Krotit este un mineral oxid de calciu-aluminiu care apare natural cu formula chimică ideală CaAl₂O₄. Este clasificat ca mineral oxidic și este cunoscut în principal din incluziuni bogate în calciu-aluminiu în chondrite carbonacee primitive. În contrast cu majoritatea minereurilor terestre obișnuite, Krotita este de obicei prezentă sub formă de particule microscopice încrustate în meteoriți, mai degrabă decât sub formă de cristale mari, izolate.
Formula ideală conține un atom de calciu, doi atomi de aluminiu și patru atomi de oxigen. Compoziția sa teoretică este de aproximativ 25,4 % masă calciu, 34,1 % masă aluminiu și 40,5 % masă oxigen. Exprimată sub formă de oxizi, compoziția corespunde cu aproximativ 35,5 % masă CaO și 64,5 % masă Al₂O₃. Granulele naturale pot conține abateri chimice mici, dar minereul este definit atât prin compoziția sa CaAl₂O₄, cât și prin structura cristalină caracteristică.
Krotita este dimorful de joasă presiune al CaAl₂O₄. Dimorful de înaltă presiune se numește dmitryivanovit. Aceste două minerale au aceeași formulă chimică ideală, dar aranjamente atomice diferite, așa că trebuie distinse prin metode cristalografice, nu doar prin compoziția chimică. Krotita este, de asemenea, structural legată de compuși sintetici de aluminat de calciu utilizați în ceramica refractară și cimenturi de aluminat de calciu, deși aluminatii industriali de calciu nu sunt automat clasificați ca mineralul Krotita.
Istoric și descoperirea krotitei
Krotit a fost descris formal ca un nou mineral în 2011. Materialul tip a provenit din meteoritul NWA 1934, un chondrit carbonos CV3 recuperat în Africa de Nord-Vest. Mineralul se găsește într-o incluziune bogată în calciu-aluminiu, frecvent abreviată ca CAI. Aceste incluziuni sunt printre cele mai refractare componente păstrate în meteoritele chondritice primitive.
Mineralul a fost denumit după Alexander N. Krot, un cosmochimist ale cărui cercetări s-au concentrat asupra meteoritelor chondritice, incluziunilor refractare, proceselor de condensare și evoluției chimice inițiale a Sistemului Solar. Mineralul a fost aprobat de Asociația Internațională de Mineralogie sub denumirea IMA 2010-038.
Descrierea originală se baza pe analiză chimică, microscopie electronică, cristalografie și observații petrografice. Această combinație era necesară deoarece granulele de Krotit sunt mici și apar într-un asamblaj complex de oxizi de calciu-aluminiu, silicați și alte faze refractare. O analiză chimică aproape de CaAl₂O₄ nu ar fi fost suficientă în mod individual, deoarece mai multe minerale similare au proporții elementare similare sau pot apărea în aceeași incluziune de meteorit.
Formarea și localizarea geologică a krotitei
Formele Krotite se formează în condiții de temperatură ridicată și presiune scăzută într-un mediu chimic foarte refractar. Incluziunea cu Krotite din NWA 1934 este interpretată ca un produs al condensării sau cristalizării din gaz cald în nebula solară timpurie. Considerațiile de echilibru al fazelor indică formarea la temperaturi de aproximativ 1500 °C sau mai mari, în condiții de presiune scăzută. Aceste condiții sunt corespunzătoare cu formarea solidelor refractare înainte de condensarea multor elemente și minerale mai volatili.
Calciul și aluminiul sunt printre elementele majore cele mai puțin volatile din nebula solară. Când gazul nebular cald s-a răcit, aceste elemente s-au putut combina cu oxigenul pentru a forma oxizi refractari și silicati de calciu-aluminiu. Krotita înregistrează astfel o fază de formare a mineralesului la temperaturi ridicate care a avut loc înainte ca asteroidul părinte al meteoritului să fie format. Formarea sa nu trebuie confundată cu procese terestre obișnuite igne, hidrotermale sau metamorfice.
În NWA 1934, krotitul este concentrat în porțiunile centrale și mantelică ale unei incluziuni neobișnuite bogate în calciu-aluminiu. Apare împreună cu perovskit, gehlenit, hercinit, mayenit, grossit, hibonit, spinel și diopsid. S-a raportat și urme de hexamolibden. Asociația minerală indică faptul că incluziunea a trecut prin mai multe etape de condensare, cristalizare, reacție și posibil topire parțială, mai degrabă decât să se fi format printr-o singură reacție simplă.
Partea externă a incluziunii a fost descrisă ca având o aspect de "coșuleț spart" sau "ou spart". Unele fisuri sunt umplute cu hidroxizi de fier și aluminiu. Aceste minerale hidratați sunt interpretați ca fiind produse ale intemperizării terestre care au avut loc după ce meteoritul a ajuns pe Pământ. Ele nu sunt considerate produse primare ale mediului nebula solară. Această diferență este importantă deoarece intemperizarea poate modifica limitele și suprafețele granulelor originale de Krotite.
Structura cristalină a krotitei
Krotit cristalizează în sistemul cristalin monoclinic. Grupul de spațiu raportat este P2₁/n, numărul grupului de spațiu 14. Parametrii celulei unitare determinați pentru materialul tip sunt aproximativ a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, și β = 90,188(6)°. Celula unitară conține douăsprezece unități de formulă, exprimate ca Z = 12, iar are un volum calculat de aproximativ 1.071 ų.
Structura poate fi descrisă în mod general ca un cadru dominat de poliedre de aluminiu-oxigen, în special tetraedre AlO₄, cu calciul ocupând siteuri structurale mai mari în cadrul acestuia. Aranjamentul nu este echivalent cu structura spinel, chiar dacă formula chimică are relația stoichiometrică generală de un cation divalent la doi cationi trivalenți și patru atomi de oxigen.
Diferența dintre krotit și dmitryivanovit este structurală, nu compozițională. Ambele faze au formula CaAl₂O₄, dar sunt stabile sub condiții diferite de presiune și au aranjamente diferite ale atomilor lor. Krotitul reprezintă forma la presiune scăzută, în timp ce dmitryivanovitul este asociat cu condiții de presiune mai mare.
Deoarece Krotitul natural apare sub formă de mici granule închise de alte minerale, fețele cristaline exterioare bine dezvoltate sunt rare. Informații structurale sunt, prin urmare, obținute de obicei prin difracție cu raze X, difracție cu electroni sau difracție cu difuzie a electronilor înapoi. Aceste metode sunt deosebit de utile atunci când granulele sunt prea mici pentru analiza clasică a monocristalelor.
Proprietățile fizice și chimice ale krotitei
Krotitul este de obicei observat ca particule microscopice în secțiuni polițite sau secțiuni subiri. Descrierile culorii și strălucirii sale sunt mai puțin diagnostice decât chimia și structura cristalină, deoarece aparența vizibilă depinde de grosimea granulelor, orientarea, minereurile înconjurătoare și alterarea. Materialul natural poate părea incolor sau cu o culoare deschisă la alb în lumina transmisă sau reflectată, iar marginile granulelor individuale pot fi dificil de distins în incluziuni complexe.
Hardimea Mohs raportată este de aproximativ 6,5, iar densitatea calculată este de aproximativ 2,94 g/cm³. Măsurarea directă a densității este dificilă deoarece granulele sunt foarte mici și sunt adesea intergrowne cu alte faze. Cleavajul și fractura sunt, de asemenea, dificil de evaluat în mod fiabil pe granule individuale din aceeași cauză.
Compoziția chimică ideală este CaAl₂O₄. Analizele cu microsondă electronică se așteaptă de obicei să arate o rată calciu-aluminiu aproape de 1:2, după corectarea oxigenului și incertitudinii analitice. Cantități mici de magneziu, siliciu, titan, fier, sodiu sau alte elemente pot apărea la niveluri traciale sau pot fi introduse prin contaminare din mineralele adiacente. Asemenea componente minore nu definesc automat o varietate separată a Krotitei.
Krotitul este stabil doar într-un anumit domeniu de presiune-temperatură-compoziție. La presiuni mai mari, CaAl₂O₄ poate adopta structura dmitriivanovitei. În condiții chimice diferite, calciul și aluminiul pot forma în schimb grossit, hibonit, gehlenit, mayenit, perovskit sau alți oxizi și silicati de calciu-aluminiu.
Tipuri și variante de Krotite
Krotit nu are varietăți de pietre prețioase recunoscute oficial sau varietăți de culoare comerciale. Următoarele categorii sunt descriptive, nu subdiviziuni minereale oficiale:
- Krotit meteoritic: Krotit natural găsit în incluziuni bogate în calciu-aluminiu din chondritele carbonoase, inclusiv materialul tip din NWA 1934.
- Scăzută presiune CaAl₂O₄: Krotit este forma structurală de joasă presiune a CaAl₂O₄.
- Reguli critice: Dmitryivanovite este dimorful sub presiune ridicată al CaAl₂O₄. Este o specie minerală separată, nu o varietate a Krotitei.
- Aluminat de calciu sintetic: CaAl₂O₄ produs în laborator poate să se asemene cu Krotita din punct de vedere chimic sau structural, dar este un material artificial și nu o formă naturală de mineral.
Diferențele în dimensiunea granului, conținutul de elemente urbane, alterarea și minereurile asociate pot produce aspecte diferite în eșantioanele individuale de meteoriți. Aceste diferențe descriu istoria geologică a granulelor și nu reprezintă variante oficial denumite.
Unde se găsește Krotite?
Cea mai bine documentată apariție naturală a Krotitei este incluziunea bogată în calciu-aluminiu din meteoritul chondritic carbonos CV3 NWA 1934. Meteoritul a fost recuperat în Africa de Nord-Vest, dar Krotita s-a format mult mai devreme în Sistemul Solar, probabil într-o zonă cu temperaturi ridicate din nebula solară.
În meteorit, Krotita apare în principal în porțiunile centrale și mantelul incluziunii refractare. Este asociată cu minerale precum perovskitul, gehlenitul, hercinitul, mayenitul, grossitul, hibonitul, spinelul și diopsidul. Aceste minerale oferă împreună dovezi privind procesele de condensare și cristalizare la temperaturi ridicate care implică calciu, aluminiu, titan, magneziu, siliciu și oxigen.
Krotita nu trebuie confundată cu un mineral terestru care s-a format în locul unde a fost recuperat meteoritul. Rezidența terestră a meteoritului a afectat părțile exterioare ale incluziunii prin hidratare și oxidare, dar grăunțele primare de Krotit s-au format înainte ca corpul părinte al meteoritului să existe. Nu există o localitate geologică terestră bine stabilită asociată cu Krotit.
Cum să identifici Krotite
Krotitul nu poate fi de obicei identificat prin inspectie vizuală neajutată. Granulele sunt mici, sunt adesea intergrowne cu alte faze refractare și pot arăta asemănătoare mai multor oxizi și silicati de calciu-aluminiu. Examinarea petrografică este folosită deci ca pasul inițial, urmat de analiza chimică și cristalografică.
Microscoapie de secțiune subțire sau polizată poate revela morfologia granulilor, contactele, zonarea, incluziunile și relațiile cu mineralele din jur. Imagistica cu electroni reflectați într-un microscop electronic de scanare este utilă deoarece fazele cu numere atomice medii diferite produc niveluri diferite de contrast în imagine. Aceasta permite localizarea regiunilor bogate în Krotit înainte de analiza cantitativă.
Analiza cu microsondă electronică este de obicei utilizată pentru a determina concentrațiile de calciu, aluminiu, oxigen prin calcul stoechiometric, precum și orice elemente minore. Analizele trebuie efectuate departe de limitele granulare, deoarece contaminarea provenind din gehlenit, hibonit, grossit, mayenit sau alte minerale adiacente poate produce o compoziție incorectă.
Confirmarea cristalografică este necesară atunci când diferențierea dintre fazele corelate este importantă. Difracția de raze X, difracția de electroni și difracția difuză a electronilor pot fi utilizate pentru a testa structura monoclincă și compatibilitatea acesteia cu grupul spațial P2₁/n. O singură spectră de dispersie de energie cu raze X este în general insuficientă, în special atunci când granula are doar câțiva microni în diametru.
Minerele importante de distins față de Krotit sunt grossitul, CaAl₄O₇; hibonitul, CaAl₁₂O₁₉; și gehlenitul, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenitul poate apărea și el în aceleași incluziuni refractare. Dmitryivanovitul necesită atenție specială deoarece are aceeași formulă chimică ideală ca Krotitul, dar o structură cristalină diferită.
Aplicații și utilizări ale Krotitei
Krotit natural nu are utilizare stabilită ca piatră prețioasă, material ornamental, materie primă industrială sau minereu extras separat. Granulele sale sunt prea mici și prea răspândite pentru extracția comercială. Mineralul este studiat de obicei ca parte a secțiunilor de meteorit și incluziuni bogate în calciu și aluminiu.
Importanța sa principală este analitică și cosmochimică. Incluziunile cu krotit oferă informații despre condensarea la temperaturi mari, formarea mineralelor de calciu-aluminiu, compoziția gazului nebular și condițiile de presiune-temperatură care au existat în etapele cele mai timpurii ale istoriei Sistemului Solar. Aceasta oferă, de asemenea, o referință naturală pentru compararea fazelor minerale extraterestre cu aluminatul de calciu sintetizat experimental.
CaAl₂O₄ sintetic și aluminatii de calciu asemănători sunt utilizați în ceramica refractară, lianți la temperaturi ridicate și cimenturi de aluminat de calciu. Aceste aplicații industriale se referă la materiale fabricate cu compoziții și istorii de procesare controlate. Ele nu reprezintă aplicații comerciale directe ale Krotitei naturale.
Krotite poate ajuta, de asemenea, la diferențierea caracteristicilor primare nebulară de cele ulterioare. O particulă păstrată în interiorul unui incluziune refractară poate menține dovezi ale formării la temperaturi ridicate, în timp ce marginile sale pot fi modificate prin hidratare, oxidare sau meteorizare terestră. Interpretarea mineralogică trebuie, prin urmare, să ia în considerare atât structura cristalină primară, cât și istoria ulterioară a meteoritului.
Minerele conexe și nomenclatura
Krotitul aparține unui grup mai larg de minerale refractare de calciu-aluminiu găsite în meteoriți primitivi. Acestea includ hibonitul, grossitul, perovskitul, spinelul, gehlenitul și mayenitul. Ele se diferențiază prin proporții chimice, aranjament structural, conținut de anioni și condiții de stabilitate.
Numele Krotit se aplică în mod specific fazei naturale de presiune scăzută CaAl₂O₄ cu structura Krotit. Acesta nu trebuie folosit ca termen general pentru fiecare aluminat de calciu cu aceeași compoziție nominală. În special, dmitryivanovitul este considerat o specie minerală separată, deoarece reprezintă o formă structurală diferită a CaAl₂O₄.
Referințe
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). „Krotit, CaAl₂O₄, un nou mineral refractar din meteoritul NWA 1934.“ American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Societatea de Mineralogie a Americii. „Krotit.” Manualul de Mineralogie. PDF