Krotite

Krotitt er en naturlig forekomst av kalsium–aluminiumoksid-mineral med den ideelle kjemiske formelen CaAl₂O₄Den klassifiseres som en oksidmineral og er primært kjent fra kalsium–aluminiumrike inkluderinger i primitive karbonat-kondriter. På liknende måte som de fleste vanlige jordiske mineraler, finnes Krotitt vanligvis som mikroskopiske partikler innbakt i meteoritter snarere enn som store, isolerte krystaller.

Den ideale formelen inneholder ett kalsiumatom, to aluminiumatomer og fire oksygenatomer. Den teoretiske sammensetningen er omtrent 25,4 vekt% kalsium, 34,1 vekt% aluminium og 40,5 vekt% oksygen. Uttrykt som oksyder, samsvarer sammensetningen med omtrent 35,5 vekt% CaO og 64,5 vekt% Al₂O₃. Naturlige partikler kan inneholde små kjemiske avvik, men mineralen er definert både ved sin CaAl₂O₄-sammensetning og dens karakteristiske krystallstruktur.

Krotitt er den lavtrykk-dimorfen til CaAl₂O₄. Den høytrykk-dimorfen heter dmitryivanovitt. Disse to mineralene har samme ideelle kjemiske formel, men forskjellig atomarrangement, så de må skilles fra hverandre ved kristallografiske metoder snarere enn bare kjemisk sammensetning. Krotitt er også strukturelt relatert til syntetiske kalsiumaluminatforbindelser som brukes i varmebestandige keramiske materialer og kalsiumaluminatlim, selv om industrielle kalsiumaluminater ikke automatisk klassifiseres som mineralen Krotitt.

Historie og oppdagelse av Krotitt

Krotite ble formelt beskrevet som en ny mineral i 2011. Type materialet kom fra meteoritten NWA 1934, en CV3 kolsyremetning som ble funnet i Nordvest-Afrika. Mineralet finnes innen en kalsium-aluminiumrik inklusjon, vanligvis forkortet til CAI. Disse inklusjonene er blant de mest refraktære komponentene som er bevart i primitive konglomeratmeteoritter.

Mineralet ble oppkalt etter Alexander N. Krot, en kosmokjemiker hvis forskning har fokusert på chondritiske meteoritter, refraktære inklusjoner, kondensasjonsprosesser og den tidlige kjemiske utviklingen av Solsystemet. Mineralet ble godkjent av Internasjonale Mineralogiske Forening med tilskrivelsen IMA 2010-038.

Den originale beskrivelsen bygget på kjemisk analyse, elektronmikroskopi, krystallografi og petrografiske observasjoner. Denne kombinasjonen var nødvendig fordi Krotitt-korn er små og forekommer i et komplekst samspill av kalsium-aluminiumsoksyder, silikater og andre refraktære faser. En kjemisk analyse nær CaAl₂O₄ ville ikke vært tilstrekkelig alene, fordi flere relaterte mineraller har lignende elementære proporsjoner eller kan forekomme i samme meteorittinnsluss.

Oppbygging og geologisk forekomst av krotitt

Krotitter dannes under høye temperaturer og lave trykkforhold i et sterkt refraktært kjemisk miljø. Inklusjonen med Krotitt i NWA 1934 tolkes som et produkt av kondensasjon eller krystallisasjon fra varm gass i den tidlige solnebulen. Fase likevektsbetraktninger indikerer dannelse ved temperaturer på omtrent 1500 °C eller høyere under lave trykkforhold. Disse forholdene er konsistente med dannelsen av refraktære faste stoffer før kondensasjonen av mange mer flyktige elementer og mineraler.

Kalsium og aluminium er blant de minst flyktige hovedelementene i solnebulen. Når varm nebulærgass kjølte, kunne disse elementene kombineres med oksygen for å danne refraktære oksider og kalsium-aluminiumssilikater. Krotitt registrerer derfor en høytemperaturstadium for mineralbildning som skjedde før den foreldreasteroiden til meteoritten ble satt sammen. Dens dannelse bør ikke forveksles med vanlige jordiske magmatiske, hydrotermale eller metamorfe prosesser.

I NWA 1934 finnes Krotite i sentrum og mantle-delene av en uvanlig kalsium-aluminiumrik inklusjon. Den forekommer sammen med perovskitt, gehlenitt, hercyinit, mayenitt, grossitt, hibonitt, spinell og diopsid. Spor hexamolybden har også blitt rapportert. Mineralassemblaet tyder på at inklusjonen hadde flere stadier med kondensasjon, krystallisasjon, reaksjon og muligvis delvis smelting snarere enn å ha dannet seg gjennom en enkel reaksjon.

Den eksterne delen av inkluderingen er beskrevet som å ha en skjell- eller "egg"-utseende. Noen sprekker er fylt med jern og aluminiums hydroksider. Disse hydraerte mineralene tolkes som produkter av terrestrisk værning som skjedde etter at meteoritten nådde Jorden. De betraktes ikke som primære produkter fra solnebulas miljø. Denne forskjellen er viktig fordi værning kan endre grenseflatene og overflatene til de opprinnelige Krotitt-kornene.

Kristallstruktur til Krotitt

Krotitt kristalliserer seg i det monokline krystallsystemet. Den rapporterte romgruppen er P2₁/n, romgruppenummer 14. Enhetscelleparametrene bestemt for type materialet er omtrent a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, og β = 90,188(6)°. Enhetscellen inneholder tolv formelenheter, uttrykt som Z = 12, og har en beregnet volum på omtrent 1,071 Å³.

Strukturen kan beskrives som en ramme dominert av aluminiumoksygenpolyeder, spesielt AlO₄-tetraeder, med kalsium som opptar større strukturelle plasser innenfor rammen. Arrangementet er ikke lik spinellstrukturen, selv om den kjemiske formelen har den generelle støkiometriske forholdet mellom en divalent kation og to trivalente kationer og fire oksygenatomer.

Forskjellen mellom Krotitt og dmitryivanovitt er strukturell snarere enn komposisjonell. Begge faser har formelen CaAl₂O₄, men de er stabile under ulike trykkbetingelser og har forskjellige oppstillinger av atomene sine. Krotitt representerer den lavtrykksformen, mens dmitryivanovitt er knyttet til høyere trykkbetingelser.

Fordi naturlig Krotit forekommer som små partikler innelukket av andre mineraler, er godt utviklede eksterne krystallflater uvanlige. Strukturinformasjon får derfor vanligvis ved røntgenstrukturtopptak, elektronstrukturtopptak eller elektronbakstrålingsstrukturtopptak. Disse metodene er spesielt nyttige når partiklene er for små til tradisjonell enkeltkrystallanalyse.

Fysiske og kjemiske egenskaper til Krotite

Krotitt observeres normalt som mikroskopiske partikler i polerte seksjoner eller tynne seksjoner. Beskrivelser av farge og glans er mindre diagnostiske enn kjemien og krystallstrukturen, fordi det synlige utseendet avhenger av partikkeltykkelse, orientering, omgivende mineraller og forvitring. Naturlig materiale kan virke fargeløst til svakt brunt under gjennomlysning eller reflektert lys, mens grensene mellom individuelle partikler kan være vanskelige å skille i komplekse inklusjoner.

Den rapporterte Mohs-hardheten er omtrent 6,5, og den beregnede tettheten er ca. 2,94 g/cm³. Direkte måling av tetthet er vanskelig fordi kornene er svært små og ofte vokser sammen med andre faser. Skjelling og brudd er også vanskelig å vurdere pålitelig på individuelle korn for samme grunn.

Den ideale kjemiske sammensettingen er CaAl₂O₄. Elektronmikrosondanalyser forventes vanligvis å vise et kalsium-til-aluminium-forhold nært 1:2, etter å ha tatt hensyn til oksygen og analytisk usikkerhet. Mindre mengder magnesium, silisium, titanium, jern, natrium eller andre elementer kan forekomme i sporstørrelse eller kan bli introdusert gjennom kontaminasjon fra nabomineraler. Slike mindre komponenter definerer ikke automatisk en separat type Krotitt.

Krotitt er stabil bare innenfor en spesiell trykk–temperatur–sammensetningsfelt. Ved høyere trykk kan CaAl₂O₄ anta strukturen til dmitryivanovitt. Under ulike kjemiske forhold kan kalsium og aluminium i stedet danne grossitt, hibonitt, gehlenitt, mayenitt, perovskitt eller andre kalsium–aluminiumoksid og silikater.

Typer og variasjoner av Krotite

Krotit har ingen formelt anerkjente smykkersteinsvarianter eller kommersielle fargevarianter. Følgende kategorier er beskrivende og ikke offisielle mineralunderdelinger:

Meteorittisk krotitt: Naturlig Krotitt som forekommer i kalsium–aluminiumrike inkluderinger i kulstoffholdige kometitter, inkludert type materiale fra NWA 1934.
Lavtrykk CaAl₂O₄: Krotitt er den lavtrykks-strukturelle formen av CaAl₂O₄.
Høytrykk CaAl₂O₄: Dmitryivanovite er den høypres sure dimorfen av CaAl₂O₄. Det er en separat mineralart, ikke en variasjon av Krotitt.
Sintetisk kalciumaluminat: Laboratorieprodusert CaAl₂O₄ kan ligne Krotitt kjemisk eller strukturelt, men det er et kunstig materiale og ikke en naturlig mineralforekomst.

Forskjeller i kornstørrelse, sporstofferinnhold, forvitring og tilhørende mineraler kan produsere ulike utseender i individuelle meteorittprøver. Disse forskjellene beskriver den geologiske historien til kornene og representerer ikke offisielt navngitte varianter.

Hvor finnes Krotite?

Den bestedokumenterte naturlige forekomsten av Krotitt er kalsium–aluminiumrike inkludering i NWA 1934 CV3 kolsk kjøkkenstein. Meteoritten ble funnet i Nordvest-Afrika, men Krotitten selv dannet seg mye tidligere i Solsystemet, sannsynligvis i en høytemperaturregion av solnebulen.

Innenfor meteoritten forekommer Krotitt hovedsakelig i sentrum og mantle-delene av refraktørinklusjonen. Det er forbundet med mineraler som perovskitt, gehlenitt, hercyinit, mayenitt, grossitt, hibonitt, spinell og diopsid. Disse mineralene sammen gir bevis for høytemperatur kondensasjon og krystallisasjonsprosesser som involverer calcium, aluminium, titanium, magnesium, silisium og oksygen.

Krotitt bør ikke forveksles med et terrestrisk mineral som ble dannet på stedet der meteoritten ble funnet. Den terrestriske oppholdet til meteoritten påvirket de ytre delene av inklusjonen gjennom hydriering og oksidasjon, men de primære Krotittkornene ble dannet før meteorittens forelderlegeme eksisterte. Det finnes ingen godt etablert terrestrisk geologisk lokalitet som er knyttet til Krotitt.

Sådan identifiserer du Krotitt

Krotitt kan normalt ikke identifiseres ved uhjelpet syn. Kornene er små, er ofte sammenvevede med andre refraktære faser og kan ligne på flere kalsium-aluminiumoksyder og silikater. Petrografisk undersøkelse brukes derfor som første steg, etterfulgt av kjemisk og kristallografisk analyse.

Tynnsnitt eller polert snitt mikroskopi kan avsløre kornmorfologi, kontakter, zonering, inkluderinger og forhold til omkringliggende mineraler. Bakstrømmelektronbilde i et elektronmikroskop er nyttig fordi faser med ulike gjennomsnittlige atomtall produserer forskjellige nivåer av bildekontrast. Dette gjør det mulig å finne Krotittrike områder før kvantitativ analyse.

Elektronmikrosondeanalyse brukes normalt til å bestemme konsentrasjonene av calcium, aluminium, oksygen ved støkiometrisk beregning, og eventuelle småelementer. Analyser bør gjøres unna granulærgrenser fordi forurensning fra gehlenitt, hibonitt, grossitt, mayenitt eller andre naboliggende mineraler kan gi en feilaktig sammensetning.

Krysstallografisk bekreftelse er nødvendig når forskjellen mellom relaterte faser er viktig. Røntgendiffraksjon, elektrondiffraksjon og elektronbakstrålediffraksjon kan brukes til å teste den monokline strukturen og dens kompatibilitet med romgruppe P2₁/n. En enkelt energidispersiv røntgenspektrum er vanligvis ikke tilstrekkelig, spesielt når kornet bare er noen mikrometer over.

Viktige mineraller som må skilleres fra Krotitt er grossitt, CaAl₄O₇; hibonitt, CaAl₁₂O₁₉; og gehlenitt, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenitt kan også forekomme i samme refraktære inklusjoner. Dmitryivanovitt krever spesiell oppmerksomhet fordi det har samme ideelle kjemiske formel som Krotitt men en annen krystallstruktur.

Anvendelser og bruk av Krotitt

Naturlig Krotitt har ingen etablert bruk som smykkedrømm, dekorativt materiale, industrielt råstoff eller separat mineret malm. Kornene er for små og for sparsomt fordelt for kommersiell utvinning. Mineralen studeres normalt som en del av meteorittseksjoner og kalsium–aluminiumrike inklusjoner.

Dets primære viktighet er analytisk og kosmo-kjemisk. Inklusjoner med krotitt gir informasjon om høytemperaturkondensasjon, dannelse av kalsium-aluminiumsmineraler, sammensetning av nebuløs gass og trykk-temperaturbetingelsene som eksisterte under de tidligste stadiene av Sol-systemets historie. Det gir også en naturlig referanse for å sammenligne eksterrestrielle mineralfaser med eksperimentelt syntetiserte kalsiumaluminater.

Synthetic CaAl₂O₄ og relaterte kalsiumaluminater brukes i varmebestandige keramikk, høyt temperaturbindemidler og kalsiumaluminatcement. Disse industrielle anvendelsene gjelder tilvirkede materialer med kontrollert sammensetning og behandlingshistorier. De er ikke direkte kommersielle anvendelser av naturlig Krotitt.

Krotite kan også hjelpe til å skille primære nebulære egenskaper fra senere forandringer. En korn som er bevart i innerværet av en refraktær inkludering kan beholde bevis for høytemperatur dannelse, mens dens kanter kan være endret av hydriering, oksydering eller jordisk vær. Mineralogisk tolkning må derfor ta hensyn til både den primære krystallstrukturen og meteorittens senere historie.

Relaterte mineraller og nomenklatur

Krotitt tilhører en større samling av refraktære kalsium–aluminiumsmineraler funnet i primitive meteoritter. Disse inkluderer hibonitt, grossitt, perovskitt, spinell, gehlenitt og mayenitt. De skiller seg i kjemiske proporsjoner, strukturell oppstilling, anioninnhold og stabilitetsbetingelser.

Navnet Krotitt gjelder spesielt den naturlige lavtrykk- CaAl₂O₄-fasen med Krotitt-strukturen. Det bør ikke brukes som et generelt ord for alle kalsiumaluminater med samme nominelle sammensetning. Spesielt behandles dmitryivanovitt som en separat mineralart, fordi det representerer en annen strukturell form av CaAl₂O₄.

Referanser

Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). "Krotitt, CaAl₂O₄, en ny refraktær mineral fra meteoritten NWA 1934." American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693

Mineralogical Society of America. “Krotitt.” Håndbok i mineralogi. PDF