in der NWA 1934 CV3 kohlenstoffhaltigen Chondrit. Der Meteorit wurde in Nordwestafrika gefunden, aber das Krotit selbst bildete sich viel früher im Sonnensystem, wahrscheinlich in einem Hochtemperaturbereich der Sonnennebel.

Innerhalb des Meteoriten kommt Krotit hauptsächlich in den zentralen und Mantelbereichen der refraktären Einschlüsse vor. Es ist mit Mineralien wie Perowskit, Gehlenit, Hercynit, Mayenit, Grossit, Hibonit, Spinell und Diopsid verbunden. Diese Minerale liefern gemeinsam Beweise für hochtemperaturbedingte Kondensations- und Kristallisationsprozesse, die Kalzium, Aluminium, Titan, Magnesium, Silizium und Sauerstoff betreffen.

Krotit sollte nicht mit einem terrestrischen Mineral verwechselt werden, das an dem Ort entstand, an dem der Meteorit geborgen wurde. Die terrestrische Aufenthaltsdauer des Meteoriten beeinflusste die äußeren Bereiche der Einschlüsse durch Hydratation und Oxidation, aber die primären Krotit-Körner entstanden vor dem Bestehen des Elternkörpers des Meteoriten. Es ist keine allgemein anerkannte terrestrische geologische Lokalität mit Krotit verbunden.

Wie man Krotit identifiziert

Krotit kann normalerweise nicht durch unbehilfene visuelle Inspektion identifiziert werden. Die Körner sind klein, werden häufig mit anderen refraktären Phasen vermischt und können mehreren Calcium-Aluminium-Oxiden und Silikaten ähneln. Daher wird die petrographische Untersuchung als erster Schritt verwendet, gefolgt von chemischer und kristallographischer Analyse.

Dünnschliff- oder Polierschliff-Mikroskopie kann die Kornmorphologie, Kontakte, Zonierung, Einschlüsse und Beziehungen zu umgebenden Mineralien zeigen. Die Rückstreuelektronenbildgebung in einem Rasterelektronenmikroskop ist nützlich, weil Phasen mit unterschiedlichen mittleren Atomnummern unterschiedliche Bildkontraste erzeugen. Dies ermöglicht es, krotitreiche Bereiche vor der quantitativen Analyse zu lokalisieren.

Elektronenmikrosondenanalyse wird normalerweise verwendet, um die Konzentrationen von Calcium, Aluminium und Sauerstoff durch stöchiometrische Berechnung sowie beliebige Spurenelemente zu bestimmen. Analysen sollten fern vom Gittergrenzenbereich durchgeführt werden, da Verunreinigungen durch Gehlenit, Hibonit, Grossit, Mayenit oder andere benachbarte Minerale eine falsche Zusammensetzung erzeugen können.

Kristallographische Bestätigung ist erforderlich, wenn der Unterschied zwischen verwandten Phasen wichtig ist. Röntgenbeugung, Elektronenbeugung und Elektronenrückstreufeldiffraktion können verwendet werden, um die monokline Struktur und ihre Kompatibilität mit dem Raumgruppen P2₁/n zu testen. Ein einzelnes Energiedispersives Röntgenspektrum ist in der Regel unzureichend, insbesondere wenn die Korngröße nur einige Mikrometer beträgt.

Wichtige Mineralien, die von Krotit unterschieden werden müssen, sind Grossit, CaAl₄O₇; Hibonit, CaAl₁₂O₁₉; und Gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenit kann ebenfalls in denselben refraktären Einschlüssen vorkommen. Dmitryivanovit erfordert besondere Aufmerksamkeit, da es die gleiche ideale chemische Formel wie Krotit hat, aber eine andere Kristallstruktur besitzt.

Anwendungen und Verwendung von Krotit

Natürlicher Krotit hat keinen etablierten Einsatz als Edelstein, dekoratives Material, industrieller Rohstoff oder separat abgebauter Erz. Seine Körner sind zu klein und zu spärlich verteilt, um kommerziell abgebaut zu werden. Das Mineral wird normalerweise als Teil von Meteoriten-Schnitten und Calcium-Aluminium-reichen Einschlüssen untersucht.

Ihre Hauptbedeutung ist analytisch und kosmochemisch. Krotithaltige Einschlüsse geben Informationen über die Hochtemperatur-Kondensation, Bildung von Calcium-Aluminium-Mineralien, Zusammensetzung des Nebular-Gases sowie den Druck-Temperatur-Zustand, der in den frühesten Phasen der Geschichte des Sonnensystems herrschte. Sie bieten zudem eine natürliche Referenz zur Vergleich von extraterrestischen Mineralphasen mit experimentell synthetisierten Calciumaluminaten.

Synthetisches CaAl₂O₄ und verwandte Calciumaluminate werden in feuerfesten Keramiken, Hochtemperatur-Bindemitteln und Calciumaluminat-Zementen eingesetzt. Diese industriellen Anwendungen beziehen sich auf hergestellte Materialien mit kontrollierter Zusammensetzung und Verarbeitungsgeschichte. Sie sind keine direkten kommerziellen Anwendungen des natürlichen Krotits.

Krotite kann auch helfen, primäre nebulare Merkmale von späteren Veränderungen zu unterscheiden. Ein Korn, das im Inneren eines refraktären Einschluss erhalten geblieben ist, kann Beweise für eine Hochtemperaturbildung aufweisen, während seine Ränder durch Hydrierung, Oxidation oder terrestrische Wetterung verändert worden sein können. Die mineralogische Interpretation muss daher sowohl die primäre Kristallstruktur als auch die spätere Geschichte des Meteoriten berücksichtigen.

Quellen

Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). „Krotit, CaAl₂O₄, ein neues refraktäres Mineral aus dem Meteoriten NWA 1934.“ Amerikanischer Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693

Mineralogical Society of America. „Krotit.“ Handbuch der Mineralogie. PDF