Krotite est un minéral oxyde de calcium-aluminium naturel avec la formule chimique idéale CaAl₂O₄. Il est classé comme un minéral oxyde et est principalement connu des inclusions riches en calcium-aluminium dans les chondrites carbonacées primitives. Contrairement à la plupart des minéraux terrestres courants, Krotite est généralement présent sous forme de grains microscopiques intégrés dans les météorites plutôt que sous forme de cristaux isolés de grande taille.
La formule idéale contient un atome de calcium, deux atomes d'aluminium et quatre atomes d'oxygène. Sa composition théorique est d'environ 25,4 % en poids de calcium, 34,1 % en poids d'aluminium et 40,5 % en poids d'oxygène. Exprimée sous forme d'oxydes, la composition correspond à environ 35,5 % en poids de CaO et 64,5 % en poids de Al₂O₃. Les grains naturels peuvent contenir de légères déviations chimiques, mais le minéral est défini par sa composition CaAl₂O₄ et par sa structure cristalline caractéristique.
Krotite est la variété à basse pression du CaAl₂O₄. La variété à haute pression s'appelle dmitryivanovite. Ces deux minéraux ont la même formule chimique idéale mais des arrangements atomiques différents, ils doivent donc être distingués par des méthodes cristallographiques plutôt que par la composition chimique seule. La krotite est également structuralement liée aux composés synthétiques d'aluminate de calcium utilisés dans les céramiques réfractaires et les ciments d'aluminate de calcium, bien que les aluminates de calcium industriels ne soient pas automatiquement classés comme le minéral krotite.
Histoire et découverte de la krotite
Krotite a été formellement décrite comme un nouveau minéral en 2011. Le matériel type provenait de la météorite NWA 1934, un chondrite carbonée CV3 récupérée en Afrique du Nord-Ouest. Le minéral se trouve dans une inclusion riche en calcium-aluminium, souvent abrégée en CAI. Ces inclusions sont parmi les composants les plus réfractaires préservés dans les météorites chondritiques primitives.
Le minéral a été nommé d'après Alexander N. Krot, un cosmochimiste dont les recherches se sont concentrées sur les météorites chondritiques, les inclusions réfractaires, les processus de condensation et l'évolution chimique précoce du Système solaire. Le minéral a été approuvé par l'Association internationale de minéralogie sous la désignation IMA 2010-038.
La description originale reposait sur une analyse chimique, une microscopie électronique, une cristallographie et des observations pétrographiques. Cette combinaison était nécessaire car les grains de krotite sont petits et se trouvent dans un assemblage complexe d'oxydes de calcium-aluminium, de silicates et d'autres phases réfractaires. Une analyse chimique proche de CaAl₂O₄ ne serait pas suffisante en soi, car plusieurs minéraux apparentés ont des proportions élémentaires similaires ou peuvent se trouver dans la même inclusion météoritique.
Formation et occurrence géologique de la krotite
Les formes de Krotite se forment dans des conditions de haute température et de basse pression dans un environnement chimique fortement réfractaire. L'inclusion contenant de la Krotite dans NWA 1934 est interprétée comme un produit de condensation ou de cristallisation à partir d'un gaz chaud dans le nébuleuse solaire primitive. Les considérations d'équilibre de phase indiquent une formation à des températures d'environ 1 500 °C ou plus, sous des conditions de basse pression. Ces conditions sont cohérentes avec la formation des solides réfractaires avant la condensation de nombreux éléments et minéraux plus volatils.
Le calcium et l'aluminium font partie des éléments majeurs les moins volatils dans le nébuleuse solaire. Lorsque le gaz nébuleux chaud s'est refroidi, ces éléments ont pu se combiner avec l'oxygène pour former des oxydes réfractaires et des silicates de calcium-aluminium. Krotite enregistre donc une phase à haute température de la formation minérale qui a eu lieu avant que l'astéroïde parent de la météorite ne soit assemblé. Sa formation ne doit pas être confondue avec les processus ignés, hydrothermaux ou métamorphiques ordinaires terrestres.
Dans NWA 1934, la krotite est concentrée dans les parties centrales et mantellaires d'une inclusion inhabituelle riche en calcium et en aluminium. Elle se trouve avec la pérovskite, la géhlenite, l'hércynite, le manganite, le grossite, l'hibonite, le spinelle et le diopside. Un hexamolybdène en traces a également été signalé. L'assemblage minéralogique indique que l'inclusion a subi plusieurs étapes de condensation, de cristallisation, de réaction, et peut-être une fusion partielle plutôt que de se former par une seule réaction simple.
La partie externe de l'inclusion a été décrite comme ayant une apparence de coquille fissurée ou « œuf fissuré ». Certaines fissures sont remplies d'hydroxydes de fer et d'aluminium. Ces minéraux hydratés sont interprétés comme des produits de météorisation terrestre survenus après que le météorite soit arrivé sur Terre. Ils ne sont pas considérés comme des produits primaires de l'environnement de la nébuleuse solaire. Cette distinction est importante car la météorisation peut modifier les limites et les surfaces des grains originaux de Krotite.
Structure cristalline de Krotite
Le krotite cristallise dans le système cristallin monoclinique. Son groupe d'espace rapporté est P2₁/n, numéro de groupe spatial 14. Les paramètres de la maille élémentaire déterminés pour le matériau type sont approximativement a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, et β = 90,188(6)°. La cellule unité contient douze unités formules, exprimées comme Z = 12, et a un volume calculé d'environ 1 071 ų.
La structure peut être décrite globalement comme un cadre dominé par des polyèdres aluminium-oxygène, en particulier des tétraèdres AlO₄, avec le calcium occupant des sites structuraux plus grands au sein du cadre. L'arrangement n'est pas équivalent à la structure spinelle, même si la formule chimique a une relation stoechiométrique générale d'un cation divalent pour deux cations trivalents et quatre atomes d'oxygène.
La différence entre krotite et dmitryivanovite est structurelle plutôt que compositionnelle. Les deux phases ont la formule CaAl₂O₄, mais elles sont stables sous des conditions de pression différentes et présentent des arrangements différents de leurs atomes. La krotite représente la forme à basse pression, tandis que la dmitryivanovite est associée à des conditions de pression plus élevées.
Parce que le krotite naturel se présente sous forme de petits grains enfermés dans d'autres minéraux, les faces cristallines externes bien développées sont peu courantes. L'information structurale est donc généralement obtenue par diffraction des rayons X, diffraction électronique ou diffraction par rétrodiffusion électronique. Ces méthodes sont particulièrement utiles lorsque les grains sont trop petits pour l'analyse classique d'un monocristal.
Propriétés physiques et chimiques du Krotite
Krotite est normalement observé sous forme de grains microscopiques dans les sections polies ou les sections minces. Les descriptions de sa couleur et de sa lustre sont moins diagnostiques que sa chimie et sa structure cristalline, car l'apparence apparente dépend de l'épaisseur des grains, de leur orientation, des minéraux environnants et de l'altration. Le matériau naturel peut apparaître incolore à brun pâle sous la lumière transmise ou réfléchie, tandis que les limites des grains individuels peuvent être difficiles à distinguer dans les inclusions complexes.
La dureté de Mohs rapportée est d'environ 6,5, et la densité calculée est d'environ 2,94 g/cm³. La mesure directe de la densité est difficile car les grains sont très petits et sont généralement intergénés avec d'autres phases. La clé et la fracture sont également difficiles à évaluer de manière fiable sur des grains individuels pour la même raison.
La composition chimique idéale est CaAl₂O₄. Les analyses par microsonde électronique devraient généralement montrer un rapport calcium/aluminium proche de 1:2, après déduction de l'oxygène et de l'incertitude analytique. Des quantités mineures de magnésium, de silicium, de titane, de fer, de sodium ou d'autres éléments peuvent être présentes à des niveaux traces ou peuvent être introduites par contamination provenant de minéraux adjacents. Ces composants mineurs ne définissent pas automatiquement une variété distincte de Krotite.
Krotite est stable uniquement dans un champ particulier de pression-température-composition. À des pressions plus élevées, le CaAl₂O₄ peut adopter la structure de la dmitryivanovite. Dans des conditions chimiques différentes, le calcium et l'aluminium peuvent former au lieu de la grossite, de la hibonite, de la gehlenite, du mayenite, de la pérovskite ou d'autres oxydes et silicates de calcium-aluminium.
Types et variétés de Krotite
Krotite ne possède aucune variété de pierre précieuse reconnue officiellement ou variété de couleur commerciale. Les catégories suivantes sont des descriptions plutôt que des subdivisions minérales officielles :
- Krotite météoritique : Krotite naturel se trouvant dans les inclusions riches en calcium-aluminium des chondrites carbonées, y compris le matériau type provenant de NWA 1934.
- Faible pression CaAl₂O₄ : Krotite est la forme structurale à basse pression du CaAl₂O₄.
- Haute pression CaAl₂O₄ : Le Dmitriivanovite est la forme à haute pression du CaAl₂O₄. C'est une espèce minérale distincte, et non une variété de Krotite.
- Aluminate de calcium synthétique : Le CaAl₂O₄ produit en laboratoire peut ressembler au Krotite sur le plan chimique ou structurel, mais c'est un matériau artificiel et non une occurrence minérale naturelle.
Différences dans la taille des grains, la teneur en éléments traces, l'altération et les minéraux associés peuvent produire des apparences différentes dans des échantillons individuels de météorites. Ces différences décrivent l'histoire géologique des grains et ne représentent pas des variétés officiellement nommées.
Où le Krotite est-il trouvé ?
La plus ancienne occurrence naturelle documentée de la krotite est l'inclusion riche en calcium et aluminium dans le chondrite carboné CV3 NWA 1934. Le météorite a été récupérée en Afrique du Nord, mais la krotite elle-même s'est formée bien plus tôt dans le Système solaire, probablement dans une région à haute température du nébuleuse solaire.
À l'intérieur de la météorite, le Krotite se trouve principalement dans les parties centrales et le manteau des inclusions réfractaires. Il est associé à des minéraux tels que la pérovskite, la géhlenite, l'hércynite, le mayénite, le grossite, l'hibonite, le spinelle et le diopside. Ces minéraux fournissent collectivement des preuves de processus de condensation et de cristallisation à haute température impliquant le calcium, l'aluminium, le titane, le magnésium, le silicium et l'oxygène.
Le Krotite ne doit pas être confondu avec un minéral terrestre ayant formé à l'endroit où le météorite a été récupéré. La résidence terrestre du météorite a affecté les parties externes de l'inclusion par hydratation et oxydation, mais les grains primaires de Krotite se sont formés avant l'existence du corps parent du météorite. Aucune localité géologique terrestre largement établie n'est associée au Krotite.
Comment identifier le Krotite
Krotite ne peut normalement pas être identifiée par inspection visuelle non aidée. Les grains sont petits, sont souvent intercroissés avec d'autres phases réfractaires, et peuvent ressembler à plusieurs oxydes et silicates de calcium-aluminium. L'examen pétrographique est donc utilisé comme étape initiale, suivi d'une analyse chimique et cristallographique.
La microscopie en section mince ou en section polie permet de révéler la morphologie des grains, les contacts, la zonation, les inclusions et les relations avec les minéraux environnants. L'imagerie des électrons rétrodiffusés dans un microscope électronique à balayage est utile car les phases ayant des nombres atomiques moyens différents produisent des niveaux de contraste d'image différents. Cela permet de localiser les régions riches en Krotite avant l'analyse quantitative.
L'analyse au microscope électronique est normalement utilisée pour déterminer les concentrations de calcium, d'aluminium, d'oxygène par calcul stoechiométrique, et tout élément mineur. Les analyses doivent être effectuées loin des limites de grains, car la contamination provenant de la géhlenite, de l'hibonite, du grossite, du mayénite ou d'autres minéraux adjacents peut produire une composition incorrecte.
La confirmation cristallographique est requise lorsque la distinction entre les phases apparentées est importante. La diffraction des rayons X, la diffraction des électrons et la diffraction des électrons rétrodiffusés peuvent être utilisées pour tester la structure monoclinique et sa compatibilité avec le groupe spatial P2₁/n. Un seul spectre de rayons X à dispersion d'énergie est généralement insuffisant, en particulier lorsque le grain a une taille de quelques micromètres.
Minéraux importants à distinguer de la Krotite incluent le grossite, CaAl₄O₇ ; l'hibonite, CaAl₁₂O₁₉ ; et le gehlenite, Ca₂Al₂SiO₇. Le mayenite peut également se trouver dans les mêmes inclusions réfractaires. Le Dmitryivanovite nécessite une attention particulière car il a la même formule chimique idéale que la Krotite mais une structure cristalline différente.
Applications et utilisations du Krotite
Le Krotite naturel n'a pas d'utilisation établie en tant que pierre précieuse, matériau ornemental, matière première industrielle ou minerai extrait séparément. Ses grains sont trop petits et trop dispersés pour une exploitation commerciale. Le minéral est normalement étudié en tant que partie des sections de météorites et des inclusions riches en calcium et aluminium.
Son importance principale est analytique et cosmochimique. Les inclusions contenant du krotite fournissent des informations sur la condensation à haute température, la formation des minéraux en aluminium et calcium, la composition du gaz nébulaire, ainsi que les conditions de pression et de température existantes lors des premières étapes de l'histoire du Système solaire. Elle offre également une référence naturelle pour comparer les phases minérales extraterrestres avec les aluminates de calcium synthétisés expérimentalement.
Les CaAl₂O₄ synthétiques et les aluminates de calcium associés sont utilisés dans les céramiques réfractaires, les liants à haute température et les ciments d'aluminate de calcium. Ces applications industrielles concernent des matériaux manufacturés avec des compositions et des historiques de traitement contrôlés. Ils ne constituent pas des applications commerciales directes du Krotite naturel.
Krotite peut également aider à distinguer les caractéristiques nébuleuses primaires des altérations ultérieures. Un grain préservé à l'intérieur d'une inclusion réfractaire peut conserver des preuves de sa formation à haute température, tandis que ses bords peuvent être modifiés par l'hydratation, l'oxydation ou l'altération terrestre. L'interprétation minéralogique doit donc tenir compte à la fois de la structure cristalline primaire et de l'histoire ultérieure de la météorite.
Minéraux associés et nomenclature
Krotite fait partie d'un ensemble plus large de minéraux réfractaires à calcium-aluminium trouvés dans les météorites primitives. Ceux-ci comprennent la hibonite, la grossite, le pérovskite, la spinelle, la géhlenite et la mayénite. Ils diffèrent par les proportions chimiques, l'arrangement structural, le contenu en anions et les conditions de stabilité.
Le nom Krotite s'applique spécifiquement à la phase naturelle à faible pression CaAl₂O₄ ayant la structure de Krotite. Il ne doit pas être utilisé comme terme général pour tous les calcium aluminates ayant la même composition nominale. En particulier, le dmitryivanovite est considéré comme une espèce minérale distincte, car il représente une forme structurale différente de CaAl₂O₄.
Références
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). « Krotite, CaAl₂O₄, un nouveau minéral réfractaire provenant de la météorite NWA 1934. » Mineralogist américain, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Société minéralogique américaine. « Krotite ». Manuel de minéralogie. PDF