Ο Krotite είναι ένα φυσικά εμφανιζόμενο υδροξυ-αλουμινικό οξείδιο με το ιδανικό χημικό τύπο CaAl₂O₄. Ταξινομείται ως οξειδικό ορυκτό και είναι γνωστό κυρίως από τα πλούσια σε ασβεστίου-αλουμινίου συστατικά σε πρώιμα άνθρακα πετρώματα. Αντίθετα με τα περισσότερα κοινά ηπειρωτικά ορυκτά, το Krotite εμφανίζεται γενικά ως μικροσκοπικά κόκκια που ενσωματώνονται σε μετεωρίτες, αντί να είναι μεγάλα, απομονωμένα κρυστάλλια.
Το ιδανικό τύπος περιέχει ένα άτομο ασβεστίου, δύο άτομα αλουμινίου και τέσσερα άτομα οξυγόνου. Η θεωρητική σύστασή του είναι περίπου 25,4 βάρος% ασβέστιο, 34,1 βάρος% αλουμίνιο και 40,5 βάρος% οξυγόνο. Εκφρασμένο ως οξείδια, η σύσταση αντιστοιχεί σε περίπου 35,5 βάρος% CaO και 64,5 βάρος% Al₂O₃. Τα φυσικά κόκκινα μπορεί να περιέχουν μικρές χημικές αποκλίσεις, αλλά το πετρώμα είναι ορισμένο από τη σύστασή του CaAl₂O₄ και τη χαρακτηριστική του κρυσταλλική δομή.
Η Krotite είναι το χαμηλής πίεσης διμορφο του CaAl₂O₄. Το υψηλής πίεσης διμορφο ονομάζεται dmitryivanovite. Αυτά τα δύο πετρώματα έχουν τον ίδιο ιδανικό χημικό τύπο αλλά διαφορετικές δομές ατόμων, οπότε πρέπει να διακρίνονται με μεθόδους κρυσταλλογραφίας και όχι μόνο με τη σύστασή τους. Η Krotite είναι επίσης δομικά σχετιζόμενη με συνθετικές ενώσεις αλουμινικού ασβεστίου που χρησιμοποιούνται σε πυρίμαχα κεραμικά και σε ασβεστοαλουμινικά διαλύματα, αν και τα βιομηχανικά αλουμινικά ασβέστια δεν ταξινομούνται αυτόματα ως το πετρώμα Krotite.
Ιστορία και Ανακάλυψη του Κροτίτη
Ο Krotite περιγράφηκε επίσημα ως νέο ιζήμα το 2011. Το τύπος υλικό προήλθε από το μετεωρίτη NWA 1934, έναν καρβονικό χονδρίτη CV3 που ανακτήθηκε στη Βόρεια-Δυτική Αφρική. Το ιζήμα εμφανίζεται μέσα σε περιοχή πλούσια σε ασβεστιούχο αλουμίνιο, συνήθως συντομευμένη ως CAI. Αυτές οι περιοχές αποτελούν μεταξύ των πιο ανθεκτικών συστατικών που διατηρούνται σε πρωτόγονους χονδριτικούς μετεωρίτες.
Το πετρώμα ονομάστηκε προς τιμήν του Αλέξανδρου Ν. Κρότ, ενός κοσμοχημικού του οποίου η έρευνα έχει επικεντρωθεί σε μετεωρίτες χονδρίτες, αντικείμενα αναγέννησης, διεργασίες συντήξεως και την πρώιμη χημική εξέλιξη του Ηλιακού Συστήματος. Το πετρώμα έλαβε έγκριση από τη Διεθνή Αντιπροσωπεία Μετεωριτών υπό τη σήμανση IMA 2010-038.
Η αρχική περιγραφή βασιζόταν σε χημική ανάλυση, ηλεκτρονική μικροσκοπία, κρυσταλλογραφία και πετρογραφικές παρατηρήσεις. Αυτή η σύνδεση ήταν απαραίτητη, διότι τα κόκκους Krotite είναι μικρά και εμφανίζονται σε ένα περίπλοκο σύνολο οξειδίων ασβεστίου-αλουμινίου, πυριτικών και άλλων φάσεων ανθεκτικών στη θερμότητα. Μια χημική ανάλυση κοντά στο CaAl₂O₄ δεν θα ήταν αρκετή μόνη της, διότι πολλά συγγενή πετρώματα έχουν παρόμοιες αναλογίες στοιχείων ή μπορεί να εμφανιστούν στο ίδιο μετεωριτικό ενσωμάτωμα.
Παραγωγή και Γεωλογική Παρουσία του Κροτίτη
Τα κροτίτες σχηματίζονται υπό υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλή πίεση σε ένα ισχυρά ανθεκτικό χημικό περιβάλλον. Το συμπίεσμα που περιέχει κροτίτες στο NWA 1934 ερμηνεύεται ως προϊόν της κρυστάλλωσης ή της κορεσμού από ζεστό αέριο στο πρώιμο ηλιακό νεφέλωμα. Θεωρίες φάσεων ισορροπίας δείχνουν την παραγωγή σε θερμοκρασίες περίπου 1.500 °C ή υψηλότερες υπό χαμηλές πιέσεις. Αυτές οι συνθήκες είναι συνεπείς με την παραγωγή ανθεκτικών στερεών πριν από την κρυστάλλωση πολλών πιο ευαίσθητων στοιχείων και ορυκτών.
Το ασβέστιο και το αλουμίνιο είναι μεταξύ των λιγότερο ευαίσθητων κύριων στοιχείων στο ηλιακό νεφέλωμα. Όταν το θερμό αέριο νεφέλωμα ψύχθηκε, αυτά τα στοιχεία μπορούσαν να συνδυαστούν με το οξυγόνο για να σχηματίσουν ανθεκτικά οξείδια και αλουμινο-ασβεστικά πυριτικά. Επομένως, το κροτίτη καταγράφει μια φάση υψηλής θερμοκρασίας της μεταλλευτικής διαδικασίας που συνέβη πριν από τη συγκρότηση του γονικού αστεροειδούς του μετεωρίτη. Η σύστασή του δεν πρέπει να συγχέεται με τις συνηθισμένες γεωλογικές, υδροθερμικές ή μεταμορφωτικές διαδικασίες της επιφάνειας της Γης.
Στο NWA 1934, το Krotite συσσωρεύεται στο κεντρικό και στο μανδύα τμήμα ενός ασυνήθους πλούσιου σε ασβέστιο-αλουμίνιο συσσωματώματος. Εμφανίζεται μαζί με την περοβσκίτη, τη γεληνίτη, την ερχυνίτη, τη μαγενίτη, τη γκρόσιτη, την υπερβολιτική, το σπινέλιο και τη διοπσίδη. Έχει αναφερθεί και ίχνος οξειδίου του μολυβδενίου. Το σύνολο των ορυκτών δείχνει ότι το συσσωμάτωμα υπέστη πολλαπλές φάσεις συμπύκνωσης, κρυσταλλοποίησης, αντίδρασης και πιθανώς μερικής τήξης αντί να σχηματιστεί μέσω μιας απλής αντίδρασης.
Ο εξωτερικός τμήμα της περιλήψεως έχει περιγραφεί ως με την εμφάνιση ενός «σπασμένου αυγού». Κάποιες ρωγμές είναι γεμάτες υδροξείδια σιδήρου και αλουμινίου. Αυτά τα υδροξείδια τα θεωρούν ως προϊόντα της γήινης κλιματικής διαδικασίας που συνέβη μετά την άφιξη του μετεωρίτη στη Γη. Δεν θεωρούνται πρωτογενή προϊόντα του περιβάλλοντος του ηλιακού νεφελώματος. Αυτή η διαφορά είναι σημαντική, διότι η κλιματική διαδικασία μπορεί να τροποποιήσει τα όρια και τις επιφάνειες των αρχικών κόκκων Krotite.
Κρυσταλλική δομή του Krotite
Το Krotite κρυσταλλώνεται στο μονοκλινές κρυσταλλικό σύστημα. Η αναφερόμενη ομάδα χώρου του είναι P2₁/n, αριθμός ομάδας χώρου 14. Οι παράμετροι της μοναδιαίας κύβου που προσδιορίστηκαν για το τύπο υλικό είναι περίπου a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Α, c = 15,217(1) Α, και β = 90,188(6)°. Το κελί μονάδας περιέχει δώδεκα τύπους μονάδες, που εκφράζονται ως Z = 12, και έχει υπολογισμένο όγκο περίπου 1.071 ų.
Η δομή μπορεί να περιγραφεί γενικά ως ένα πλαίσιο που κυριαρχείται από πολυέδρα αλουμινίου-οξυγόνου, ιδιαίτερα τετράεδρα AlO₄, με το ασβέστιο να καταλαμβάνει μεγαλύτερες δομικές θέσεις μέσα στο πλαίσιο. Η διάταξη δεν είναι ίση με τη δομή του σπινελίου, αν και το χημικό τύπος έχει τη γενική στοιχειομετρική σχέση ενός δισθενούς κατιόντος προς δύο τρισθενή κατιόντα και τέσσερα άτομα οξυγόνου.
Η διαφορά μεταξύ του Krotite και του dmitryivanovite είναι δομική και όχι συστατική. Και τα δύο φάσεις έχουν τον τύπο CaAl₂O₄, αλλά είναι σταθερά υπό διαφορετικές συνθήκες πίεσης και έχουν διαφορετικές διατάξεις των ατόμων τους. Το Krotite αντιπροσωπεύει τη μορφή χαμηλής πίεσης, ενώ το dmitryivanovite συνδέεται με υψηλότερες συνθήκες πίεσης.
Επειδή το φυσικό Κροτίτης εμφανίζεται ως μικρά κόκκους περικλειόμενοι από άλλα ορυκτά, τα καλά αναπτυγμένα εξωτερικά πρόσωπα κρυστάλλου είναι σπάνια. Επομένως, η πληροφορία της δομής λαμβάνεται συνήθως με ακτίνες Χ, ηλεκτρονική διάχυση ή ηλεκτρονική διάχυση πίσω. Αυτές οι μέθοδοι είναι ιδιαίτερα χρήσιμες όταν τα κόκκοι είναι πολύ μικρά για τη συμβατική ανάλυση μονοκρυστάλλου.
Φυσικές και Χημικές Ιδιότητες του Krotite
Ο Krotite παρατηρείται συνήθως ως μικροσκοπικά κόκκινα σε παρατηρήσεις ή λεπτές τομές. Οι περιγραφές του χρώματος και του λάμψιμου είναι λιγότερο διαγνωστικές από τη χημεία και την κρυσταλλική δομή του, διότι το φανερό είδος εξαρτάται από το πάχος του κόκκου, την κατεύθυνση, τα περιβαλλόμενα ορυκτά και την αλλοίωση. Το φυσικό υλικό μπορεί να φαίνεται αδιαφανές έως καφέ χρώμα σε διαπεραστικό ή ανακλαστικό φως, ενώ οι διαστιγμές των ξεχωριστών κόκκων μπορεί να είναι δύσκολο να διακριθούν σε περίπλοκες συμπεριλήψεις.
Η αναφερόμενη σκληρότητα Μόχς είναι περίπου 6,5, και η υπολογισμένη πυκνότητα είναι περίπου 2,94 g/cm³. Η άμεση μέτρηση της πυκνότητας είναι δύσκολη, διότι τα κόκκινα είναι πολύ μικρά και συχνά είναι συγχωνευμένα με άλλες φάσεις. Το κλάσμα και η κλάση είναι επίσης δύσκολο να αξιολογηθούν αξιόπιστα σε μοναδικά κόκκινα για τον ίδιο λόγο.
Η ιδανική χημική σύσταση είναι CaAl₂O₄. Οι αναλύσεις με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αναμένεται γενικά να δείχνουν ένα λόγο ασβεστίου προς αλουμίνιο κοντά στο 1:2, μετά την αφαίρεση του οξυγόνου και της αναλυτικής αβεβαιότητας. Μικρές ποσότητες μαγνησίου, πυριτίου, τιτανίου, σιδήρου, νατρίου ή άλλων στοιχείων μπορεί να εμφανιστούν σε ίχνος ή να εισαχθούν από ρύπανση από γειτονικά ορυκτά. Τέτοια μικρά συστατικά δεν ορίζουν αυτόματα μια ξεχωριστή παραλλαγή του Krotite.
Ο Krotite είναι σταθερό μόνο σε ένα συγκεκριμένο πεδίο πίεσης-θερμοκρασίας-σύστασης. Σε υψηλότερες πιέσεις, το CaAl₂O₄ μπορεί να πάρει τη δομή του dmitryivanovite. Με διαφορετικές χημικές συνθήκες, το ασβέστιο και το αλουμίνιο μπορεί να σχηματίσουν αντί για το grossite, το hibonite, το gehlenite, το mayenite, το perovskite ή άλλα οξείδια και πυριτικά ασβεστίου-αλουμινίου.
Τύποι και Είδη του Krotite
Ο Krotite δεν έχει παραδοσιακά αναγνωρισμένες παραλλαγές πολύτιμων πέτρων ή εμπορικές παραλλαγές χρώματος. Οι παρακάτω κατηγορίες είναι περιγραφικές και όχι επίσημες υποδιαιρέσεις του ορυκτού:
- Μετεωριτικός Κρότιτης: Φυσικό Κροτίτη που εμφανίζεται σε πλούσια σε ασβεστιούχο-αλουμινιούχα συστατικά των καρβονικών χονδριτών, συμπεριλαμβανομένου του τύπου υλικού από το NWA 1934.
- Χαμηλής πίεσης CaAl₂O₄: Ο Krotite είναι η χαμηλής πίεσης δομική μορφή CaAl₂O₄.
- Υψηλής πίεσης CaAl₂O₄: Ο Δημήτριος Ιβανόφιτης είναι το υψηλής πίεσης διμορφικό του CaAl₂O₄. Είναι μια ξεχωριστή είδος πετρώματος, όχι μια παραλλαγή του Κροτίτη.
- Συνθετικό αλουμινικό ασβέστη: Η τεχνητά παραγόμενη CaAl₂O₄ μπορεί να θυμίζει χημικά ή δομικά το Krotite, αλλά είναι ένα τεχνητό υλικό και όχι φυσική προέλευση ορυκτού.
Διαφορές στο μέγεθος του κόκκου, την περιεκτικότητα σε ίχνος στοιχεία, την αλλοίωση και τα συνοδευτικά ορυκτά μπορεί να προκαλέσουν διαφορετικές εμφανίσεις σε μεμονωμένα δείγματα μετεωριτών. Αυτές οι διαφορές περιγράφουν τη γεωλογική ιστορία των κόκκων και δεν αντιπροσωπεύουν επίσημα ονομασμένες παραλλαγές.
Πού βρίσκεται το Krotite?
Η καλύτερα περιγραφή φυσικής εμφάνισης του Krotite είναι το πλούσιο σε ασβέστιο-αλουμίνιο συστατικό στο μετεωρίτη NWA 1934 CV3 που περιέχει άνθρακα. Το μετεωρίτης ανακτήθηκε στη Βόρεια Αφρική, αλλά το ίδιο το Krotite δημιουργήθηκε πολύ νωρίτερα στο ηλιακό σύστημα, πιθανώς σε περιοχή υψηλής θερμοκρασίας του ηλιακού νεφέλου.
Στο μετεωρίτη, το Krotite εμφανίζεται κυρίως στα κεντρικά και στα ιστούς τμήματα της προσφυγικής περιοχής. Συνδέεται με πολύτιμα υλικά όπως το περοβσκίτη, το γελενίτη, το ερχυνίτη, το μαϊενίτη, το γκρόσιτη, το ιμπονίτη, το σπινέλιο και το διοπσίδιο. Αυτά τα πολύτιμα υλικά παρέχουν συνολικά στοιχεία για διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας συνθέσεως και κρυσταλλώσεως που περιλαμβάνουν ασβέστιο, αλουμίνιο, τιτάνιο, μαγνήσιο, πυρίτιο και οξυγόνο.
Η Κροτίτη δεν πρέπει να συγχέεται με ένα εδαφικό υλικό που σχηματίστηκε στο σημείο όπου ανακτήθηκε ο μετεωρίτης. Η εδαφική κατοίκηση του μετεωρίτη επηρέασε τα εξωτερικά τμήματα της περιληψης μέσω υδρογόνου και οξείδωσης, αλλά τα κύρια κόκκους της Κροτίτης σχηματίστηκαν πριν υπάρξει το γονικό σώμα του μετεωρίτη. Δεν υπάρχει καμία γενικά αναγνωρισμένη εδαφική γεωλογική τοποθεσία που σχετίζεται με την Κροτίτη.
Πώς να αναγνωρίσετε το Krotite
Οι κροτίτες δεν μπορούν να προσδιοριστούν συνήθως με ακρίβεια με οπτική εξέταση. Τα κόκκους είναι μικροί, συχνά συγχωνεύονται με άλλες ανθεκτικές φάσεις και μπορεί να μοιάζουν με πολλά οξείδια καλίου-αλουμινίου και πυριτικά. Επομένως, χρησιμοποιείται η πετρογραφική εξέταση ως το πρώτο βήμα, ακολουθούμενη από χημική και κρυσταλογραφική ανάλυση.
Η μικροσκοπία τμήματος λεπτού ή κομβωτού μπορεί να αποκαλύψει τη μορφή των κόκκων, τις επαφές, την ζώνη, τις περιοχές περισσότερο πλούσιες σε Krotite, και τις σχέσεις με τα γειτονικά υλικά. Η εικόνιση των ηλεκτρονίων που ανακλώνται σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διασκευής είναι χρήσιμη, διότι τα φάσεις με διαφορετικούς μέσους ατομικούς αριθμούς παράγουν διαφορετικά επίπεδα αντίθεσης εικόνας. Αυτό επιτρέπει την εύρεση περιοχών πλούσιων σε Krotite πριν την ποσοτική ανάλυση.
Η ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο χρησιμοποιείται συνήθως για την προσδιορισμό των συγκεντρώσεων ασβεστίου, αλουμινίου, οξυγόνου με υπολογισμούς στοιχειομετρίας και οποιαδήποτε μικρά στοιχεία. Οι αναλύσεις πρέπει να γίνονται μακριά από τα όρια των κόκκων, διότι η ρύπανση από γελενίτη, υβονίτη, γκροσσίτη, μαϊενίτη ή άλλα γειτονικά πετρώματα μπορεί να παράγει μια λανθασμένη σύσταση.
Η κρυσταλογραφική επιβεβαίωση είναι απαραίτητη όταν η διάκριση μεταξύ σχετικών φάσεων είναι σημαντική. Η ακτινοδιασπορά Ροντγκεν, η ακτινοδιασπορά ηλεκτρονίων και η ακτινοδιασπορά πίσω ηλεκτρονίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δοκιμή της μονοκλινούς δομής και της συμβατότητάς της με την ομάδα χώρου P2₁/n. Ένα μόνο φάσμα ενέργειας διασποράς ακτίνων Χ είναι γενικά ανεπαρκές, ιδιαίτερα όταν το κόκκος είναι μόλις μερικά μικρομέτρα σε διάμετρο.
Σημαντικά ορυκτά που πρέπει να διακριθούν από το Krotite είναι το grossite, CaAl₄O₇· το hibonite, CaAl₁₂O₁₉· και το gehlenite, Ca₂Al₂SiO₇. Το mayenite μπορεί επίσης να εμφανιστεί στα ίδια θερμοσταθερά συστατικά. Το Dmitryivanovite χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή, διότι έχει τον ίδιο ιδανικό χημικό τύπο με το Krotite αλλά διαφορετική κρυσταλλική δομή.
Προσφορές και Χρήσεις του Krotite
Η φυσική Krotite δεν έχει καθιερωμένη χρήση ως πολυτελές λίθος, υλικό για εσωτερικές διακοσμήσεις, βιομηχανική αρχική ύλη ή ξεχωριστά εξορυκτικό ορυκτό. Τα κόκκους του είναι πολύ μικρά και πολύ σπανιά για εμπορική εξαγωγή. Το πετρώμα αυτό μελετάται συνήθως ως μέρος τμημάτων μετεωριτών και ενδομεταλλικών περιοχών πλούσιων σε ασβέστιο-αλουμίνιο.
Η κύρια σημασία του είναι αναλυτική και κοσμοχημική. Τα περιθώρια που περιέχουν krotite παρέχουν πληροφορίες για την υψηλής θερμοκρασίας κρυστάλλωση, την παραγωγή ορυκτών αλουμινίου ανθρακικού, τη σύσταση του αερίου της νεφέλης και τις συνθήκες πίεσης-θερμοκρασίας που υπήρχαν κατά τα πρώτα στάδια της ιστορίας του Ηλιακού Συστήματος. Επίσης παρέχει ένα φυσικό μαρκαρισμό για τη σύγκριση των εξωγήινων φάσεων ορυκτών με τα εργαστηριακά συνθετικά αλουμινάτα ασβεστίου.
Συνθετικά CaAl₂O₄ και σχετικά αλουμινάτα ασβεστίου χρησιμοποιούνται σε πυρίμαχα κεραμικά, δεσμευτικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας και αλουμινάτα ασβεστίου. Αυτές οι βιομηχανικές εφαρμογές αφορούν παραγωγή υλικών με έλεγχο σύστασης και ιστορίας επεξεργασίας. Δεν είναι άμεσες εμπορικές εφαρμογές του φυσικού Krotite.
Οι Krotite μπορούν επίσης να βοηθήσουν στη διάκριση των πρωταρχικών κοσμικών χαρακτηριστικών από τις αργότερες μεταβολές. Ένα κόκκος που διατηρείται στο εσωτερικό ενός προστατευτικού συστατικού μπορεί να διατηρήσει στοιχεία της υψηλής θερμοκρασίας σχηματισμού, ενώ τα όριά του μπορεί να έχουν τροποποιηθεί από υδρόλυση, οξείδωση ή γήινο φθορισμό. Η μικρολιθολογική ερμηνεία πρέπει λοιπόν να λάβει υπόψη τόσο την πρωταρχική κρυσταλλική δομή όσο και την αργότερη ιστορία του μετεωρίτη.
Σχετικά ορυκτά και Ονοματολογία
Ο Krotite ανήκει σε μια ευρύτερη ομάδα ανθεκτικών ορυκτών ασβεστίου-αλουμινίου που βρίσκονται σε πρωτόγονα μετεωρίτες. Αυτά περιλαμβάνουν το hibonite, το grossite, το perovskite, το spinel, το gehlenite και το mayenite. Διαφέρουν στις χημικές αναλογίες, τη δομική διάταξη, το περιεχόμενο ανιόντων και τις συνθήκες σταθερότητας.
Το όνομα Krotite αφορά ειδικά τη φυσική φάση χαμηλής πίεσης CaAl₂O₄ με τη δομή Krotite. Δεν πρέπει να χρησιμοποιηθεί ως γενικός όρος για κάθε αλουμινικό άλας ασβεστίου με την ίδια ονομαστική σύνθεση. Ειδικά, το dmitryivanovite θεωρείται ως ξεχωριστή είδος πετρώματος, διότι αντιπροσωπεύει μια διαφορετική δομική μορφή του CaAl₂O₄.
Αναφορές
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., κ.α. (2011). «Krotite, CaAl₂O₄, ένα νέο ανθεκτικό υλικό από το μετεωρίτη NWA 1934». Αμερικανικός Μινεραλογιστής, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Εταιρεία Μετεωρολογίας της Αμερικής. «Κρότιτης». Εγχειρίδιο Μεταλλειολογίας. PDF