Krotita é um mineral de óxido de cálcio e alumínio ocorrente naturalmente com a fórmula química ideal CaAl₂O₄. É classificado como um minério de óxido e é conhecido principalmente por inclusões ricas em cálcio e alumínio em condritas carbonáceas primitivas. Diferente da maioria dos minerais terrestres comuns, a Krotita geralmente está presente como grãos microscópicos incorporados em meteoritos, em vez de cristais grandes e isolados.
A fórmula ideal contém um átomo de cálcio, dois átomos de alumínio e quatro átomos de oxigênio. Sua composição teórica é aproximadamente 25,4% em peso de cálcio, 34,1% em peso de alumínio e 40,5% em peso de oxigênio. Expresso como óxidos, a composição corresponde a cerca de 35,5% em peso de CaO e 64,5% em peso de Al₂O₃. Grãos naturais podem conter pequenas variações químicas, mas o mineral é definido tanto por sua composição CaAl₂O₄ quanto por sua estrutura cristalina característica.
Krotita é o dimorfo de baixa pressão do CaAl₂O₄. O dimorfo de alta pressão chama-se dmitriivanovita. Esses dois minerais têm a mesma fórmula química ideal, mas arranjos atômicos diferentes, então devem ser distinguidos por métodos cristalográficos em vez apenas da composição química. A krotita também tem relação estrutural com compostos sintéticos de alumina de cálcio usados em cerâmicas refratárias e cimentos de alumina de cálcio, embora os aluminatos industriais de cálcio não sejam automaticamente classificados como o mineral krotita.
História e Descoberta do Krotite
O Krotite foi descrito formalmente como um novo mineral em 2011. O material tipo veio da meteorito NWA 1934, uma condrita carbonácea CV3 recuperada no Noroeste da África. O mineral ocorre dentro de uma inclusão rica em cálcio e alumínio, comumente abreviada como CAI. Essas inclusões são entre os componentes mais refratários preservados em meteoritos condriticos primitivos.
O minério foi nomeado em homenagem a Alexander N. Krot, um cosmoquímico cuja pesquisa se concentrou em meteoritos condriticos, inclusões refratárias, processos de condensação e evolução química inicial do Sistema Solar. O minério foi aprovado pela Associação Mineralógica Internacional sob a designação IMA 2010-038.
A descrição original dependia de análise química, microscopia eletrônica, cristalografia e observações petrográficas. Essa combinação era necessária porque os grãos de Krotita são pequenos e ocorrem em uma assembléia complexa de óxidos de cálcio-alumínio, silicatos e outras fases refratárias. Uma análise química próxima a CaAl₂O₄ não seria suficiente por si só, pois vários minerais relacionados têm proporções elementares semelhantes ou podem ocorrer na mesma inclusão de meteorito.
Formação e Ocorrência Geológica do Krotita
Formas de Krotita se formam sob condições de alta temperatura e baixa pressão em um ambiente químico fortemente refratário. A inclusão com Krotita em NWA 1934 é interpretada como um produto da condensação ou cristalização a partir de gás quente na nebulosa solar inicial. Considerações de equilíbrio de fases indicam formação a temperaturas de aproximadamente 1.500 °C ou mais, sob condições de baixa pressão. Essas condições são consistentes com a formação de sólidos refratários antes da condensação de muitos elementos e minerais mais voláteis.
Cálcio e alumínio são entre os elementos majoritários menos voláteis no nebuloso solar. Quando o gás nebular quente esfriou, esses elementos poderiam se combinar com oxigênio para formar óxidos refratários e silicatos de cálcio-alumínio. Portanto, a krotita registra uma fase de alta temperatura da formação mineral que ocorreu antes da montagem do asteroide pai da meteorito. Sua formação não deve ser confundida com processos ígneo, hidrotermais ou metamórficos comuns na Terra.
Na NWA 1934, a krotita está concentrada nas partes central e de manto de uma inclusão incomum rica em cálcio e alumínio. Ela ocorre com perovskita, gehlenita, hercinita, mayenita, grossita, hibonita, espinélia e diopsida. Hexamolibdênio em traços também foi relatado. O conjunto mineral indica que a inclusão passou por vários estágios de condensação, cristalização, reação e possivelmente fusão parcial, em vez de se formar por uma única reação simples.
A parte externa da inclusão foi descrita como tendo uma aparência de casca rachada ou "ovo rachado". Algumas rachaduras estão preenchidas com hidróxidos de ferro e alumínio. Esses minerais hidratados são interpretados como produtos da erosão terrestre que ocorreu após o meteorito atingir a Terra. Eles não são considerados produtos primários do ambiente da nebulosa solar. Essa distinção é importante porque a erosão pode modificar os limites e as superfícies dos grãos originais de Krotita.
Estrutura Cristalina da Krotita
O Krotite cristaliza no sistema cristalino monoclínico. O grupo espacial relatado é P2₁/n, número do grupo espacial 14. Os parâmetros da célula unitária determinados para o material tipo são aproximadamente a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, e β = 90,188(6)°. A célula unitária contém doze unidades fórmula, expressas como Z = 12, e possui um volume calculado de aproximadamente 1.071 ų.
A estrutura pode ser descrita de forma ampla como um esqueleto dominado por poliedros de alumínio-oxigênio, particularmente tetraedros AlO₄, com cálcio ocupando os locais estruturais maiores dentro do esqueleto. A disposição não é equivalente à estrutura spinel, mesmo que a fórmula química tenha a relação estequiométrica geral de um cátion bivalente para dois cátions trivalentes e quatro átomos de oxigênio.
A diferença entre krotita e dmitryivanovita é estrutural, e não composicional. Ambas as fases têm a fórmula CaAl₂O₄, mas são estáveis sob diferentes condições de pressão e possuem diferentes arranjos de seus átomos. A krotita representa a forma de baixa pressão, enquanto a dmitryivanovita está associada a condições de maior pressão.
Porque o Krotite natural ocorre como grãos pequenos envolvidos por outros minerais, as faces cristalinas externas bem desenvolvidas são incomuns. Informações estruturais são, portanto, normalmente obtidas por difração de raios X, difração de elétrons ou difração de espalhamento retrodifuso de elétrons. Esses métodos são particularmente úteis quando os grãos são muito pequenos para a análise de cristal único convencional.
Propriedades Físicas e Químicas do Krotite
O Krotite é normalmente observado como grãos microscópicos em seções polidas ou seções finas. As descrições de sua cor e brilho são menos diagnósticas do que sua química e estrutura cristalina, pois a aparência aparente depende da espessura do grão, orientação, minerais circundantes e alteração. O material natural pode parecer incolor a marrom pálido sob luz transmitida ou refletida, enquanto os limites dos grãos individuais podem ser difíceis de distinguir em inclusões complexas.
A dureza de Mohs relatada é aproximadamente 6,5 e a densidade calculada é cerca de 2,94 g/cm³. A medição direta da densidade é difícil porque os grãos são muito pequenos e geralmente estão interganhados com outras fases. A clivagem e a fratura também são difíceis de avaliar com confiabilidade em grãos individuais pelo mesmo motivo.
A composição química ideal é CaAl₂O₄. Análises por microscópio eletrônico geralmente devem mostrar uma proporção de cálcio para alumínio próxima de 1:2, após considerar o oxigênio e a incerteza analítica. Pequenas quantidades de magnésio, silício, titânio, ferro, sódio ou outros elementos podem ocorrer em níveis traço ou podem ser introduzidos por contaminação de minerais adjacentes. Esses componentes menores não definem automaticamente uma variedade separada de Krotita.
O Krotite é estável apenas dentro de um campo específico de pressão-temperatura-composição. Em pressões mais altas, o CaAl₂O₄ pode adotar a estrutura da dmitryivanovita. Sob diferentes condições químicas, cálcio e alumínio podem formar, ao invés, grossita, hibonita, gehlenita, mayenita, perovskita ou outros óxidos e silicatos de cálcio e alumínio.
Tipos e Variedades de Krotite
Krotite não possui variedades de gemas formalmente reconhecidas ou variedades de cor comerciais. As seguintes categorias são descritivas, e não subdivisões minerais oficiais:
- Krotita Meteorítica: Krotita natural ocorrendo em inclusões ricas em cálcio e alumínio de condritas carbonáceas, incluindo o material tipo da NWA 1934.
- Baixa pressão CaAl₂O₄: O Krotite é a forma estrutural de baixa pressão do CaAl₂O₄.
- Alta pressão CaAl₂O₄: Dmitryivanovite é o dimorfo de alta pressão do CaAl₂O₄. É uma espécie mineral separada, não uma variante da Krotita.
- Aluminato de cálcio sintético: O CaAl₂O₄ produzido em laboratório pode se assemelhar quimicamente ou estruturalmente ao Krotita, mas é um material artificial e não uma ocorrência mineral natural.
Diferenças no tamanho de grão, teor de elementos traço, alteração e minerais associados podem produzir aparências diferentes em amostras individuais de meteoritos. Essas diferenças descrevem a história geológica dos grãos e não representam variedades oficialmente nomeadas.
Onde o Krotite é Encontrado?
A ocorrência natural mais bem documentada de Krotita é a inclusão rica em cálcio e alumínio no meteorito carbonáceo CV3 NWA 1934. O meteorito foi recuperado na África do Norte, mas a própria Krotita se formou muito antes no Sistema Solar, provavelmente em uma região de alta temperatura da nebulosa solar.
Dentro a meteorita, Krotita ocorre principalmente nas partes central e da mantissa da inclusão refractária. Ela está associada a minerais como perovskita, gehlenita, hercinita, mayenita, grossita, hibonita, espinélio e diopsida. Esses minerais coletivamente fornecem evidências para processos de condensação e cristalização de alta temperatura envolvendo cálcio, alumínio, titânio, magnésio, silício e oxigênio.
Krotita não deve ser confundida com um minério terrestre que se formou no local onde o meteorito foi recuperado. A residência terrestre do meteorito afetou as partes externas da inclusão por meio de hidratação e oxidação, mas os grãos primários de Krotita se formaram antes da existência do corpo pai do meteorito. Nenhuma localidade geológica terrestre amplamente estabelecida está associada à Krotita.
Como Identificar Krotite
O Krotite normalmente não pode ser identificado por inspeção visual sem auxílio. Os grãos são pequenos, são comumente interganhados com outras fases refratárias e podem se parecer com vários óxidos e silicatos de cálcio e alumínio. Portanto, a análise petrográfica é usada como o primeiro passo, seguido por análise química e cristalográfica.
Microscopia de seção fina ou seção polida pode revelar a morfologia dos grãos, contatos, zonamento, inclusões e relações com minerais vizinhos. A imagem de elétrons retroespalhados em um microscópio eletrônico de varredura é útil porque fases com números atômicos médios diferentes produzem níveis diferentes de contraste na imagem. Isso permite localizar regiões ricas em Krotita antes da análise quantitativa.
Análise por microscópio eletrônico é normalmente usada para determinar as concentrações de cálcio, alumínio, oxigênio por cálculo estequiométrico e quaisquer elementos menores. As análises devem ser feitas longe das fronteiras dos grãos, pois a contaminação proveniente de gehlenita, hibonita, grossita, mayenita ou outros minerais adjacentes pode produzir uma composição incorreta.
Confirmação cristalográfica é necessária quando a distinção entre fases relacionadas é importante. Difração de raios X, difração de elétrons e difração de elétrons retroespalhados podem ser usadas para testar a estrutura monoclínica e sua compatibilidade com o grupo espacial P2₁/n. Um único espectro de raios X dispersivo por energia geralmente é insuficiente, especialmente quando o grão tem apenas alguns micrômetros de diâmetro.
Minerais importantes a serem distinguidos de Krotita incluem grossita, CaAl₄O₇; hibonita, CaAl₁₂O₁₉; e gehlenita, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenite também pode ocorrer nas mesmas inclusões refratárias. Dmitryivanovite requer atenção especial porque possui a mesma fórmula química ideal que a Krotita, mas uma estrutura cristalina diferente.
Aplicações e Usos do Krotite
Krotita natural não tem uso estabelecido como pedra preciosa, material ornamental, matéria-prima industrial ou minério extraído separadamente. Seus grãos são muito pequenos e muito esparsamente distribuídos para extração comercial. O mineral é normalmente estudado como parte de seções de meteoritos e inclusões ricas em cálcio e alumínio.
Sua importância principal é analítica e cosmoquímica. Inclusões contendo krotita fornecem informações sobre a condensação de alta temperatura, formação de minerais de cálcio-alumínio, composição do gás da nebulosa e as condições de pressão-temperatura que existiram durante as fases iniciais da história do Sistema Solar. Ele também fornece uma referência natural para comparar fases minerais extraterrestres com aluminatos de cálcio sintetizados experimentalmente.
CaAl₂O₄ sintético e os aluminatos de cálcio relacionados são usados em cerâmicas refratárias, ligantes de alta temperatura e cimentos de aluminato de cálcio. Essas aplicações industriais envolvem materiais fabricados com composições e históricos de processamento controlados. Eles não são aplicações comerciais diretas do Krotite natural.
Krotite também pode ajudar a distinguir características primárias da nebulosa de alterações posteriores. Um grão preservado no interior de uma inclusão refractária pode manter evidências da formação em alta temperatura, enquanto suas bordas podem ser modificadas por hidratação, oxidação ou weathering terrestre. A interpretação mineralógica deve, portanto, considerar tanto a estrutura cristalina primária quanto a história posterior da meteorito.
Minerais Relacionados e Nomenclatura
Krotite pertence a um grupo mais amplo de minerais refratários de cálcio-alumínio encontrados em meteoritos primitivos. Estes incluem hibonita, grossita, perovskita, espinélio, gehlenita e mayenita. Eles diferem nas proporções químicas, arranjo estrutural, teor de ânions e condições de estabilidade.
O nome Krotita aplica-se especificamente à fase natural de baixa pressão CaAl₂O₄ com a estrutura Krotita. Ele não deve ser usado como termo geral para todos os aluminatos de cálcio com a mesma composição nominal. Em particular, dmitryivanovita é tratada como uma espécie mineral separada porque representa uma forma estrutural diferente de CaAl₂O₄.
Referências
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). "Krotite, CaAl₂O₄, um novo mineral refratário da meteorito NWA 1934." American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Sociedade de Mineralogia da América. “Krotita.” Manual de Mineralogia. PDF