Krotyt jest naturalnie występującym minerałem tlenkiem wapnia i glinu o idealnym wzorze chemicznym CaAl₂O₄. Jest klasyfikowany jako minerał tlenkowy i jest głównie znany z włąszeń bogatych w wapń i glinę w pierwotnych węglowodorowych chondrytach. W przeciwieństwie do większości typowych ziemskich minerałów, Krotyt występuje zwykle jako mikroskopijne ziarna zagnieżdżone w meteoritach, a nie jako duże, izolowane kryształy.
Idealny wzór zawiera jeden atom wapnia, dwa atomy glinu i cztery atomy tlenu. Jego teoretyczny skład wynosi około 25,4 wt% wapnia, 34,1 wt% glinu i 40,5 wt% tlenu. Wyrażony jako tlenki, skład odpowiada około 35,5 wt% CaO i 64,5 wt% Al₂O₃. Naturalne ziarna mogą zawierać niewielkie odstępstwa chemiczne, ale minerał jest zdefiniowany zarówno przez swój skład CaAl₂O₄, jak i charakterystyczną strukturę krystaliczną.
Krotyt to niskociśnieniowa dimorf CaAl₂O₄. Wysokociśnieniowa dimorf nazywa się dmitryiwanowitą. Te dwa minerały mają ten sam idealny wzór chemiczny, ale różne ułożenie atomów, więc muszą być odróżniane metodami krystalograficznymi, a nie tylko składem chemicznym. Krotyt jest również strukturalnie związany z syntetycznymi związkami wapniowymi stosowanymi w ceramice odpornej na wysokie temperatury i cementach wapniowych aluminianowych, choć przemysłowe wapniowe aliany nie są automatycznie klasyfikowane jako minerał krotyt.
Historia i odkrycie krotitu
Krotit został oficjalnie opisany jako nowy minerał w 2011 roku. Materiał typowy pochodzi z meteorytu NWA 1934, czyli CV3 chondrytu węglowego znalezionego w Północno-Zachodniej Afryce. Minerał występuje w inkluzji bogatej w wapń i glinę, często skrótowo oznaczanej jako CAI. Te inkluzje to jedne z najbardziej odpornych składników zachowanych w pierwotnych meteoritach chondrytowych.
Minerał został nazwany na czele Aleksandra N. Krot, kosmochemika, którego badania skupiały się na meteoritach chondrytowych, refrakcyjnych włączeniach, procesach kondensacji i wczesnej ewolucji chemicznej Układu Słonecznego. Minerał został zaakceptowany przez Międzynarodową Izbę Mineralogiczną pod oznaczeniem IMA 2010-038.
Opis oryginalny opierał się na analizie chemicznej, mikroskopii elektronowej, krystalografii i obserwacjach petrograficznych. Ta kombinacja była konieczna, ponieważ ziarna Krotitu są małe i występują w złożonej asocjacji tlenków wapnia-aluminiowego, silikatów i innych faz refrakcyjnych. Analiza chemiczna zbliżona do CaAl₂O₄ nie byłaby sama w sobie wystarczająca, ponieważ kilka pokrewnych minerałów ma podobne proporcje składników lub może występować w tej samej inkluzji meteorytu.
Formacja i występowanie geologiczne krotytu
Formy Krotitu powstają w warunkach wysokiej temperatury i niskiego ciśnienia w silnie odpornej na prażenie środowisku chemicznym. Włościciel Krotitu w NWA 1934 jest traktowany jako produkt kondensacji lub krzepnięcia z gorącego gazu w wczesnym dysku słonecznym. Rozważania równowagi fazowej wskazują na powstanie przy temperaturach około 1500 °C lub wyższych przy niskim ciśnieniu. Te warunki są zgodne z powstawaniem ciał odpornych przed skropleniem wielu bardziej lotnych elementów i minerałów.
Wapń i glin są wśród najmniej lotnych głównych pierwiastków w tarcicy słonecznej. Gdy gorące gazowe tarcicy ochłodziło się, te pierwiastki mogły łączyć się z tlenem, tworząc refrakcyjne tlenki oraz tlenki glinu i wapnia. Krotyt zatem zapisuje etap wysokotemperaturowego tworzenia się minerałów, który miał miejsce przed złożeniem rodzicielskiego asteroidy meteoritu. Jego powstawanie nie należy mylić z typowymi procesami magmowymi, hydrotermalnymi czy metamorficznymi na Ziemi.
W NWA 1934 krotyt występuje w centralnej i płaszczowej części niezwykłego włączenia bogatego w wapń i glinę. Występuje razem z perowsytem, gehlenitem, hercy nitem, mayenitem, grossitem, hibonitem, spinellem i diopsydem. Została również zgłoszona śladowa heksamolibden. Asymilacja minerałów wskazuje na to, że włączenie przeżyło kilka etapów kondensacji, krystalizacji, reakcji i prawdopodobnie częściowego topnienia, a nie powstało przez jedną prostą reakcję.
Zewnętrzna część włączenia została opisana jako mająca wygląd pękniętej skorupy lub „pękniętego jajka”. Niektóre pęknięcia są wypełnione wodorotlenkami żelaza i glinu. Te zhydratowane minerały uznawane są za produkty terestralnego wietrzenia, które miały miejsce po tym, gdy meteorit trafił na Ziemię. Nie są one uważane za pierwotne produkty środowiska dysku słonecznego. Ta różnica jest ważna, ponieważ wietrzenie może zmodyfikować granice i powierzchnie oryginalnych ziaren Krotitu.
Struktura krystaliczna krotitu
Krotyt krysztalizuje się w układzie monoclinicznym. Zgłaszany grupą przestrzenną jest P2₁/n, numer grupu przestrzennego 14. Parametry komórki elementarnej określone dla materiału typowego wynoszą około a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, i β = 90,188(6)°. Komórka jednostkowa zawiera dwanaście jednostek wzorcowych, wyrażonych jako Z = 12, a ma obliczoną objętość około 1071 ų.
Struktura może być opisana ogólnie jako ramka dominowana przez tetraedry aluminium-tlenowe, szczególnie AlO₄, z wapnem zajmującym większe strukturalne miejsca w ramce. Ułożenie nie jest równe strukturze spinelu, mimo że wzór chemiczny ma ogólne stosunki stechiometryczne jednego kationu dwuwartościowego do dwóch kationów trójwartościowych i czterech atomów tlenu.
Różnica między krotitem a dmitryivanowitem jest strukturalna, a nie składowa. Oba fazy mają wzór CaAl₂O₄, ale są stabilne pod różnymi warunkami ciśnienia i mają różne ułożenie swoich atomów. Krotyt reprezentuje formę o niskim ciśnieniu, natomiast dmitryivanowit jest związany z wyższym ciśnieniem.
Ponieważ naturalny krotyt występuje w postaci małych ziarenek otoczonych innymi minerałami, dobrze rozwinięte zewnętrzne powierzchnie krystaliczne są rzadkością. Informacje strukturalne uzyskuje się więc zwykle za pomocą dyfrakcji promieni X, dyfrakcji elektronów lub dyfrakcji odbicia elektronowego. Te metody są szczególnie przydatne, gdy ziarna są zbyt małe, aby można było je analizować metodą tradycyjnego kryształu pojedynczego.
Fizyczne i chemiczne właściwości krotitu
Krotyt jest zwykle obserwowany jako mikroskopowe ziarna w przekrojach polerowanych lub cienkich. Opisy jego koloru i połysku są mniej charakterystyczne niż jego chemia i struktura krystaliczna, ponieważ wygląd pozorny zależy od grubości ziarna, orientacji, otaczających minerałów i zmian. Materiał naturalny może wyglądać bezbarwnie do jasnobrązowego pod światłem przechodzącym lub odbitym, podczas gdy granice poszczególnych ziarn mogą być trudne do zidentyfikowania w złożonych włączeniach.
Zgłoszona twardość Mohsa wynosi około 6,5, a obliczona gęstość to około 2,94 g/cm³. Bezpośrednie pomiar gęstości jest trudny, ponieważ ziarna są bardzo małe i często są wzajemnie zrównoleglone z innymi fazami. Pęknięcie i ułamanie również trudne do oceny wiarygodnie na poszczególnych ziarnach z tego samego powodu.
Idealna skład chemiczny to CaAl₂O₄. Analizy mikroprzybioru elektronowego zwykle powinny pokazywać stosunek wapnia do glinu zbliżony do 1:2, po uwzględnieniu tlenku i niepewności analizy. Niewielkie ilości magnezu, krzemu, tytanu, żelaza, sodu lub innych pierwiastków mogą występować na poziomie śladowym lub mogą zostać wprowadzone przez zanieczyszczenia z sąsiednich minerałów. Takie niewielkie składniki nie automatycznie definiują osobą odmianę Krotitu.
Krotyt jest stabilny tylko w określonym zakresie ciśnienia-temperatury-składu. Przy wyższych ciśnieniach CaAl₂O₄ może przyjąć strukturę dmitryiwanoitytu. W różnych warunkach chemicznych wapń i glin mogą zamiast tego tworzyć grossyt, hibonit, gehlenit, mayenit, perowskit lub inne tlenki i siarczany wapnia i glinu.
Rodzaje i odmiany krotitów
Krotyt nie ma oficjalnie uznanych odmian szklanych ani komercyjnych odmian kolorystycznych. Poniższe kategorie są opisowe, a nie oficjalne podziały minerałów:
- Meteoryt Krotit: Naturalne Krotite występujące w włącznikach bogatych w wapń i glinę w węglowodorkowych chondrytach, w tym materiały typowe z NWA 1934.
- Niskie ciśnienie CaAl₂O₄: Krotyt to niskociśnieniowa forma strukturalna CaAl₂O₄.
- Wysokie ciśnienie CaAl₂O₄: Dmitryivanovite to wysokociśnieniowy dimorf CaAl₂O₄. Jest to oddzielna gatunek minerału, nie odmiana Krotitu.
- Sintetyczny glinian wapniowy: Laboratory-produced CaAl₂O₄ może przypominać chemicznie lub strukturalnie Krotyt, ale jest to materiał sztuczny, a nie naturalna występowanie minerału.
Różnice w wielkości ziarna, zawartości pierwiastków śladowych, alteracji i towarzyszących minerałów mogą powodować różne wygląd w poszczególnych próbkach meteorytów. Te różnice opisują historię geologiczną ziaren i nie reprezentują oficjalnie nazwanych odmian.
Gdzie można znaleźć Krotite?
Najlepiej zbadane naturalne wystąpienie krotitu to włączenie bogate w wapń i glinę w meteorycie CV3 NWA 1934. Meteoryt został odnaleziony w Północno-Zachodniej Afryce, ale sam krotit powstał znacznie wcześniej w Układzie Słonecznym, prawdopodobnie w wysokotemperaturowym regionie mgławicy słonecznej.
W meteorycie krotyt występuje głównie w centralnej i warstwie mantowej włączenia refraktywnego. Jest związany z minerałami takimi jak perowskit, gehlenit, hercynit, majenit, grosyt, hibonit, spinel i diopsyd. Te minerały razem stanowią dowody na procesy kondensacji i krystalizacji o wysokiej temperaturze związane z wapniem, glinem, tytanem, magnezem, krzemem i tlenem.
Krotyt nie należy mylić z minerałem terestrycznym, który powstał w miejscu, gdzie odnaleziono meteoryt. Terestryczne przebywanie meteorytu wpłynęło na zewnętrzne części włączenia przez hydrolizę i utlenienie, ale pierwotne ziarna Krotytu powstały przed istnieniem rodzicielskiego ciała meteorytu. Nie ma szeroko uznanej lokalizacji geologicznej terestrycznej związanej z Krotytem.
Jak zidentyfikować krotyt
Krotyt nie może być zwykle zidentyfikowany wizualnie bez pomocy. Grzywy są małe, często wzajemnie połączone z innymi fazami odpornymi na wysokie temperatury i mogą przypominać kilka tlenków i krzemianów wapnia i glinu. Dlatego badanie petrograficzne jest używane jako pierwszy krok, a następnie analiza chemiczna i krystalograficzna.
Mikroskopia przekrojów cienkich lub polerowanych umożliwia wykrywanie morfologii ziarna, kontaktów, zonowania, włąków oraz relacji z otaczającymi minerałami. Obrazowanie elektronów odbitych w mikroskopie skaningowym jest przydatne, ponieważ fazy o różnych średnich liczbach atomowych tworzą różne poziomy kontrastu obrazu. Pozwala to na lokalizację obszarów bogatych w Krotit przed analizą ilościową.
Analiza mikroprzyciskowa elektronowa jest normalnie stosowana do wyznaczania stężeń wapnia, glinu, tlenku za pomocą obliczeń stechiometrycznych oraz dowolnych pierwiastków drobnych. Analizy powinny być wykonane poza granicami ziarn, ponieważ zanieczyszczenia pochodzące z gehlenitu, hibonitu, grossitu, mayenitu lub innych sąsiednich minerałów mogą spowodować niepoprawny skład.
Potwierdzenie krystalograficzne jest wymagane, gdy różnica między powiązanymi fazami ma znaczenie. Diffrakcja promieni X, diffrakcja elektronów i diffrakcja odbicia elektronowego mogą być używane do testowania struktury monoklinicznej oraz jej zgodności z grupą przestrzenną P2₁/n. Jedno widmo rentgenowskie ze zmienną energią jest zwykle niewystarczające, szczególnie gdy ziarno ma tylko kilka mikrometrów w średnicy.
Kluczowe minerały do rozróżnienia od Krotitu to grossyt, CaAl₄O₇; hibonit, CaAl₁₂O₁₉; oraz gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenit może również występować w tych samych włączeniach odpornych na ciepło. Dmitryivanowit wymaga szczególnej uwagi, ponieważ ma ten sam idealny wzór chemiczny co Krotit, ale inna strukturę krystaliczną.
Aplikacje i zastosowania Krotitu
Naturalny Krotit nie ma ustanowionego zastosowania jako kamień szlachetny, materiał dekoracyjny, surowiec przemysłowy lub oddzielnie wydobywany ruda. Jego ziarna są zbyt małe i zbyt rozrzucone, aby można było je eksploatować komercyjnie. Minerał ten zwykle bada się jako część sekcji meteorytów i włączeń bogatych w wapń i glinę.
Jej的重要性 polega na analizie i kosmochemii. Włączające krotyt informacje o wysokotemperaturowym kondensowaniu, powstawaniu minerałów glinianych, składzie gazu w tarcicy oraz warunkach ciśnienia i temperatury panujących w początkowych fazach historii Układu Słonecznego. Zapewnia również naturalny punkt odniesienia do porównywania minerałów pochodzących z kosmosu z syntetyzowanymi eksperymentalnie glinianami wapliwymi.
Sintetyczne CaAl₂O₄ i związane wapniowe aluminiany są stosowane w ceramice odpornej na wysokie temperatury, wiążących do wysokich temperatur oraz cementach wapniowych aluminianowych. Te zastosowania przemysłowe dotyczą materiałów wytworzonych z kontrolowanym składem i historią przetwarzania. Nie są to bezpośrednie zastosowania komercyjne naturalnego Krotitu.
Krotite może również pomóc w odróżnieniu pierwotnych cech mgławiczych od późniejszych zmian. Złótko zachowane w wnętrzu odpornego włączenia może zachować dowody na powstanie przy wysokiej temperaturze, podczas gdy jego krawędzie mogą ulec zmianie przez hydrolizę, utlenienie lub zanieczyszczenie terenowe. Interpretacja mineralogiczna musi więc uwzględniać zarówno pierwotną strukturę krystaliczną, jak i późniejszą historię meteoritu.
Powiązane minerały i nazewnictwo
Krotyt należy do szerszej grupy refrakcyjnych minerałów wapniowo-aluminiowych znalezionych w pierwotnych meteoritach. Do tej grupy należą hibonit, grossit, perowskit, spinel, gehlenit i mayenit. Różnią się one proporcjami chemicznymi, ułożeniem strukturalnym, zawartością anionów oraz warunkami stabilności.
Nazwa Krotyt dotyczy konkretnie naturalnego niskociśnieniowego składnika CaAl₂O₄ o strukturze Krotytu. Nie powinna być używana jako ogólny termin dla każdego wapniowego aluminianu o tej samej składzie nominalnym. W szczególności dmitryivanowit jest traktowany jako osobny gatunek minerału, ponieważ reprezentuje inny kształt struktury CaAl₂O₄.
Odwołania
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., itd. (2011). „Krotyt, CaAl₂O₄, nowy minerał ognioodporny z meteorytu NWA 1934.“ Amerykański Mineralogista, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Socjety Mineralogicznej Ameryki. „Krotyt.” Poradnik Mineralogiczny. PDF