کروتیت

کروتیت یک منیزیم طبیعی اکسید کلسیم-آلومینیوم با فرمول شیمیایی ایده‌آل CaAl₂O₄. این ماده به عنوان یک منبع اکسیدی طبقه بندی می شود و به طور اصلی از شامل کالسیم-آلومینیم غنی در توده های کربناتی اولیه یافت می شود. به خلاف بیشتر مواد معدنی سطحی زمین، کروتیت به طور کلی به صورت ذرات ریز جاسازی شده در معدن ها وجود دارد نه به عنوان بلورهای بزرگ جدا شده.

فرمول ایده‌آل شامل یک اتم کلسیم، دو اتم آلومینیوم و چهار اتم اکسیژن است. ترکیب نظری آن حدوداً 25.4 درصد وزنی کلسیم، 34.1 درصد وزنی آلومینیوم و 40.5 درصد وزنی اکسیژن است. به عنوان اکسیدها بیان شده، ترکیب مربوط به حدود 35.5 درصد وزنی CaO و 64.5 درصد وزنی Al₂O₃ است. ذرات طبیعی ممکن است انحرافات شیمیایی کوچک داشته باشند، اما این سنگ به دلیل ترکیب CaAl₂O₄ خود و ساختار بلوری مشخصه‌اش تعریف می‌شود.

کروتیت، فرم کم فشاری دیمورف کالسیم آلومینات (CaAl₂O₄) است. فرم فشار بالایی آن به نام دمیتری ایوانوفیت نامیده می‌شود. این دو سنگ معدنی فرمول شیمیایی ایده‌آل یکسانی دارند اما جایگاه اتمی متفاوتی دارند، بنابراین باید با روش‌های کریستالوگرافی از هم تمایز داده شوند و نه فقط با ترکیب شیمیایی. کروتیت همچنین به ترکیبات سنتزی کالسیم آلومینات که در سرامیک‌های مقاوم به حرارت و سیمان‌های کالسیم آلومیناتی استفاده می‌شوند، مرتبط است، اگرچه کالسیم آلومینات‌های صنعتی به طور خودکار به عنوان سنگ معدن کروتیت طبقه‌بندی نمی‌شوند.

تاریخچه و کشف کروتیت

کروتیت به طور رسمی به عنوان یک کانی جدید در سال 2011 توصیف شد. ماده نوع از کمپلکس نورو 1934، یک چوندیت کربناتی CV3 که در شمال غرب آفریقا پیدا شد، به دست آمد. این کانی در داخل یک شامله‌ی پر از کلسیم-آلومینیوم، که معمولاً به عنوان CAI کوتاه می‌شود، یافت می‌شود. این شامله‌ها بخش‌های مقاوم بسیاری هستند که در کمپلکس‌های چوندیتی اولیه حفظ شده‌اند.

این معدن از نام آلکسندر ای. کروت، یک کوزموموچیست که تحقیقاتش بر روی سیلیکات‌های کندریتی، دریچه‌های مقاوم به حرارت، فرآیندهای ترکیب شدن و تکامل شیمیایی زودگذر سیستم خورشیدی متمرکز بوده است. این معدن تحت عنوان IMA 2010-038 توسط انجمن مینرالوژی جهانی تأیید شد.

توضیحات اصلی بر تحلیل شیمیایی، میکروسکوپ الکترونی، کریستالوگرافی و مشاهدات سنگ‌شناسی وابسته بود. این ترکیب لازم بود چون ذرات کروتیت کوچک هستند و در یک تجمع پیچیده از اکسیدهای کلسیم-آلومینیم، سیلیکات‌ها و فازهای مقاوم دیگر یافت می‌شوند. تحلیل شیمیایی نزدیک به CaAl₂O₄ به تنهایی کافی نخواهد بود، چون چندین منبع معدنی مشابه با نسبت عنصری مشابه یا ممکن است در جزء یکسانی از سنگ فضایی وجود داشته باشند.

تشکیل و چگونگی پیدایش ژئولوژیک کروتیت

فرم‌های کروتیت در شرایط دمای بالا و فشار پایین در یک محیط شیمیایی بسیار مقاوم به حرارت تشکیل می‌شوند. توده‌ای که حاوی کروتیت در NWA 1934 به عنوان نتیجه ترکیب یا جامد شدن از گاز گرم در ابری سیارک اولیه تفسیر می‌شود. در نظریه تعادل فاز، تشکیل آن در دماهای حدود 1500 درجه سانتیگراد یا بالاتر تحت شرایط فشار پایین نشان داده می‌شود. این شرایط با تشکیل مواد جامد مقاوم قبل از ترکیب عناصر و مواد معدنی بسیار فرار هماهنگ است.

کلسیم و آلومینیوم از جمله عناصر اصلی کم‌فروان در ابر گازی خورشید هستند. وقتی گازهای نهان‌گازی گرم سرد می‌شوند، این عناصر می‌توانند با اکسیژن ترکیب شوند و اکسیدهای مقاوم و سیلیکات‌های کلسیم-آلومینیوم را تشکیل دهند. بنابراین کروتیت مرحله‌ای با دمای بالا از تشکیل مواد معدنی را ثبت می‌کند که قبل از تجمیع آنچه که به عنوان منبع سنگ فلزی شناخته می‌شود، اتفاق افتاده است. تشکیل آن باید با فرآیندهای ساخته شده در زمین به طور معمول مثل آتش‌فرنی، هیدروترمال یا متامورفیسم اشتباه نگرفته شود.

در NWA 1934، کروتیت در بخش‌های مرکزی و سطحی یک ورودی غنی از کلسیم-آلومینیم نامعمول جمع شده است. این ماده با پرووسکایت، گلِنیت، هرتسینیت، ماینیت، گروسیت، هیبونیت، اسپینل و دیوپسید وجود دارد. مقدار کمی هگزامولیبدن نیز گزارش شده است. ترکیب مواد معدنی نشان می‌دهد که این ورودی چندین مرحله ترکیب، بلورزایی، واکنش و احتمالاً ذوب جزئی را تجربه کرده است، به جای اینکه از طریق یک واکنش ساده واحد تشکیل شده باشد.

بخش خارجی شامل شدن به عنوان داشتن ظاهری شبیه پوسته تخم مرغ شکسته یا "تخم مرغ شکسته" توصیف شده است. برخی از شکاف‌ها با هیدروکسیدهای آهن و آلومینیوم پر شده‌اند. این مواد هیدراته به عنوان محصولاتی تفسیر می‌شوند که در اثر فرآیندهای سطحی زمینی پس از رسیدن مگنتیت به زمین تشکیل شده‌اند. این مواد به عنوان محصولات اولیه محیط نهان‌گاه خورشیدی در نظر گرفته نمی‌شوند. این تمایز مهم است، زیرا فرسایش می‌تواند حدود و سطوح دانه‌های اصلی کروتیت را تغییر دهد.

ساختار بلوری کروتیت

کروتیت در سیستم بلوری مونوکلینیک بلور می‌شود. گروه فضایی گزارش شده آن P2₁/n، شماره گروه فضایی 14. پارامترهای سلول واحد تعیین شده برای مواد نوعی حدوداً a = 8.6996(3) Å, b = 8.0994(3) Å, c = 15.217(1) Å، و β = 90.188(6)°. سلول واحد دوازده واحد فرمولی را شامل می شود، که به عنوان بیان می شود Z = 12و حجم محاسبه شده آن حدود 1,071 Å³ است.

ساختار می‌تواند به طور کلی به عنوان یک چارچوبی توصیف شود که تحت فرمان پلیhedraهای آلومینیوم-اکسیژن است، به ویژه تترآهدرهای AlO₄، با کلسیم که در جایگاه‌های بزرگتر ساختاری درون چارچوب قرار دارد. این چیدمان معادل ساختار اسپینل نیست، حتی اگر فرمول شیمیایی دارای رابطه استوکیومتری کلی یک کاتیون دو ظرفیتی به دو کاتیون سه ظرفیتی و چهار اتم اکسیژن باشد.

تفاوت بین کروتیت و دمیتری ایوانوفیت به لحاظ ساختاری است نه ترکیبی. هر دو فاز دارای فرمول CaAl₂O₄ هستند، اما در شرایط فشار متفاوتی پایدار هستند و دارای جایگشتهای مختلفی از اتم‌ها می‌باشند. کروتیت فرم فشار پایین را نمایندگی می‌کند، در حالی که دمیتری ایوانوفیت با شرایط فشار بالاتر مرتبط است.

چون کروتیت طبیعی به عنوان دانه‌های کوچکی که توسط سایر مواد معدنی محصور شده‌اند، پدیدار می‌شود، چهره‌های بلوری خارجی توسعه یافته نادر است. بنابراین اطلاعات ساختاری معمولاً با استفاده از پراش اشعه ایکس، پراش الکترونی یا پراش بازتاب الکترونی بدست می‌آید. این روش‌ها به ویژه زمانی که دانه‌ها کوچکتر از حد مورد نیاز برای تحلیل بلور تک‌دانه‌ای سنتی هستند، مفید هستند.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی کروتیت

کروتیت به طور معمول به عنوان دانه‌های میکروسکوپی در برش‌های ساخته شده یا برش‌های نازک مشاهده می‌شود. توصیف رنگ و جلوه آن کمتر از شیمی و ساختار بلوری آن تشخیصی است، زیرا ظاهر ظاهری به ضخامت دانه، جهت گیری، مواد اطراف و تغییرات آن بستگی دارد. ماده طبیعی ممکن است تحت نور عبوری یا بازتابی بدون رنگ تا قهوه‌ای روشن به نظر برسد، در حالی که مرزهای دانه‌های فردی در حضور ترکیبات پیچیده دشوار برای تشخیص باشد.

سختی موس گزارش شده حدود 6.5 است و چگالی محاسبه شده حدود 2.94 گرم/سانتیمتر مکعب است. اندازه گیری مستقیم چگالی دشوار است، زیرا ذرات بسیار کوچک هستند و به طور معمول با فازهای دیگر ترکیب شده اند. جدایش و شکست نیز برای ذرات فردی به دلیل همین دلیل به طور قابل اعتمادی قابل ارزیابی نیست.

ترکیب شیمیایی ایده‌آل، CaAl₂O₄ است. تحلیل‌های میکروپروب الکترونی به طور کلی باید نسبت کلسیم به آلومینیوم نزدیک به 1:2 را نشان دهند، پس از تصحیح برای اکسیژن و عدم قطعیت تحلیلی. مقدار کمی منگنز، سیلیسیم، تیتانیوم، آهن، سدیم یا عناصر دیگر ممکن است در سطح جزئی باشد یا ممکن است توسط آلودگی از مواد معدنی مجاور وارد شود. این اجزای کم‌مقدار به طور خودکار یک جنس جداگانه از کروتیت را تعیین نمی‌کنند.

کروتیت فقط در یک محدوده خاص فشار-دمای-ترکیب پایدار است. در فشارهای بالاتر، کالسیم آلومینات ممکن است ساختار دمیتری ایوانوفیت را به خود بگیرد. تحت شرایط شیمیایی مختلف، کالسیم و آلومینیم ممکن است به جای آن، گروسیت، هیبونیت، گلِنیت، مایِنیت، پرووسکیت یا دیگر اکسیدها و سیلیکات‌های کالسیم-آلومینیم تشکیل دهند.

انواع و گونه های کروتیت

کروتیت هیچ گونه سنگ معدنی شناخته شده رسمی یا رنگ تجاری ندارد. دسته بندی های زیر توصیفی است و نه تقسیم بندی های معدنی رسمی:

کروتیت معدنی: کروتیت طبیعی که در واحدهای غنی از کلسیم-آلومینیوم چوندیت‌های کربن‌دار یافت می‌شود، شامل مواد نوعی از NWA 1934.
قواعد بحرانی پایین فشار CaAl₂O₄: کروتیت فرم ساختاری با فشار پایین کالیم آلومینات ۴ است.
فشار بالای CaAl₂O₄: دیمیتری‌ایوانوویت، شکل فشار بالای دی‌مورف کالیم‌آلومینات ۴ است. این یک گونه معدنی جداگانه است و یک جزء از کروتیت نیست.
کالکسیم آلومینات سنتزی: کروتیت تولید شده در آزمایشگاه به طور شیمیایی یا ساختاری با کروتیت شبیه است، اما یک ماده مصنوعی است و نه یک پدیده معدنی طبیعی.

تفاوت‌های اندازه دانه، محتوای عناصر ردی، تغییرات و مواد مرتبط ممکن است باعث ظاهر متفاوتی در نمونه‌های مختلف سنگ‌های فضایی شوند. این تفاوت‌ها تاریخ ژئولوژیکی دانه‌ها را توصیف می‌کنند و نماینده گونه‌های به رسمیت شناخته شده نیستند.

کروتیت در کجا یافت می شود؟

بیشترین اطلاعات مربوط به وقوع طبیعی کروتیت، حضور توده‌ای غنی از کلسیم-آلومینیوم در چوندیت CV3 NWA 1934 است. این سنگ فضایی در شمال غرب آفریقا پیدا شده است، اما خود کروتیت در سیستم خورشیدی زودتر تشکیل شده است، احتمالاً در منطقه‌ای با دمای بالا از نهان‌سیاره خورشید.

در مگنتیت، کروتیت اصلًا در بخش‌های مرکزی و لایهٔ دماغهٔ تودهٔ گرمایی یافت می‌شود. این ماده با مواد معدنی مانند پرووسکایت، ژلنیت، هرتسینیت، ماینیت، گروسیت، هیبونیت، اسپینل و دیوپسید همراه است. این مواد معدنی به طور گروهی شواهدی بر فرآیندهای ترکیب و بلوریابی دما بالا شامل کلسیم، آلومینیوم، تیتانیوم، منیزیم، سیلیسیم و اکسیژن ارائه می‌دهند.

کروتیت نباید با یک معدنی زمینی که در جایی که مeteorit پیدا شده است تشکیل شده است اشتباه گرفته شود. اقیانوس و اکسیداسیون تأثیری بر بخش های خارجی شاملی داشته است، اما دانه های اولیه کروتیت قبل از وجود بدن مادر مeteorit تشکیل شده اند. هیچ محل ژئولوژیکی زمینی عموماً با کروتیت مرتبط نیست.

چگونه کروتیت را شناسایی کنیم

کروتیت به طور معمول با نگاه بصری بدون کمک قابل شناسایی نیست. دانه‌ها کوچک هستند، معمولاً با فازهای مقاوم دیگر ترکیب شده‌اند و می‌توانند شبیه چندین اکسید و سیلیکات کلسیم-آلومینیوم باشند. بنابراین، بررسی سنگ‌شناسی به عنوان مرحله اول استفاده می‌شود، سپس تحلیل شیمیایی و بلور شناسی انجام می‌شود.

میکروسکوپی برش نازک یا برش سطحی می تواند شکل دانه ها، تماس ها، نوارهای لایه ای، شامل کردن و روابط با مواد معدنی اطراف را نشان دهد. تصویربرداری الکترون بازتابی در میکروسکوپ الکترونی روبشی مفید است زیرا فازهایی با اعداد اتمی متوسط متفاوت سطوح مختلفی از تضاد تصویر تولید می کنند. این امر به ما اجازه می دهد مناطق غنی از کروتیت را قبل از تحلیل کمی تعیین کنیم.

تحلیل میکروپروب الکترونی به طور معمول برای تعیین غلظت‌های کلسیم، آلومینیوم، اکسیژن با محاسبات استوکیومتریک و هر عنصر کم‌مقداری استفاده می‌شود. تحلیل‌ها باید از مرزهای دانه دور باشند زیرا آلودگی از ژله‌نیت، هیبونیت، گروسیت، ماینیت، یا سایر مواد معدنی مجاور می‌تواند ترکیب نادرستی ایجاد کند.

تایید کریستالوگرافی در صورتی لازم است که تفکیک فازهای مرتبط مهم باشد. می‌توان از پراش اشعه ایکس، پراش الکترون و پراش الکترون بازتابی برای آزمایش ساختار مونوکلینیک و سازگاری آن با گروه فضایی P2₁/n استفاده کرد. طیف اسپکترومتری پراش انرژی اشعه ایکس یکسان به طور کلی کافی نیست، به خصوص زمانی که دانه فقط چند میکرومتر عرض دارد.

معدن‌های مهمی که باید از کروتیت تمایز داده شوند شامل گروسیت، CaAl₄O₇؛ هیبونیت، CaAl₁₂O₁₉؛ و گلِنیت، Ca₂Al₂SiO₇ می‌باشند. ممکن است ماینیت در همان توده‌های مقاوم حرارتی نیز وجود داشته باشد. دمیتری‌وآوویتی به دلیل داشتن فرمول شیمیایی ایده‌آل یکسان با کروتیت اما ساختار بلوری متفاوت، نیاز به توجه ویژه دارد.

کاربرد و کاربردهای کروتیت

کروتیت طبیعی دارای کاربرد ایمنی به عنوان سنگ فرشته، ماده تزئینی، مواد خام صنعتی یا معادن جداگانه نمی باشد. ذرات آن خیلی کوچک و به طور کلی در دسترسی کمی برای استخراج تجاری می باشند. این معدن به طور معمول به عنوان بخشی از برش های سیاره ها و جزء های غنی از کلسیم-آلومینیوم مورد مطالعه قرار می گیرد.

اهمیت اصلی آن تحلیلی و کوزمومولکولی است. شامل‌های حاوی کروتیت اطلاعاتی در مورد ترکیب بالا دما، تشکیل مواد معدنی کلسیم-آلومینیم، ترکیب گاز نهان، و شرایط فشار-دمایی که در مراحل اولیه تاریخ سیستم خورشیدی وجود داشته‌اند، ارائه می‌دهند. همچنین یک مرجع طبیعی برای مقایسه فازهای معدنی غیرزمینی با کلسیم آلومینات‌های سنتز شده به وسیله آزمایشگاهی ارائه می‌کند.

کالیم اکسید آلومینیت سنتزی CaAl₂O₄ و کالیم اکسیدهای آلومینات مرتبط در سرامیک‌های مقاوم در برابر حرارت، چسب‌های دما بالا و سیمان‌های کالیم آلومینات استفاده می‌شوند. این کاربردهای صنعتی مربوط به مواد تولید شده با ترکیب‌های کنترل شده و تاریخ پردازشی است. اینها کاربردهای تجاری مستقیم کروتیت طبیعی نیستند.

کروتیت می تواند همچنین به تشخیص ویژگی های اولیه نیبلار از تغییرات بعدی کمک کند. یک دانه حفظ شده در داخل یک شامل کریستالی ممکن است شواهدی از تشکیل دماهای بالا را حفظ کند، در حالی که لبه های آن ممکن است توسط هیدراتاسیون، اکسیداسیون یا زوال زمینی تغییر کند. تفسیر منیالوژیکی باید بنابراین هم ساختار بلوری اولیه و هم تاریخچه بعدی سنگ فلزی را در نظر بگیرد.

اهمیت مواد معدنی و نامگذاری

کروتیت بخشی از گروه وسیع تری از مواد معدنی مقاوم به حرارت کلسیم-آلومینیوم یافت شده در سیاره‌های اولیه است. این‌ها شامل هیبونیت، گروسیت، پرووسکیت، اسپینل، ژلهنیت و ماینیت می‌شوند. آن‌ها در نسبت‌های شیمیایی، جایگشت ساختاری، محتوای انیون و شرایط پایداری متفاوتند.

نام کروتیت به طور خاص به فاز طبیعی فشار پایین CaAl₂O₄ با ساختار کروتیت اشاره دارد. نباید به عنوان یک اصطلاح کلی برای هر کالسیم آلومیناتی که ترکیب نامی یکسانی دارد، استفاده شود. به طور خاص، دمیتریوانوفیت به عنوان یک گونه معدنی جداگانه در نظر گرفته می‌شود، زیرا یک فرم ساختاری متفاوت از CaAl₂O₄ را نمایندگی می‌کند.

منابع

ما، س.، کامپف، ا. آر.، کونولی، ه. س.، و همکاران. (۲۰۱۱). "کروتیت، کاال۲و۴، یک معدن جدید مقاوم از مeteorit NWA 1934." امریکن مینرالوگیست، 96، 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693

جمعیت معدن شناسی امریکا. "کروتیت". دستور کامل معدن شناسی. PDF