Krotita es un mineral de óxido de calcio-aluminio que ocurre naturalmente con la fórmula química ideal CaAl₂O₄. Se clasifica como un mineral óxido y es principalmente conocido por las inclusiones ricas en calcio-aluminio en condritas carbonáceas primitivas. A diferencia de la mayoría de los minerales terrestres comunes, Krotita generalmente se presenta como granos microscópicos incrustados en meteoritos en lugar de cristales grandes y aislados.
La fórmula ideal contiene un átomo de calcio, dos átomos de aluminio y cuatro átomos de oxígeno. Su composición teórica es aproximadamente 25,4 % en peso de calcio, 34,1 % en peso de aluminio y 40,5 % en peso de oxígeno. Expresado como óxidos, la composición corresponde a aproximadamente 35,5 % en peso de CaO y 64,5 % en peso de Al₂O₃. Los granos naturales pueden contener desviaciones químicas menores, pero el mineral se define por su composición de CaAl₂O₄ y su estructura cristalina característica.
Krotita es la dimorfia de baja presión del CaAl₂O₄. La dimorfia de alta presión se llama dmitryivanovita. Estos dos minerales tienen la misma fórmula química ideal pero diferentes arreglos atómicos, por lo tanto deben distinguirse mediante métodos cristalográficos en lugar de solo por composición química. La krotita también está relacionada estructuralmente con compuestos de aluminato de calcio sintéticos utilizados en cerámicas refractarias y cementos de aluminato de calcio, aunque los aluminatos industriales de calcio no se clasifican automáticamente como el mineral krotita.
Historia y Descubrimiento de Krotite
Krotite fue descrito formalmente como un nuevo mineral en 2011. La materia tipo provino de la meteorito NWA 1934, una condrita carbonosa CV3 recuperada en el norte de África. El mineral se encuentra dentro de una inclusión rica en calcio-aluminio, comúnmente abreviada como CAI. Estas inclusiones son entre los componentes más refractarios preservados en meteoritos condriticos primitivos.
El mineral fue nombrado en honor a Alexander N. Krot, un cosmoquímico cuya investigación se ha centrado en meteoritos condriticos, inclusiones refractarias, procesos de condensación y la evolución química temprana del Sistema Solar. El mineral fue aprobado por la Asociación Mineralógica Internacional bajo la designación IMA 2010-038.
La descripción original dependía del análisis químico, microscopía electrónica, cristalografía y observaciones petrográficas. Esta combinación era necesaria porque los granos de Krotita son pequeños y se encuentran en un conjunto complejo de óxidos de calcio-aluminio, silicatos y otras fases refractarias. Un análisis químico cercano a CaAl₂O₄ no sería suficiente por sí solo, porque varios minerales relacionados tienen proporciones elementales similares o pueden encontrarse en la misma inclusión de meteorito.
Formación y ocurrencia geológica de Krotita
Formas de Krotita se forman bajo condiciones de alta temperatura y baja presión en un entorno químico altamente refractario. La inclusión con Krotita en NWA 1934 se interpreta como un producto de condensación o cristalización a partir de gas caliente en el nebuloso solar temprano. Consideraciones de equilibrio de fases indican una formación a temperaturas de aproximadamente 1.500 °C o más, bajo condiciones de baja presión. Estas condiciones son consistentes con la formación de sólidos refractarios antes de la condensación de muchos elementos y minerales más volátiles.
El calcio y el aluminio son entre los elementos principales menos volátiles en la nebulosa solar. Cuando el gas nebular caliente se enfrió, estos elementos pudieron combinarse con oxígeno para formar óxidos refractarios y silicatos de calcio-aluminio. Por lo tanto, krotita registra una etapa de alta temperatura en la formación de minerales que ocurrió antes de que se ensamblara el asteroide progenitor del meteorito. Su formación no debe confundirse con procesos ígneo, hidrotermales o metamórficos ordinarios terrestres.
En NWA 1934, Krotita se encuentra concentrada en las porciones central y del manto de una inclusión inusual rica en calcio y aluminio. Aparece junto con perovskita, gehlenita, hercinita, mayenita, grossita, hibonita, espinela y diopside. También se ha reportado trazas de hexamolibdeno. La asociación mineral indica que la inclusión experimentó varios estadios de condensación, cristalización, reacción y posiblemente fusión parcial en lugar de formarse mediante una sola reacción simple.
La parte externa de la inclusión se ha descrito como teniendo una apariencia de "cáscara rota" o "huevo roto". Algunas grietas están llenas con hidróxidos de hierro y aluminio. Estos minerales hidratados se interpretan como productos de la meteorización terrestre que ocurrió después de que el meteorito llegara a la Tierra. No se consideran productos primarios del entorno de la nebulosa solar. Esta distinción es importante porque la meteorización puede modificar los límites y superficies de los granos originales de Krotita.
Estructura cristalina de Krotita
Krotite cristaliza en el sistema cristalino monocíclico. Su grupo espacial informado es P2₁/n, número del grupo espacial 14. Los parámetros de celda unitaria determinados para el material tipo son aproximadamente a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, y β = 90,188(6)°. La celda unitaria contiene doce unidades fórmula, expresadas como Z = 12, y tiene un volumen calculado de aproximadamente 1.071 ų.
La estructura puede describirse en general como un esqueleto dominado por poliedros de aluminio-oxígeno, especialmente tetraedros AlO₄, con calcio ocupando sitios estructurales más grandes dentro del esqueleto. El arreglo no es equivalente a la estructura de spinel, aunque la fórmula química tiene una relación estequiométrica general de un catión divalente a dos cationes trivalentes y cuatro átomos de oxígeno.
La diferencia entre krotita y dmitryivanovita es estructural en lugar de composicional. Ambas fases tienen la fórmula CaAl₂O₄, pero son estables bajo diferentes condiciones de presión y tienen diferentes disposiciones de sus átomos. La krotita representa la forma de baja presión, mientras que la dmitryivanovita está asociada con condiciones de mayor presión.
Porque el Krotita natural ocurre como granos pequeños encerrados por otros minerales, las caras cristalinas externas bien desarrolladas son poco comunes. Por lo tanto, la información estructural se obtiene normalmente mediante difracción de rayos X, difracción electrónica o difracción de retrodispersión electrónica. Estos métodos son especialmente útiles cuando los granos son demasiado pequeños para el análisis de cristal único convencional.
Propiedades físicas y químicas de Krotita
Krotite normalmente se observa como granos microscópicos en secciones pulidas o secciones delgadas. Las descripciones de su color y brillo son menos diagnósticas que su química y estructura cristalina, ya que la apariencia aparente depende del espesor del grano, la orientación, los minerales circundantes y la alteración. El material natural puede aparecer incoloro a marrón pálido bajo luz transmitida o reflejada, mientras que los límites de los granos individuales pueden ser difíciles de distinguir en inclusiones complejas.
La dureza de Mohs informada es aproximadamente 6,5 y la densidad calculada es de unos 2,94 g/cm³. La medición directa de la densidad es difícil porque los granos son muy pequeños y comúnmente se encuentran intercrecidos con otras fases. La clivaje y la fractura también son difíciles de evaluar de manera confiable en granos individuales por la misma razón.
La composición química ideal es CaAl₂O₄. Los análisis con microscopio electrónico suelen mostrar una proporción de calcio a aluminio cercana a 1:2, después de tener en cuenta el oxígeno y la incertidumbre analítica. Pequeñas cantidades de magnesio, silicio, titanio, hierro, sodio u otros elementos pueden ocurrir en niveles traza o pueden ser introducidos por contaminación de minerales adyacentes. Estos componentes menores no definen automáticamente una variedad separada de Krotita.
Krotite es estable solo dentro de un campo particular de presión-temperatura-composición. A mayores presiones, CaAl₂O₄ puede adoptar la estructura de dmitryivanovita. Bajo diferentes condiciones químicas, el calcio y el aluminio pueden formar en su lugar grossita, hibonita, gehlenita, mayenita, perovskita u otros óxidos y silicatos de calcio-aluminio.
Tipos y variedades de Krotite
Krotite no tiene variedades de piedras preciosas formalmente reconocidas ni variedades de color comerciales. Las siguientes categorías son descriptivas en lugar de subdivisiones minerales oficiales:
- Krotita meteorítica: Krotita natural que ocurre en inclusiones ricas en calcio-aluminio de condritas carbonáceas, incluyendo el material tipo de NWA 1934.
- Baja presión CaAl₂O₄: Krotite es la forma estructural de baja presión de CaAl₂O₄.
- Altas presiones CaAl₂O₄: Dmitryivanovite es la forma de alta presión de CaAl₂O₄. Es una especie mineral separada, no una variedad de Krotita.
- Aluminato de calcio sintético: El CaAl₂O₄ producido en laboratorio puede tener una apariencia química o estructural similar al Krotita, pero es un material artificial en lugar de una ocurrencia mineral natural.
Diferencias en el tamaño de grano, contenido de elementos traza, alteración y minerales asociados pueden producir apariencias diferentes en muestras individuales de meteoritos. Estas diferencias describen la historia geológica de los granos y no representan variedades oficialmente nombradas.
¿Dónde se encuentra el Krotite?
La ocurrencia natural más documentada de Krotita es la inclusión rica en calcio-aluminio en la meteorita CV3 NWA 1934. La meteorita fue recuperada en el norte de África, pero la propia Krotita se formó mucho antes en el Sistema Solar, probablemente en una región de alta temperatura de la nebulosa solar.
Dentro la meteorita, Krotita se encuentra principalmente en las porciones central y del manto de la inclusión refractaria. Está asociada con minerales como perovskita, gehlenita, hercinita, mayenita, grossita, hibonita, spinel y diopsida. Estos minerales proporcionan colectivamente evidencia para procesos de condensación y cristalización a alta temperatura que involucran calcio, aluminio, titanio, magnesio, silicio y oxígeno.
Krotita no debe confundirse con un mineral terrestre que se formó en el lugar donde se recuperó el meteorito. La residencia terrestre del meteorito afectó las partes externas de la inclusión mediante hidratación y oxidación, pero los granos primarios de Krotita se formaron antes de que existiera el cuerpo parental del meteorito. No existe ninguna localidad geológica terrestre ampliamente establecida asociada con Krotita.
Cómo identificar Krotite
Krotita no puede normalmente identificarse mediante inspección visual no asistida. Los granos son pequeños, suelen estar intercrecidos con otras fases refractarias y pueden parecerse a varios óxidos y silicatos de calcio-aluminio. Por lo tanto, se utiliza la examinación petrográfica como primer paso, seguido de un análisis químico y cristalográfico.
La microscopía de sección delgada o sección pulida puede revelar la morfología de los granos, los contactos, la zonación, las inclusiones y las relaciones con minerales circundantes. La imagen de electrones retrodispersados en un microscopio electrónico de barrido es útil porque las fases con números atómicos promedio diferentes producen niveles diferentes de contraste en la imagen. Esto permite localizar las regiones ricas en Krotita antes del análisis cuantitativo.
El análisis con microscopio electrónico se utiliza normalmente para determinar las concentraciones de calcio, aluminio, oxígeno por cálculo estequiométrico y cualquier elemento menor. Los análisis deben realizarse lejos de los límites de grano, ya que la contaminación por gehlenita, hibonita, grossita, mayenita o otros minerales adyacentes puede producir una composición incorrecta.
La confirmación cristalográfica es necesaria cuando la distinción entre fases relacionadas es importante. La difracción de rayos X, la difracción electrónica y la difracción de retrodispersión electrónica pueden utilizarse para probar la estructura monoclínica y su compatibilidad con el grupo espacial P2₁/n. Un único espectro de rayos X dispersivo por energía es generalmente insuficiente, especialmente cuando el grano tiene solo unos micrómetros de diámetro.
Minerales importantes que hay que distinguir de la Krotita son la grossita, CaAl₄O₇; la hibonita, CaAl₁₂O₁₉; y la gehlenita, Ca₂Al₂SiO₇. El mayenita también puede encontrarse en las mismas inclusiones refractarias. La dmitryivanovita requiere atención especial porque tiene la misma fórmula química ideal que la Krotita pero una estructura cristalina diferente.
Aplicaciones y usos del Krotite
Krotita natural no tiene un uso establecido como piedra preciosa, material ornamental, materia prima industrial o mineral extraído por separado. Sus granos son demasiado pequeños y están demasiado dispersos para la extracción comercial. El mineral se estudia normalmente como parte de secciones de meteoritos y inclusiones ricas en calcio y aluminio.
Su importancia principal es analítica y cosmoquímica. Las inclusiones que contienen krotita proporcionan información sobre la condensación a alta temperatura, la formación de minerales de aluminio de calcio, la composición de la gas nebular y las condiciones de presión-temperatura que existieron durante las primeras etapas de la historia del Sistema Solar. También proporciona una referencia natural para comparar fases minerales extraterrestres con aluminatos de calcio sintetizados experimentalmente.
CaAl₂O₄ sintético y los aluminatos de calcio relacionados se utilizan en cerámicas refractarias, aglomerantes a alta temperatura y cementos de aluminato de calcio. Estas aplicaciones industriales implican materiales fabricados con composiciones y historiales de procesamiento controlados. No son aplicaciones comerciales directas del Krotite natural.
Krotite también puede ayudar a distinguir las características nebulares primarias de las alteraciones posteriores. Un grano preservado en el interior de una inclusión refractaria puede retener evidencia de formación a alta temperatura, mientras que sus márgenes pueden haber sido modificados por hidratación, oxidación o meteorización terrestre. Por lo tanto, la interpretación mineralógica debe considerar tanto la estructura cristalina primaria como la historia posterior de la meteorita.
Minerales relacionados y nomenclatura
Krotita pertenece a un conjunto más amplio de minerales de calcio-aluminio refractarios encontrados en meteoritos primitivos. Estos incluyen hibonita, grossita, perovskita, espinela, gehlenita y mayenita. Difieren en proporciones químicas, disposición estructural, contenido de aniones y condiciones de estabilidad.
El nombre Krotita se aplica específicamente a la fase natural de baja presión CaAl₂O₄ con la estructura de Krotita. No debe utilizarse como término general para cada aluminato de calcio con la misma composición nominal. En particular, dmitryivanovita se trata como una especie mineral separada porque representa una forma estructural diferente de CaAl₂O₄.
Referencias
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). "Krotita, CaAl₂O₄, un nuevo mineral refractario del meteorito NWA 1934." Mineralogista americano, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Sociedad Mineralógica de América. “Krotita.” Manual de Mineralogía. PDF