Krotiet is een natuurlijk voorkomend calcium-aluminiumoxide-mineraal met de ideale chemische formule CaAl₂O₄Het wordt beschouwd als een oxide-mineraal en is vooral bekend van calcium-almijnrijke inclusions in primitieve koolstofhoudende chondieten. In tegenstelling tot de meeste gangbare aardmineralen is Krotiet meestal aanwezig als microscopische deeltjes ingebed in meteorieten in plaats van als grote, losse kristallen.
De ideale formule bevat één calciumatoom, twee aluminiumatomen en vier zuurstofatomen. De theoretische samenstelling bedraagt ongeveer 25,4 gewichts-% calcium, 34,1 gewichts-% aluminium en 40,5 gewichts-% zuurstof. Uitgedrukt als oxiden, komt de samenstelling overeen met ongeveer 35,5 gewichts-% CaO en 64,5 gewichts-% Al₂O₃. Natuurlijke korrels kunnen kleine chemische afwijkingen bevatten, maar het mineraal is gedefinieerd door zowel zijn CaAl₂O₄-samenstelling als zijn kenmerkende kristalstructuur.
Krotiet is de laagdrukdimorf van CaAl₂O₄. De hoogdrukdimorf heet dmitryivanoviet. Deze twee mineralen hebben hetzelfde ideale chemische formule, maar verschillende atomaire opstellingen, dus ze moeten worden onderscheiden door kristallografische methoden in plaats van alleen door chemische samenstelling. Krotiet is ook structuurverwant met synthetische calciumaluminaatverbindingen die worden gebruikt in vuurbestendige keramieken en calciumaluminaatcementen, hoewel industriële calciumaluminaten niet automatisch worden geclassificeerd als het mineraal krotiet.
Geschiedenis en ontdekking van Krotiet
Krotite werd formeel beschreven als een nieuw mineraal in 2011. Het type materiaal kwam uit de meteoriet NWA 1934, een CV3 koolstofrijke chondriet die in Noord-West-Afrika is opgehaald. Het mineraal komt voor binnen een calcium–aluminium-rijk inclusie, vaak afgekort tot CAI. Deze inclusies zijn onderdeel van de meest weerbestendige componenten die behouden zijn in primitieve chondritische meteorieten.
Het mineraal is genoemd naar Alexander N. Krot, een cosmochemicus wiens onderzoek zich heeft gericht op chondrietmeteorieten, refractaire inclusies, condensatieprocessen en de vroege chemische evolutie van het Zonnestelsel. Het mineraal is goedgekeurd door de Internationale Mineralogische Vereniging met de aanduiding IMA 2010-038.
De oorspronkelijke beschrijving maakte gebruik van chemische analyse, elektronenmicroscopie, kristallografie en petrografische observaties. Deze combinatie was nodig omdat Krotietkorrels klein zijn en voorkomen in een complexe samenstelling van calcium-aluminiumoxiden, silicaten en andere refractaire fasen. Een chemische analyse dicht bij CaAl₂O₄ zou op zichzelf niet voldoende zijn, omdat meerdere gerelateerde mineraalen vergelijkbare elementaire verhoudingen hebben of kunnen voorkomen in dezelfde meteorietinclusie.
Vorming en geologische voorkoming van Krotiet
Krotieten vormen onder hoge temperatuur en lage druk in een sterk weerbestendig chemisch milieu. De Krotiet-houdende inclusie in NWA 1934 wordt geïnterpreteerd als een product van condensatie of kristallisatie uit heet gas in de vroege zonnestofwolk. Fasenevenwichtsbeschouwingen duiden op vorming bij temperaturen van ongeveer 1.500 °C of hoger onder lage drukomstandigheden. Deze omstandigheden zijn consistent met de vorming van weerbestendige vaste stoffen voordat de condensatie van veel meer vluchtige elementen en mineralen plaatsvond.
Calcium en aluminium zijn onder de minst vluchtige belangrijke elementen in de zonnestofwolk. Bij afkoeling van hete nebulaire gas konden deze elementen zich combineren met zuurstof om refractaire oxiden en calcium-aluminiumsilicaten te vormen. Krotiet registreert dus een hoogtemperatuurfase van mineralen die plaatsvond voordat de ouderasteroide van de meteoriet werd opgebouwd. Zijn vorming moet niet verward worden met gewone aardse vulkanische, hydrothermische of metamorfe processen.
In NWA 1934 is krotiet geconcentreerd in het centrale en mantelgedeelte van een ongewoon calcium- en aluminiumrijk inclusie. Het komt voor met perovskiet, gehleniet, hercyniet, mayeniet, grossiet, hiboniet, spinel en diopsid. Sporen hexamolybdeen zijn ook gerapporteerd. De mineraalverzameling duidt erop dat de inclusie meerdere fasen van condensatie, kristallisatie, reactie en mogelijk gedeeltelijke smelting heeft doorlopen in plaats van zich te vormen via een enkele eenvoudige reactie.
Het externe deel van de inclusie is beschreven als een gekrakeld schelp- of "gekraakte eier" uiterlijk. Sommige kieren zijn gevuld met ijzer- en aluminiumhydroxides. Deze geoxideerde mineralen worden geïnterpreteerd als producten van aardse weersverandering die plaatsvonden nadat de meteoriet de Aarde bereikte. Ze worden niet beschouwd als primaire producten van het zonnestelselomgeving. Deze onderscheid is belangrijk omdat weersverandering de grenzen en oppervlakken van de oorspronkelijke Krotite-korrels kan veranderen.
Kristalstructuur van Krotiet
Krotiet kristalliseert in het monoclinaal kristalstelsel. De aangemelde ruimtegroep is P2₁/n, ruimtegroepnummer 14. De eenheidscelparameters bepaald voor het type materiaal zijn ongeveer a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, en β = 90,188(6)°. De eenheidscel bevat twaalf formule-eenheden, uitgedrukt als Z = 12, en heeft een berekende volume van ongeveer 1.071 ų.
De structuur kan in het algemeen worden beschreven als een kader dat wordt beheerst door aluminiumzuurpolyhedra, met name AlO₄ tetraëders, waarbij calcium grotere structuurplaatsen binnen het kader inneemt. De opstelling is niet gelijk aan de spinelstructuur, ook al heeft de chemische formule de algemene stoichiometrische relatie van één divalent cation tot twee trivale cations en vier zuurstofatomen.
Het verschil tussen Krotiet en dmitryivanoviet is structureel in plaats van compositie. Beide fasen hebben de formule CaAl₂O₄, maar zijn stabiel onder verschillende drukcondities en hebben verschillende rangschikkingen van hun atomen. Krotiet vertegenwoordigt de laagdrukvorm, terwijl dmitryivanoviet geassocieerd is met hogere drukcondities.
Omdat natuurlijk Krotiet voorkomt als kleine korrels ingesloten door andere mineralen, zijn goed ontwikkelde externe kristalvlakken ongewoon. Structuurinformatie wordt daarom meestal verkregen door röntgendiffractie, elektronendiffractie of elektronen terugstralingsdiffractie. Deze methoden zijn in het bijzonder nuttig wanneer de korrels te klein zijn voor conventionele enkelkristalanalyse.
Fysieke en chemische eigenschappen van Krotiet
Krotiet wordt meestal waargenomen als microscopische deeltjes in gepolijste secties of dunne secties. Beschrijvingen van zijn kleur en glans zijn minder kenmerkend dan zijn chemie en kristalstructuur, omdat het zichtbare uiterlijk afhankelijk is van de dikte van het deeltje, de oriëntatie, de omringende mineralen en verandering. Natuurlijk materiaal kan kleurloos tot lichtbruin lijken onder doorgeleid of weerkaatsend licht, terwijl de grenzen van individuele deeltjes moeilijk te onderscheiden zijn in complexe inclusies.
De gemelde Mohs-hardheid is ongeveer 6,5 en de berekende dichtheid is ongeveer 2,94 g/cm³. Directe meting van dichtheid is moeilijk omdat de korrels zeer klein zijn en vaak met andere fasen samengroeien. Kleefvlak en breuk zijn ook moeilijk te beoordelen op betrouwbare wijze op individuele korrels vanwege hetzelfde reden.
De ideale chemische samenstelling is CaAl₂O₄. Elektronenmicroscoop-analyses tonen meestal een calcium-tot-aluminiumverhouding dicht bij 1:2, na correctie voor zuurstof en analytische onzekerheid. Kleine hoeveelheden magnesium, silicium, titanium, ijzer, natrium of andere elementen kunnen op sporeniveau voorkomen of worden geïntroduceerd door vervuiling van aangrenzende mineraalen. Deze kleine componenten definiëren niet automatisch een aparte variëteit van Krotiet.
Krotite is stabiel alleen binnen een bepaald druk-temperatuur-compositieveld. Bij hogere drukken kan CaAl₂O₄ de structuur aannemen van dmitryivanoviet. Bij andere chemische omstandigheden kunnen calcium en aluminium ook grossiet, hiboniet, gehleniet, mayeniet, perowskit of andere calcium-aluminiumoxiden en -silicaten vormen.
Soorten en variëteiten van Krotite
Krotiet heeft geen officieel erkende edelsteensoorten of commerciële kleursoorten. De volgende categorieën zijn beschrijvend en niet officiële mineraalverdelingen:
- Meteorietisch Krotiet: Natuurlijk Krotite voorkomend in calcium–aluminiumrijke inclusions van koolstofrijke chondieten, inclusief het type materiaal uit NWA 1934.
- Lage druk CaAl₂O₄: Krotiet is de laagdrukstructuurvorm van CaAl₂O₄.
- Hoogdruk CaAl₂O₄: Dmitryivanovite is de hoge druk dimorph van CaAl₂O₄. Het is een aparte mineraalsoort, geen variëteit van Krotiet.
- Synthetische calciumaluminaat: Laboratoriumproductie CaAl₂O₄ kan chemisch of structuurmatig Krotiet lijken, maar is een kunstmatig materiaal in plaats van een natuurlijke mineraalvoorkomen.
Verschillen in korrelgrootte, sporenelementinhoud, verandering en bijbehorende mineralen kunnen verschillende uiterlijke kenmerken opleveren in individuele meteorietmonsters. Deze verschillen beschrijven de geologische geschiedenis van de korrels en vertegenwoordigen geen officieel aangeduide variëteiten.
Waaronder wordt Krotite gevonden?
De beste gedocumenteerde natuurlijke voorkoming van Krotiet is de calcium–aluminium-rijke inclusie in de NWA 1934 CV3 koolstofrijke chondriet. Het meteoriet werd opgehaald in Noord-West-Afrika, maar het Krotiet zelf ontstond veel eerder in het zonnestelsel, waarschijnlijk in een hoogtemperatuurregio van de zonnenevel.
Binnen de meteoriet komt Krotiet voornamelijk voor in het centrale en manteldeel van de refractaire inclusie. Het is geassocieerd met mineralen zoals perovskiet, gehleniet, hercyniet, mayeniet, grossiet, hiboniet, spinel en diopsiden. Deze mineralen samen leveren bewijs voor hightemperatuur condensatie en kristallisatieprocessen met betrekking tot calcium, aluminium, titanium, magnesium, silicium en zuurstof.
Krotiet moet niet verward worden met een terrestrisch mineraal dat zich vormde op de plek waar de meteoriet werd opgehaald. De terrestrische verblijfplaats van de meteoriet heeft de buitenste delen van de inname beïnvloed door hydratatie en oxidatie, maar de primaire Krotietkorrels zijn gevormd voordat het moederlichaam van de meteoriet bestond. Er is geen algemeen erkende terrestrische geologische locatie gekoppeld aan Krotiet.
Hoe te herkennen Krotite
Krotiet kan niet normaal gesproken worden geïdentificeerd door ongeholpen visuele inspectie. De korrels zijn klein, zijn meestal met andere weerbestendige fasen verweven en kunnen lijken op verschillende calcium-aluminium-oxides en -silicaten. Daarom wordt de petrografische onderzoek gebruikt als eerste stap, gevolgd door chemische en kristallografische analyse.
Dunne sectie- of gepolijste sectiemicroscopie kan de korrelvorming, contacten, zonevorming, inclusions en relaties met omringende mineralen onthullen. Backgeëmailde-elektronbeeldvorming in een raster-elektronenmicroscoop is nuttig omdat fasen met verschillende gemiddelde atoomgetallen verschillende niveaus van beeldcontrast produceren. Dit maakt het mogelijk om Krotietrijke gebieden te lokaliseren voordat er kwantitatieve analyse plaatsvindt.
Elektronenmicroscoopanalyse wordt normaal gebruikt om de concentraties van calcium, aluminium, zuurstof door stoichiometrische berekening en eventuele sporenelementen te bepalen. Analyse moet gedaan worden buiten de korrelgrenzen, omdat verontreiniging door gehleniet, hiboniet, groesiet, mayeniet of andere aangrenzende mineralen een onjuiste samenstelling kan veroorzaken.
Kristallografische bevestiging is vereist wanneer het onderscheid tussen gerelateerde fasen belangrijk is. Röntgendiffractie, elektronendiffractie en elektronenbackscatterdiffractie kunnen worden gebruikt om de monokline structuur en de compatibiliteit met ruimtegroep P2₁/n te testen. Een enkel energiedispersief röntgenspectrum is meestal onvoldoende, vooral wanneer de korrel slechts enkele micrometers breed is.
Belangrijke mineraalen die onderscheid moeten worden gemaakt van Krotiet zijn grossiet, CaAl₄O₇; hiboniet, CaAl₁₂O₁₉; en gehleniet, Ca₂Al₂SiO₇. Mayeniet kan ook voorkomen in dezelfde hoardige inclusies. Dmitryivanoviet vereist speciale aandacht omdat het dezelfde ideale chemische formule heeft als Krotiet maar een ander kristalstructuur.
Toepassingen en gebruik van Krotiet
Natuurlijk Krotiet heeft geen erkende toepassing als edelsteen, decoratief materiaal, industriële ruwmaterial of apart gemijnde erts. De korrels zijn te klein en te spars verdeeld voor commerciële winning. Het mineraal wordt normaal bestudeerd als onderdeel van meteorietsecties en calcium–aluminiumrijke inclusies.
De belangrijkste waarde ligt in de analytische en kosmochimische aspecten. Inclusies met krotiet geven informatie over hoge-temperatuur condensatie, vorming van calcium-aluminiummineralen, samenstelling van nebulaire gas, en de druk-temperatuurcondities die bestonden tijdens de allereerste fasen van de geschiedenis van het Zonnestelsel. Het biedt ook een natuurlijke referentie voor het vergelijken van extraterrestriale mineralen met experimenteel gesyntheseerde calciumaluminaten.
Synthetische CaAl₂O₄ en gerelateerde calciumaluminaat zijn gebruikt in vuurbestendige keramieken, hoge-temperatuur bindmiddelen en calciumaluminaatcementen. Deze industriële toepassingen betreffen gemaakte materialen met beheerste samenstellingen en verwerkingshistorie. Ze zijn geen directe commerciële toepassingen van natuurlijk Krotiet.
Krotiet kan ook helpen bij het onderscheiden van primaire nebulaire kenmerken van latere veranderingen. Een korrel die bewaard is in het binnenste van een refractair inclusie kan bewijs behouden van een hoogtemperatuur vorming, terwijl zijn randen kunnen zijn veranderd door hydratatie, oxidatie of aardse weersinvloeden. De mineralogische interpretatie moet daarom zowel rekening houden met de primaire kristalstructuur als de latere geschiedenis van de meteoriet.
Gerelateerde mineralen en benamingen
Krotiet behoort tot een groter geheel van weerbestendige calcium–aluminium-mineralen die voorkomen in primitieve meteorieten. Deze omvatten hiboniet, grossiet, perovskiet, spinel, gehleniet en mayeniet. Ze verschillen in chemische samenstelling, structuurarrangement, anioninhoud en stabiliteitscondities.
De naam Krotiet is specifiek voor de natuurlijke laagdruk CaAl₂O₄-fase met de Krotietstructuur. Het mag niet worden gebruikt als algemeen term voor elk calciumaluminaat met dezelfde nominale samenstelling. In het bijzonder wordt dmitryivanoviet beschouwd als een apart mineraalsoort, omdat het een andere structuurvorm van CaAl₂O₄ vertegenwoordigt.
Referenties
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). "Krotiet, CaAl₂O₄, een nieuw weerbestendig mineraal uit de meteoriet NWA 1934." Amerikaans Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Mineralogical Society of America. “Krotiet.” Handbook of Mineralogy. PDF