Krotite è un minerale ossido di calcio alluminio naturale con la formula chimica ideale CaAl₂O₄. È classificato come minerale ossido e è noto principalmente dagli inclusioni ricche di calcio alluminio nei meteoriti carbonacei primitivi. A differenza della maggior parte dei minerali terrestri comuni, il Krotite è generalmente presente come granuli microscopici incorporati nei meteoriti invece che come cristalli grandi e isolati.
La formula ideale contiene un atomo di calcio, due atomi di alluminio e quattro atomi di ossigeno. La sua composizione teorica è circa il 25,4% in peso di calcio, il 34,1% in peso di alluminio e il 40,5% in peso di ossigeno. Espressa come ossidi, la composizione corrisponde a circa il 35,5% in peso di CaO e il 64,5% in peso di Al₂O₃. I grani naturali possono contenere piccole deviazioni chimiche, ma il minerale è definito sia dalla sua composizione CaAl₂O₄ che dalla sua struttura cristallina caratteristica.
Krotite è la forma a bassa pressione del dimorfo di CaAl₂O₄. La forma a alta pressione è detta dmitryivanovite. Questi due minerali hanno la stessa formula chimica ideale ma disposizioni atomiche diverse, quindi devono essere distinti con metodi cristallografici invece che solo sulla composizione chimica. La krotite è inoltre strutturalmente correlata ai composti sintetici di alluminato di calcio utilizzati nei materiali ceramici refrattari e nei cementi di alluminato di calcio, anche se gli alluminati di calcio industriali non sono automaticamente classificati come il minerale krotite.
Storia e scoperta del Krotite
Krotite è stato descritto formalmente come un nuovo minerale nel 2011. Il materiale tipo proviene dalla meteorite NWA 1934, una chondrite carbonacea CV3 recuperata in Africa Settentrionale. Il minerale si trova all'interno di un'inclusione ricca di calcio-alluminio, comunemente abbreviata come CAI. Queste inclusioni sono tra i componenti più refrattari conservati nei meteoriti chondritici primitivi.
Il minerale è stato denominato in onore di Alexander N. Krot, un cosmochimico che ha dedicato la sua ricerca ai meteoriti condritici, alle inclusioni refrattarie, ai processi di condensazione e all'evoluzione chimica primordiale del Sistema Solare. Il minerale è stato approvato dall'Associazione Mineralogica Internazionale con la designazione IMA 2010-038.
La descrizione originale si basava su analisi chimiche, microscopia elettronica, cristallografia e osservazioni petrografiche. Questa combinazione era necessaria perché i grani di Krotite sono piccoli e si trovano in un insieme complesso di ossidi di calcio alluminio, silicati e altri fasi refrattarie. Un'analisi chimica vicina a CaAl₂O₄ non sarebbe stata sufficiente da sola, perché diversi minerali correlati hanno proporzioni elementari simili o possono trovarsi nella stessa inclusione meteoritica.
Formazione e Occorrenza Geologica del Krotite
I frammenti di Krotite si formano in condizioni di alta temperatura e bassa pressione in un ambiente chimico fortemente refrattario. L'inclusione contenente Krotite in NWA 1934 è interpretata come prodotto di condensazione o cristallizzazione da gas caldo nel nebuloso solare primordiale. Considerazioni sulle equilibri di fase indicano una formazione a temperature di circa 1.500 °C o superiori in condizioni di bassa pressione. Queste condizioni sono coerenti con la formazione di solidi refrattari prima della condensazione di molti elementi e minerali più volatili.
Il calcio e l'alluminio sono tra gli elementi principali meno volatili nel nebuloso solare. Quando il gas nebulare caldo si raffreddò, questi elementi potevano combinarsi con l'ossigeno per formare ossidi refrattari e silicati di calcio-alluminio. Krotite registra quindi una fase ad alta temperatura della formazione minerale che ha avuto luogo prima che l'asteroide madre del meteorite venisse assemblato. La sua formazione non deve essere confusa con i processi ignei, idrotermali o metamorfici ordinari terrestri.
Nella NWA 1934, il krotite è concentrato nelle porzioni centrali e del mantello di un'inclusione insolita ricca di calcio e alluminio. Si presenta con perovskite, gehlenite, hercinite, mayenite, grossite, hibonite, spinello e diopside. È stato inoltre segnalato tracce di esamolibdeno. L'assemblaggio minerale indica che l'inclusione ha subito diversi stadi di condensazione, cristallizzazione, reazione e probabilmente fusione parziale invece di formarsi attraverso una singola reazione semplice.
La parte esterna dell'inclusione è stata descritta come avente un aspetto simile a una guscio di noce o "uovo rotto". Alcune crepe sono riempite con idrossidi di ferro e alluminio. Questi minerali idrati sono interpretati come prodotti di weathering terrestre che hanno avuto luogo dopo che il meteorite ha raggiunto la Terra. Non sono considerati prodotti primari dell'ambiente della nebulosa solare. Questa distinzione è importante perché il weathering può modificare i confini e le superfici dei grani originali di Krotite.
Struttura cristallina della Krotite
Il Krotite cristallizza nel sistema cristallino monoclinico. Il gruppo spaziale riportato è P2₁/n, numero del gruppo spaziale 14. I parametri della cella unitaria determinati per il materiale tipo sono approssimativamente a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, e β = 90,188(6)°. La cella unitaria contiene dodici unità di formula, espressa come Z = 12e ha un volume calcolato di circa 1.071 ų.
La struttura può essere descritta in modo generale come un telaio dominato da poliedri alluminio-ossigeno, in particolare tetraedri AlO₄, con il calcio che occupa siti strutturali più grandi all'interno del telaio. L'ordinamento non è equivalente alla struttura spinel, anche se la formula chimica ha una relazione stoichometrica generale di un catione bivalente a due cationi trivalenti e quattro atomi di ossigeno.
La differenza tra Krotite e dmitryivanovite è di natura strutturale piuttosto che composizionale. Entrambe le fasi hanno la formula CaAl₂O₄, ma sono stabili in condizioni di pressione diverse e presentano diversi disposti degli atomi. La Krotite rappresenta la forma a bassa pressione, mentre la dmitryivanovite è associata a condizioni di maggiore pressione.
Poiché il Krotite naturale si presenta come piccoli granuli racchiusi da altri minerali, le facce cristalline esterne ben sviluppate sono poco comuni. Informazioni strutturali vengono quindi di solito ottenute con la diffrazione dei raggi X, la diffrazione elettronica o la diffrazione elettronica a retrodiffusione. Questi metodi sono particolarmente utili quando i granuli sono troppo piccoli per l'analisi convenzionale dei singoli cristalli.
Proprietà fisiche e chimiche del Krotite
Krotite viene normalmente osservata come granuli microscopici in sezioni lucidate o sezioni sottili. Le descrizioni del suo colore e lucentezza sono meno diagnostiche della sua chimica e struttura cristallina, poiché l'aspetto apparente dipende dalla spessore dei granuli, dall'orientamento, dai minerali circostanti e dall'alterazione. Il materiale naturale può apparire incolore a marrone pallido sotto la luce trasmessa o riflessa, mentre i confini dei singoli granuli possono essere difficili da distinguere in inclusioni complesse.
La durezza di Mohs segnalata è circa 6,5 e la densità calcolata è di circa 2,94 g/cm³. La misura diretta della densità è difficile perché i granuli sono molto piccoli e sono comunemente intergrotti con altre fasi. La scissione e la frattura sono inoltre difficili da valutare in modo affidabile sui singoli granuli per la stessa ragione.
La composizione chimica ideale è CaAl₂O₄. Le analisi con microprova elettronica sono generalmente attese per mostrare un rapporto calcio-alluminio vicino a 1:2, dopo che sono stati considerati l'ossigeno e l'incertezza analitica. Piccole quantità di magnesio, silicio, titanio, ferro, sodio o altri elementi possono essere presenti a livelli traccia o possono essere introdotti da contaminazione da minerali adiacenti. Tali componenti minori non definiscono automaticamente una varietà separata di Krotite.
Krotite è stabile solo all'interno di un particolare campo di pressione–temperatura–composizione. A pressioni più elevate, CaAl₂O₄ può assumere la struttura del dmitryivanovite. In condizioni chimiche diverse, calcio e alluminio possono formare invece grossite, hibonite, gehlenite, mayenite, perovskite o altri ossidi e silicati di calcio-alluminio.
Tipi e varietà di Krotite
Krotite non ha varietà di pietre preziose formalmente riconosciute o varietà di colore commerciali. Le seguenti categorie sono descrittive e non suddivisioni ufficiali del minerale:
- Meteoritico Krotite: Krotite naturale presente in inclusioni ricche di calcio-alluminio delle chondriti carboniose, inclusa la materia tipo proveniente da NWA 1934.
- Basso pressione CaAl₂O₄: Krotite è la forma strutturale a bassa pressione del CaAl₂O₄.
- Regole critiche: Dmitryivanovite è la forma dimorfa ad alta pressione di CaAl₂O₄. È una specie minerale separata, non una varietà di Krotite.
- Alluminato di calcio sintetico: Il CaAl₂O₄ prodotto in laboratorio può somigliare al Krotite a livello chimico o strutturale, ma è un materiale artificiale e non un'occorrenza minerale naturale.
Differenze nella dimensione dei grani, nel contenuto di elementi traccia, nell'alterazione e nei minerali associati possono produrre aspetti diversi in campioni individuali di meteoriti. Queste differenze descrivono la storia geologica dei grani e non rappresentano varietà ufficialmente nominate.
Dove è presente il Krotite?
La più documentata occorrenza naturale di Krotite è l'inclusione ricca di calcio alluminio nel meteorite carbonaceo CV3 NWA 1934. Il meteorite è stato recuperato in Africa Settentrionale, ma la Krotite si è formata molto prima nel Sistema Solare, probabilmente in una regione ad alta temperatura della nebulosa solare.
All'interno del meteorite, la Krotite si trova principalmente nelle parti centrali e nel mantello dell'inclusione refrattaria. È associata a minerali come perovskite, gehlenite, hercinite, mayenite, grossite, hibonite, spinello e diopside. Questi minerali forniscono insieme prove per processi di condensazione e cristallizzazione ad alta temperatura che coinvolgono calcio, alluminio, titanio, magnesio, silicio e ossigeno.
Krotite non deve essere confuso con un minerale terrestre che si è formato nel luogo in cui è stato recuperato il meteorite. La residenza terrestre del meteorite ha influenzato le parti esterne dell'inclusione attraverso idratazione e ossidazione, ma i grani primari di Krotite si sono formati prima che esistesse il corpo madre del meteorite. Non esiste una località geologica terrestre ampiamente riconosciuta associata alla Krotite.
Come identificare Krotite
Krotite non può normalmente essere identificata da ispezione visiva non assistita. I granuli sono piccoli, sono comunemente intergrotti con altre fasi refrattarie e possono assomigliare a diversi ossidi e silicati di calcio alluminio. L'esame petrografico viene quindi utilizzato come primo passo, seguito da analisi chimiche e cristallografiche.
La microscopia a sezione sottile o a sezione lucidata può rivelare la morfologia dei grani, i contatti, la zonazione, le inclusioni e i rapporti con i minerali circostanti. L'imaging con elettroni riflessi in un microscopio elettronico a scansione è utile perché le fasi con numeri atomici medi diversi producono livelli diversi di contrasto nell'immagine. Questo permette di localizzare le aree ricche di Krotite prima dell'analisi quantitativa.
L'analisi con microscopio elettronico viene normalmente utilizzata per determinare le concentrazioni di calcio, alluminio, ossigeno attraverso calcoli stechiometrici e qualsiasi elemento minore. Le analisi dovrebbero essere effettuate lontano dai confini dei grani, poiché la contaminazione da gehlenite, hibonite, grossite, mayenite o altri minerali adiacenti può produrre una composizione errata.
La conferma cristallografica è richiesta quando la distinzione tra fasi correlate è importante. La diffrazione dei raggi X, la diffrazione elettronica e la diffrazione elettronica a diffusione inversa possono essere utilizzate per verificare la struttura monoclina e la sua compatibilità con il gruppo spaziale P2₁/n. Uno spettro a dispersione di energia dei raggi X è generalmente insufficiente, specialmente quando i grani hanno solo pochi micrometri di diametro.
Minerali importanti da distinguere da Krotite includono grossite, CaAl₄O₇; hibonite, CaAl₁₂O₁₉; e gehlenite, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenite può anche verificarsi nelle stesse inclusioni refrattarie. Dmitryivanovite richiede attenzione particolare perché ha la stessa formula chimica ideale di Krotite ma una struttura cristallina diversa.
Applicazioni e utilizzi del Krotite
Krotite naturale non ha un utilizzo stabilito come pietra preziosa, materiale ornamentale, materia prima industriale o minerale estratto separatamente. I suoi granuli sono troppo piccoli e troppo sparsi per essere estratti commercialmente. Il minerale viene normalmente studiato come parte delle sezioni di meteoriti e inclusioni ricche di calcio e alluminio.
La sua importanza principale è di natura analitica e cosmochimica. Le inclusioni contenenti krotite forniscono informazioni sulla condensazione a alta temperatura, sulla formazione dei minerali di calcio-alluminio, sulla composizione del gas nebulario e sulle condizioni di pressione-temperatura esistenti durante le prime fasi della storia del Sistema Solare. Essa fornisce inoltre un riferimento naturale per confrontare le fasi minerali extraterrestri con i calcio alluminate sintetizzati sperimentalmente.
CaAl₂O₄ sintetico e altri aluminati di calcio correlati vengono utilizzati in ceramiche refrattarie, leganti a alta temperatura e cementi di aluminato di calcio. Queste applicazioni industriali riguardano materiali fabbricati con composizioni e storie di lavorazione controllate. Non sono applicazioni commerciali dirette del Krotite naturale.
Krotite può aiutare anche a distinguere le caratteristiche nebulari primarie dalle alterazioni successive. Un grano conservato nell'interno di un inclusione refrattaria potrebbe conservare prove della formazione a alta temperatura, mentre i suoi margini potrebbero essere modificati dall'idratazione, dall'ossidazione o dall'alterazione terrestre. L'interpretazione mineralogica deve quindi considerare sia la struttura cristallina primaria che la storia successiva della meteorite.
Minerali correlati e nomenclatura
Krotite appartiene a un insieme più ampio di minerali refrattari a base di calcio-alluminio presenti in meteoriti primitive. Questi includono hibonite, grossite, perovskite, spinello, gehlenite e mayenite. Differiscono nelle proporzioni chimiche, nell'organizzazione strutturale, nel contenuto di anioni e nelle condizioni di stabilità.
Il nome Krotite si applica specificamente alla fase naturale a bassa pressione CaAl₂O₄ con la struttura di Krotite. Non deve essere utilizzato come termine generale per ogni alluminato di calcio con la stessa composizione nominale. In particolare, dmitryivanovite è considerato una specie minerale separata perché rappresenta una forma strutturale diversa di CaAl₂O₄.
Riferimenti
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). “Krotite, CaAl₂O₄, un nuovo minerale refrattario dal meteorite NWA 1934.” American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Società Mineralogica Americana. “Krotite.” Manuale di Mineralogia. PDF