A Krotit egy természetesen előforduló kalcium- és alumínium-oxid ásvány a ideális kémiai képlettel CaAl₂O₄. Oxidánszerként minősítik, és elsősorban a primitív szénvegyületek kalcium- és alumíniumgazdag beletetéseiből ismert. A legtöbb földi ásványtól eltérően a Krotit gyakran mikroszkópos szemcsék formájában található meg a meteoritokban, nem nagy, izolált kristályokként.
A ideális összetétel egy kalciumatomot, két alumíniumatomot és négy oxigénatomot tartalmaz. Elméleti összetétele kb. 25,4 tömeg% kalciumot, 34,1 tömeg% alumíniumot és 40,5 tömeg% oxigént jelent. Oxidokban kifejezve az összetétel megfelel kb. 35,5 tömeg% CaO-nak és 64,5 tömeg% Al₂O₃-nak. A természetes szemcsék kis kémiai eltéréseket tartalmazhatnak, de a mineralt mind a CaAl₂O₄ összetétele, mind a jellemző kristálystruktúrája határozza meg.
A Krotit a CaAl₂O₄ alacsony nyomású dimorfja. A magas nyomású dimorfját dmitrijivanovitnak nevezik. Ezek a két ásvány ugyanazt az ideális kémiai képletet használják, de más atomrendszert alkotnak, ezért kristálytanulmányokkal kell megkülönböztetni őket, nem csupán kémiai összetételük alapján. A Krotit szintén szerkezetileg kapcsolódik a refrakter kerámia és a kalcium-aluminát kötőanyagokban használt szintetikus kalcium-aluminát vegyületekhez, bár az ipari kalcium-aluminátok nem automatikusan sorolódnak a Krotit ásványhoz.
Történet és felfedezése a krotitnak
A Krotitot 2011-ben írták le új ásványként. A típusanyag a NWA 1934 meteoritből származik, egy CV3 szénsavas chondrit, amelyet Észak-kelet-Afrikából nyertek. Az ásvány egy kalcium–alumínium-gazdag bevitelben fordul elő, amit gyakran rövidítve CAI-nek neveznek. Ezek a bevitelkék azok közé a legnagyobb ellenálló összetevők közé tartoznak, amelyeket a primitív chondrit meteoritokban megtartottak.
A kőzetet Alexander N. Krot, a kozmokémiai kutatásokkal foglalkozó cosmochemist után nevezték el, akinek munkássága a chondrit meteoritokra, a refraktív beépítésekre, a kondenzációs folyamatokra és a Naprendszer korai kémiai evolúciójára összpontosított. A kőzetet az International Mineralogical Association jóváhagyta az IMA 2010-038 jelzéssel.
Az eredeti leírás kémiai elemzésre, elektronmikroszkópos vizsgálatra, kristallográfiai módszerekre és petrográfiai megfigyelésekre épült. Ez a kombináció szükséges volt, mert a Krotit szemcsék kicsik, és egy összetett kalcium-oxidok, szilikátok és más ellenálló fázisokból álló összetevőben fordulnak elő. Egy kémiai elemzés, amely közel van a CaAl₂O₄-hez, önmagában nem lenne elegendő, mivel több kapcsolódó ásvány hasonló elemi arányt mutathat, vagy ugyanabban a meteorit bevitelben fordulhat elő.
Krotit képződése és geológiai előfordulása
A krotitok magas hőmérsékleti és alacsony nyomású környezetben képződnek egy erősen ellenálló kémiai környezetben. A NWA 1934-ben található krotitot tartalmazó bevitel a naprendszer kezdeti gázfelhőjéből meleg gáz kondenzációjának vagy kristályosodásának termékeként értelmezik. A fázisegyensúlyi szempontok szerint a kialakulás hőmérsékleten, kb. 1500 °C vagy annál magasabb hőmérsékleten történt alacsony nyomás mellett. Ezek a feltételek összhangban vannak a refraktív szilárd anyagok kialakulásával, mielőtt a többi volatilis elem és ásvány kicsapódna.
A kalcium és az alumínium a naprendszer ködben lévő fő elemek közül a legkevésbé párolgékonyak. Amikor a meleg köd-gáz lehűlt, ezek az elemek oxigénnel kombinálódhattak, refraktív oxidokat és kalcium-alumínium-szilikátokat képezve. Krotit tehát egy magas hőmérsékletű ásványképződési szakaszt rögzít, amely a meteorita szülő-ásteroidájának összeállítása előtt zajlott. Ennek a képződésének nem szabad összetéveszteni a szokásos földi magmás, hidrotermális vagy metamorf folyamatokkal.
A NWA 1934-ban a krotit a rendkívüli kalcium- és alumíniumgazdag beépülés középső és mállék részeiben koncentrálódik. Perovszkit, gejlénit, hercinit, majaenit, grószit, hibonit, spinel és diopszid jelenik meg. Szintén nyomokban hexamolibdén is jelent meg. A ásványösszetétel arra utal, hogy a beépülés több kondenzációs, kristályosodási, reakciós és valószínűleg részleges olvadási fázison ment keresztül, nem egy egyszerű reakció révén alakult ki.
Az inklúzió külső részét „törecskelt héj” vagy „törecskelt tojás” megjelenésnek írták le. Egyes repedések vas- és alumínium-hidroxidokkal vannak töltve. Ezek a hidratált ásványok a Földi időjárás termékeiként értelmezettek, amelyek akkor keletkeztek, amikor a meteorit elérte a Földet. Nem tekintik a naprendszer-köd környezetének elsődleges termékeit. Ez a különbség fontos, mert a időjárás módosíthatja az eredeti Krotit szemcsék határait és felületeit.
Krotit kristálystruktúrája
A krotit a monoclinic kristályrendszert kristályosodik. A jelzett térgruppa az P2₁/n, a térgrup szám 14. A típusanyaghoz tartozó egységcella paraméterek körülbelül a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, és β = 90,188(6)°A cella tizen képletet tartalmaz, amit így fejeznek ki Z = 12, és egy kiszámolt térfogata kb. 1071 ų.
A szerkezet általánosan egy, a gyorsítóként működő alumínium-oxigén poliéderekkel dominált keretrendszerként írható le, különösen AlO₄ tetraéderrel, ahol a kalcium a keret belsejében nagyobb szerkezeti helyeket foglal el. Az elrendezés nem egyenértékű a spinell-szerkezettel, még akkor sem, amikor a kémiai képlet általános összetevőviszonya egy divalent kationhoz két trivalent kation és négy oxigénatom jut.
A krotit és a dmitryivanovit közötti különbség strukturális, nem összetevői. Mindkét fázis képlete CaAl₂O₄, de más nyomási körülmények között stabilizálódik, és különböző atomelrendezésekkel rendelkeznek. A krotit a alacsony nyomású forma, míg a dmitryivanovit magasabb nyomású körülményekhez kapcsolódik.
Mivel a természetes Krotit kis szemcsékben fordul elő, amelyeket más ásványok vesznek körül, a jól fejlett külső kristályfelületek riták. Ezért a szerkezeti információk gyakran röntgenfázisvizsgálat, elektronfázisvizsgálat vagy elektron visszecsattanó fázisvizsgálat segítségével nyerhetők. Ezek a módszerek különösen hasznosak akkor, amikor a szemcsék túl kicsik a hagyományos egykristály elemzéshez.
A krotit fizikai és kémiai tulajdonságai
A Krotit általában mikroszkóp alatti szemcséntként figyelhető meg feldolgozott szelvényekben vagy vékony szelvényekben. Színe és fénye leírása kevésbé jellemző, mint a kémiai összetétele és kristálystruktúrája, mivel az látszólagos megjelenése a szemcsék vastagságától, irányától, a környező ásványoktól és a változástól függ. A természetes anyag színtelen lehet vagy világosbarnára színeződhet át áthaladó vagy visszaverődő fény alatt, miközben az egyes szemcsék határai bonyolult beágyazódásokban nehéz felismerni.
A jelentett Mohs keménység körülbelül 6,5, a számított sűrűség pedig kb. 2,94 g/cm³. A közvetlen sűrűségmérés nehéz, mert a szemcsék nagyon kicsik, és gyakran más fázisokkal nőnek együtt. A törési irány és a törés is nehéz megbízhatóan értékelni egyedileg a szemcséken, ugyanazon ok miatt.
A ideális kémiai összetétel CaAl₂O₄. Az elektronmikroszonda elemzések általában egy kalcium-alumínium arányt mutatnak, amely közel 1:2-es, az oxigén és az analitikai bizonytalanság figyelembevételével. Kisebb mennyiségű magnézium, szilícium, titán, vas, nátrium vagy más elemek nyomokban fordulhatnak elő, vagy bevezetődhetnek szomszédos ásványok szennyeződéséből. Ezek a kisebb komponensek nem automatikusan határoznak meg egy külön Krotit fajtát.
A Krotite csak egy meghatározott nyomás–hőmérséklet–összetétel-területen stabil. Magasabb nyomásokon a CaAl₂O₄ a dmitrijivanovit szerkezetét veheti fel. Más kémiai körülmények között a kalcium és az alumínium helyett grossit, hibonit, gehlenit, mayenit, perovszkit vagy más kalcium–alumínium-oxidokat és szilikátokat alkothat.
Krotiták típusai és fajtái
A Krotitnak nincs hivatalosan ismert gyöngyásváltozata vagy kereskedelmi színváltozata. Az alábbi kategóriák leíró jellegűek, nem hivatalos ásványi osztályok:
- Meteorkrotit: Természetes krotit előforduló kalcium- és alumíniumgazdag beágyazódásokban széncsillagkőben, beleértve a NWA 1934 típusanyagát is.
- Alacsony nyomású CaAl₂O₄: A Krotit a CaAl₂O₄ alacsony nyomású szerkezeti formája.
- Magas nyomású CaAl₂O₄: A Dmitriivit a magas nyomású dimorfja a CaAl₂O₄-nek. Egy különálló ásványfaj, nem a Krotit egy faja.
- Szintetikus kalcium-aluminát: A laboratóriumban előállított CaAl₂O₄ kémiai vagy szerkezeti szempontból hasonló lehet a Krotithez, de mesterséges anyag, nem természetes ásványképződés.
A szemcsék mérete, nyomelem-tartalom, átalakulás és a hozzá társuló ásványok különbségei különböző megjelenéseket eredményezhetnek egyes meteorita mintákban. Ezek a különbségek a szemcsék geológiai történetét írják le, és nem képviselnek hivatalosan elnevezett fajtákat.
Hol Krotit Található?
A legjobban dokumentált természetes előfordulása a krotitnak az NWA 1934 CV3 szénhidrátos chondritban található kalcium–alumínium-gazdag beépülés. A meteorita észak-nyugati Afrikában volt felfedezve, de a krotit maga jóval korábban alakult ki a Naprendszerben, valószínűleg a napködön egy magas hőmérsékletű területén.
A meteoritban a krotit főként a refraktív bevitel központi és köpeny részeiben fordul elő. Összefüggésben van olyan ásványokkal, mint a perovszkit, a gejlénit, a hercinit, a májennisit, a grószit, a hibonit, a spinell és a diopszid. Ezek az ásványok együttesen bizonyítékot szolgáltatnak a magas hőmérsékletű kondenzációs és kristályosodási folyamatokról, amelyek kalciumot, alumíniumot, titánt, magnéziumot, szilíciumot és oxigént tartalmaznak.
A Krotit ne keverendő egy olyan földi ásványt, amely a meteorita visszafoglalásának helyén alakult. A meteorita földi tartózkodása hatott az inklúzió külső részeire hidratáció és oxidáció révén, de a primer Krotit szemcsék már a meteorita szülőteste létezése előtt kialakultak. Nincs széles körben elfogadott földi geológiai helyszín kapcsolódó a Krotithoz.
Hogyan lehet azonosítani a Krotit
A krotit nem lehet általában megállapítani a szabad szemmel való vizsgálat során. A szemcsék kicsik, gyakran összenőttek más ellenálló fázisokkal, és hasonlítanak több kalcium-oxid és szilikát típusú anyagra. Ezért a petrográfiai vizsgálat alkalmazásra kerül az első lépésnek, majd ezután kémiai és kristálytani elemzés következik.
A vékonyréteg- vagy polírozott réteg mikroszkópos vizsgálata megmutathatja a szemcsék alakját, érintkezésüket, övezettségüket, bevitelüket és kapcsolatukat a környező ásványokkal. A visszaverődő elektron képalkotás a szcanning elektronmikroszkópban hasznos, mivel az eltérő átlagos atomtömegű fázisok különböző képkontrasztot hoznak létre. Ez lehetővé teszi a Krotit-tartalmú területek meghatározását a kvantitatív elemzés előtt.
Az elektron-mikroszonda elemzés általában a kalcium, alumínium, oxigén koncentrációjának meghatározására szolgál stoikometrikus számítással, valamint bármely kisösszetevőre. Az elemzéseket a szemcsék határain kívül kell végezni, mivel a gehlenit, hibonit, grossit, mayenit vagy más szomszédos ásványok szennyezése hibás összetételt eredményezhet.
Kristálykémiai megerősítés szükséges, amikor a kapcsolódó fázisok közötti különbség fontos. Röntgen-szórás, elektron-szórás és elektron visszecsattanó szórás használható a monoklin szerkezet ellenőrzésére és a P2₁/n térgrupával való kompatibilitásának tesztelésére. Egyetlen energiadiapazonos röntgenspektrum általában nem elegendő, különösen akkor, ha a szemcsék csak néhány mikrométeresek.
Fontos ásványok, amelyeket meg kell különböztetni a Krotitétől, a grossit, CaAl₄O₇; a hibonit, CaAl₁₂O₁₉; és a gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. A mayenit is előfordulhat ugyanabban a fűtőanyag tartalmú bevitelben. A Dymitrivánovit külön figyelmet igényel, mert ugyanaz az ideális kémiai képlete van, mint a Krotit, de más kristálystruktúra.
Alkalmazások és használati módjai a Krotiténak
A természetes krotit nem rendelkezik bevezetett használati módjával gyöngykőként, díszítőanyagként, ipari nyersanyagként vagy külön kinyert ásványként. Szemcséi túl kicsik és túl ritkán eloszlottak a kereskedelmi kinyeréshez. A krotitot általában meteorit szakaszok és kalcium-álumínium gazdag beletételként tanulmányozzák.
Fontos szerepe analitikai és kozmokémiai. A krotitot tartalmazó bevitelések információt nyújtanak a magas hőmérsékletű kondenzációról, a kalcium-álumíniumsók képződéséről, a köd gázelegyének összetételéről, valamint a nyilvánvalóan a Naprendszer történetének legkorábbi szakaszaiban uralkodó nyomás-hőmérsékleti körülményekről. Emellett természetes hivatkozást biztosít az extraterresztrális ásványfázisok összehasonlítására kísérletileg szintetizált kalcium-aluminátokkal.
Szintetikus CaAl₂O₄ és kapcsolódó kalcium-aluminátok használatosak tűzálló kerámiaanyagokban, magas hőmérsékletű kötőanyagokban és kalcium-aluminát cementekben. Ezek az ipari alkalmazások olyan gyártott anyagokra vonatkoznak, amelyek összetételét és feldolgozási történetét ellenőrzik. Nem közvetlen kereskedelmi alkalmazások a természetes Krotit esetében.
A krotit ismerete segíthet megkülönböztetni a primer ködös jellemzőket a későbbi módosításoktól. Egy szemcsének, amely a refraktív bevitel belső részében megmaradt, bizonyítékot kell tartson a magas hőmérsékletű képződésről, míg peremei hidratációval, oxidációval vagy földi időjárás hatására módosulhatnak. A mineralógiai értelmezésnek ezért figyelembe kell vennie a primer kristálystruktúrát és a meteorit későbbi történetét.
Kapcsolódó ásványok és nevezéktan
A krotit a hőálló kalcium- és alumíniumtartalmú ásványok szélesebb csoportjához tartozik, amelyek primitív meteoritokban találhatók. Ezek közé tartoznak a hibonit, a grossit, a perovszkit, a spinell, a gehlenit és a mayenit. Különböznek kémiai arányukban, szerkezeti elrendezésükben, aniontartalmukban és stabilitási körülményeikben.
A Krotit nev kizárólag a természetes alacsony nyomású CaAl₂O₄ fázisra vonatkozik, amelynek a Krotit szerkezet. Nem szabad általános kifejezésként használni minden olyan kalcium-aluminát esetén, amely ugyanazt a névleges összetételt képviseli. Különösen a dmitrijivanovitot különálló ásványfajnak tekintik, mivel egy másik strukturális formája a CaAl₂O₄-nek.
Hivatkozások
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). „Krotit, CaAl₂O₄, egy új ellenálló ásvány a NWA 1934 meteoritből.“ Amerikai Mineralógus, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Amerikai Földtani Társaság. „Krotit.” A Földtani Kézikönyv. PDF