Krotit je prirodneho výskytu oxid kalcia–hliníka s ideálnym chemickým vzorcom CaAl₂O₄. Je klasifikovaný ako oxidové minerál a je najmä známy z vložiek bohatých na vápenaté a hliníkové zlúčeniny v primitívnych uhlíkových chondritoch. Na rozdiel od väčšiny bežných terestrických minér, Krotit sa zvyčajne vyskytuje ako mikroskopické zrniečka zapustené v meteoritoch namiesto veľkých, izolovaných kryštálov.
Ideálny vzorec obsahuje jeden atóm vápnika, dva atómy hliníka a štyri atómy kyslíka. Jeho teoretické zloženie je približne 25,4 hmot. % vápnika, 34,1 hmot. % hliníka a 40,5 hmot. % kyslíka. Vyjadrené ako oxidy zodpovedá zloženiu približne 35,5 hmot. % CaO a 64,5 hmot. % Al₂O₃. Prirodzené zrniečka môžu obsahovať menšie chemické odchýlky, ale minerál je určený svojím zložením CaAl₂O₄ a jeho charakteristickou kryštálovou štruktúrou.
Krotit je nízko tlakový dimorf CaAl₂O₄. Vysokotlaký dimorf sa nazýva dmitryivanovit. Tieto dva minerály majú rovnaký ideálny chemický vzorec, ale iné atómové usporiadanie, takže ich je potrebné rozlišovať kryštalografickými metódami namiesto len chemického zloženia. Krotit je tiež štrukturálne spojený so syntetickými vápenatými aluminátmi používanými v odolných keramikách a vápenatých aluminátových cementoch, hoci priemyselné vápenaté alumínaty nie sú automaticky triedené ako minerál Krotit.
Historia a objavovanie krotitu
Krotit bol formálne opísaný ako nová minéralogia v roku 2011. Typový materiál pochádza z meteoritu NWA 1934, CV3 uhlíkový chondrit z juhozápadnej Afriky. Minerál sa vyskytuje v inklúzii bohatom na vápnik a hliník, ktorá sa bežne skráti ako CAI. Tieto inkluzie sú medzi najodolnejšími komponentami zachovanými v primitívnych chondritických meteoritoch.
Minerál bol pomenovaný podľa Alexandra N. Krot, kozmochéma, ktorého výskum sa zameriaval na chondritické meteority, refraktárne zložky, kondenzáciu procesy a ranú chemickú evolúciu Slnečnej sústavy. Minerál bol schválený Medzinárodnou mineralogickou asociáciou pod označením IMA 2010-038.
Pôvodné opis využíval chemickú analýzu, elektrónovú mikroskópiu, krystalografiu a petrografické pozorovania. Táto kombinácia bola potrebná, pretože zrny Krotitu sú malé a vyskytujú sa v komplexnej zmesi oxidov vápnika–hliníka, silikátov a iných odolných fáz. Chemická analýza blízka CaAl₂O₄ by sama o sebe nebola dostatočná, pretože niektoré príbuzné minerály majú podobné elementárne pomery alebo sa môžu vyskytnúť v tej istej meteoritovej inklúzii.
Vznik a geologické výskyt krotitu
Krotity vznikajú pri vysokých teplotách a nízkom tlaku v silne odolnom chemickom prostredí. Zahrnutie Krotitu v NWA 1934 sa interpretuje ako produkt kondenzácie alebo krystalizácie z horúceho plynu v ranom slnečnom mlhovine. Rozvaha o fázovom rovnováhe ukazuje na vznik pri teplotách približne 1500 °C alebo vyšších pri nízkom tlaku. Tieto podmienky sú v súlade so vznikom odolných pevných látok pred kondenzáciou mnohých viac volatilných prvkov a minerálov.
Kalcium a hliník sú medzi najmenej volatilnými hlavnými prvkami v slnečnom mlhovine. Keď sa horúca nebularná plyn ochladil, tieto prvky mohli reagovať s kyslíkom za vzniku odolných oxidov a kalcium-hliníkových silikátov. Krotit teda zaznamenávajú vysokoteplotný stupeň tvorby minerálov, ktorý prebehol pred zložením materskej asteroidu meteoritu. Jeho vznik by nemal byť zamieňaný s bežnými terestrickými magmatickými, hydrotermálnymi alebo metamorfnými procesmi.
V NWA 1934 je krotit zameraný v strednej a mantelovej časti neobvykle bohatého na vápnik–hliník zahrnutia. Vyskytuje sa spolu s perovskitom, gehlenitom, hercynitom, mayenitom, grossitom, hibonitom, spinelom a diopsidom. Boli tiež správane stopové hexamolybdenum. Mineraľná asociovanosť ukazuje, že zahrnutie prešlo niekoľkými fázami kondenzácie, krystalizácie, reakcie a pravdepodobne čiastočného tavenia namiesto vzniku jednou jednoduchou reakciou.
Externá časť zahrnutia bola opísaná ako majúca vzhľad pretrhanej škrupiny alebo „pretrhnutého vajca“. Niektoré trhliny sú vyplnené oxidmi železa a hliníka. Tieto hydratované minerály sa interpretujú ako produkty terestrického počasia, ktoré nastalo po tom, čo meteorit dosiahol Zem. Nemajú byť považované za primárne produkty prostredia slnečnej sústavy. Táto rozdielna je dôležitá, pretože počasie môže meniť hranice a povrchy pôvodných zrn Krotitu.
Kristalická štruktúra krotitu
Krotit kryštalizuje sa v monoklinickom kryštálovom systéme. Jeho správaný priestorový skupina je P2₁/n, skupina priestoru 14. Parametre jednotkovej buny určené pre typový materiál sú približne a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994 (3) Å, c = 15,217(1) Å, a β = 90,188(6)°. Jednotková bunka obsahuje dvanásť vzorcových jednotiek, vyjadrené ako Z = 12a má vypočítaný objem približne 1 071 ų.
Štruktúra sa dá opísať všeobecne ako rámec dominovaný hliník-oxidovými polyhedrami, najmä AlO₄ tetrahedrami, pričom vápnik zaujíma väčšie štrukturálne miesta vo vnútri rámu. Usporiadanie nie je ekvivalentné štruktúre spinelu, aj keď chemický vzorec má všeobecnú stochiometrickú vzťah jedného dvojhodnotného katódu s dvoma trojhodnotnými katódami a štyrmi atómami kyslíka.
Rozdiel medzi krotitom a dmitryivanovitom je štrukturálny, nie kompozičný. Obe fázy majú vzorec CaAl₂O₄, ale sú stabilné pri rôznych tlakoch a majú iné usporiadanie atómov. Krotit predstavuje formu pri nižšom tlaku, zatiaľ čo dmitryivanovit je spojený s vyššími tlakmi.
Pretože prirodzene Krotit sa vyskytuje ako malé zrniečka uzatvorené inými minerálmi, dobre vyvinuté vonkajšie krystalické plochy sú nebežné. Štrukturálna informácia sa teda zvyčajne získa pomocou röntgenovej difrakcie, elektrónovej difrakcie alebo elektrónovej difrakcie odrazu. Tieto metódy sú obzvlášť užitočné, keď sú zrniečka príliš malé na konvenčný analýzu jednoduchého kryštálu.
Fyzikálne a chemické vlastnosti krotitu
Krotit sa zvyčajne pozoruje ako mikroskopické zrny v polirovaných rezoch alebo tenkých rezoch. Opisy jeho farby a lesku sú menej diagnostické ako jeho chemické zloženie a kryštalická štruktúra, pretože vonkajší vzhľad závisí od hrúbky zrn, orientácie, okolitých minérál a alterácie. Prirodzený materiál môže pod svetlom prechádzajúcim alebo odrazným vyzerať bezfarebný až po svetlohnedý, pričom hranice jednotlivých zrn môžu byť v komplexných inklúziách ťažko rozoznateľné.
Zaznamenana tvrdosť podľa Mohsa je približne 6,5 a vypočítaná hustota je približne 2,94 g/cm³. Priama meranie hustoty je náročné, pretože zrny sú veľmi malé a často sú medzi sebou prepojené s inými fázami. Výrazovanie a lom sú tiež ťažké na spoľahlivé vyhodnotenie na jednotlivých zrnách z toho istého dôvodu.
Ideálna chemická zloženie je CaAl₂O₄. Elektrónovo-mikroprieskumové analýzy by mali obvykle ukazovať pomer vápnika k hliníku blízky 1:2, po zohľadnení kyslíka a analytického neistoty. Menšie množstvá horčíka, kremíka, titanu, železa, sodíka alebo iných prvkov môžu byť v stopových množstvách alebo môžu byť spôsobené kontamináciou susednými minerálmi. Tieto menšie komponenty neautomaticky definujú samostatnú variantu Krotitu.
Krotit je stabilný iba v určitom poli tlaku-teploty-kompozície. Pri vyšších tlakoch môže CaAl₂O₄ nadobudnúť štruktúru dmitryivanovitu. V rôznych chemických podmienkach sa vápenaté a hliníkové môžu namiesto toho formať grossit, hibonit, gehlenit, mayenit, perovskit alebo iné vápenato-hliníkové oxidy a silikáty.
Typy a druhy Krotite
Krotit nemá formálne uznávané druhové kameňové alebo komerčné farby. Nasledujúce kategórie sú opisné, nie oficiálne mineralogické podrobnosti:
- Meteoritický krotit: Prirodzene krotity vyskytujúce sa v hliníkových zložených inklúziách uhlíkovo bohatých chondritov, vrátane typového materiálu z NWA 1934.
- Nízkonapäťový CaAl₂O₄: Krotit je nízko tlakom štrukturálne forma CaAl₂O₄.
- Vysokotlaké CaAl₂O₄: Dmitryivanovite je vysokotlakový dimorf CaAl₂O₄. Je to samostatná minerálna špecie, nie varieta Krotitu.
- Syntetický vápenatý oxid aluminát: Laboratórne vyrábaný CaAl₂O₄ môže byť chemicky alebo štrukturálne podobný Krotitu, ale ide o umelý materiál namiesto prirodzeného minerálového výskytu.
Rozdiely v veľkosti zrn, obsahu stopových prvkov, alterácii a sprevádzajúcich minérach môžu vyvolať rôzne vzhľady v jednotlivých vzorkách meteoritov. Tieto rozdiely opisujú geologický dejepis zŕn a nevyjadrujú oficiálne pomenované odrody.
Kde sa Krotite nachádza?
Najlepšie dokumentované prírodné výskyt Krotitu je kalciové–hliníkové zahrnutie v meteorite NWA 1934 CV3 uhlíkatom chondrite. Meteorit bol získaný v severozápadnej Afrike, ale samotné Krotit sa vytvorilo oveľa skôr v Slnocnej sústave, pravdepodobne v oblasti vysokých teplôt slnečnej mlhoviny.
V meteorite Krotit sa vyskytuje hlavne v strednej a mantlovej časti refraktárneho zahrnutia. Spolu s minerálmi ako perovskit, gehlenit, hercynit, mayenit, grossit, hibonit, spinel a diopsid. Tieto minerály spoločne poskytujú dôkazy o vysokoteplotnej kondenzácii a krystalizácii procesoch zapojených do vápnika, hliníka, titanu, horčíka, kremíka a kyslíka.
Krotit by sa nemal zamieňať s terestriálnym minerálom, ktorý vznikol na mieste, kde bol meteorit získaný. Terestriálny pohyb meteoritu ovplyvnil vonkajšie časti zahrnutia hydratáciou a oxidáciou, ale primárne zrná Krotitu vznikli predtým, než existovala materská teleso meteoritu. Nie je známa žiadna široko uznávaná terestriálna geologická lokalita spojená s Krotitom.
Ako identifikovať Krotite
Krotit sa normálne nedá identifikovať nepriamym vizuálnym skúmaním. Zrneká sú malé, často sú zrejme prepojené s inými odolnými fázami a môžu pripomínať niektoré oxidy a silikáty vápnika a hliníka. Preto sa používa petrografické skúmanie ako prvý krok, za ním chemické a krystalografické analýzy.
Mikroskopia tenkého alebo polrovaného rezu môže odhaliť tvar zrn, kontakty, zónovanie, nečistoty a vzťahy s okolitými minerálmi. Obrázovanie spätného elektrónu v skenujúcom elektrónovom mikroskope je užitočné, pretože fázy s rôznymi priemernými atómovými číslami vytvárajú rôzne úrovne kontrastu obrazu. To umožňuje nájsť oblasti bohaté na krotit pred kvantitatívnym analýzou.
Elektrónová mikroprobná analýza sa normálne používa na určenie koncentrácií vápnika, hliníka, kyslíka pomocou štöchiometrického výpočtu a akýchkoľvek príslušných prvkov. Analýzy by mali byť vykonávané vzdialene od zrnitých hraníc, pretože kontaminácia z gehlenitu, hibonitu, grossitu, mayenitu alebo iných susedných minerálov môže viesť k nesprávnej kompozícii.
Kryštalografické potvrdenie je požadované, keď rozdiel medzi súvislými fázami je dôležitý. Röntgenová difrakcia, elektrónová difrakcia a elektrónová difrakcia zozadu môžu byť použité na skúšanie monoklinickej štruktúry a jej kompatibility so priestorovou skupinou P2₁/n. Jednoduchý spektrálny príslušenstvo röntgenového žiarenia je zvyčajne nedostatočné, najmä keď je zrnko iba niekoľko mikrometrov v priemere.
Dôležité minerály, ktoré je potrebné rozlišovať od Krotitu, sú grossit, CaAl₄O₇; hibonit, CaAl₁₂O₁₉; a gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenit sa môže vyskytovať aj v tých istých refraktárnych zložkách. Dmitryivanovit vyžaduje špeciálnu pozornosť, pretože má rovnaký ideálny chemický vzorec ako Krotit, ale inú krystalickú štruktúru.
Aplikácie a použitie Krotitu
Prirodzene Krotit nemá stanovené použitie ako drahokam, dekoratívny materiál, priemyselná surovina alebo samostatne ťažená ruda. Jeho zrnek je príliš malých a príliš zriedkavých na komerčné výťažky. Minerál sa normálne študuje ako súčasť sekcií meteoritov a vložiek bohatých na vápenaté a hliníkové látky.
Jeho hlavný význam je analytický a kosmochemický. Vložky obsahujúce krotit poskytujú informácie o vysokoteplotnej kondenzácii, tvorbe minerálov kalcium–aluminium, zložení plynového mliečika a podmienkach tlaku a teploty, ktoré existovali v najskorších fázach histórie Slnkovskej sústavy. Poskytuje tiež prirodzený referenčný bod na porovnanie extraterestriálnych minerálnych fáz s experimentálne syntetizovanými kalciovými aluminátmi.
Syntetické CaAl₂O₄ a príbuzné vápenaté alumináty sa používajú v odolných keramikách, vysokoteplotných lepiacich látkach a vápenatých aluminátových cementoch. Tieto priemyselné aplikácie sa týkajú výrobných materiálov s kontrolovanými zloženiami a históriami spracovania. Nie sú priamymi komerčnými aplikáciami prírodného Krotitu.
Krotite môžu tiež pomôcť rozlíšiť primárne nebularné vlastnosti od neskorších zmení. Zrno zachované vo vnútri odolného zahrnutia môže zachovať dôkazy o vysokoteplotnom vzniku, zatiaľ čo jeho okraje môžu byť zmenené hydrotáciou, oxidáciou alebo terestriálnym počasím. Mineralogická interpretácia musí teda zohľadniť ako primárnu kryštálovú štruktúru, tak neskorší dejový príbeh meteoritu.
Súvisiace minerály a nomenklatura
Krotit patrí do širšej skupiny odolných vápenato-almuniových minerálov nájdených v primitívnych meteoritoch. Medzi ne patria hibonit, grossit, perovskit, spinel, gehlenit a mayenit. Rozlišujú sa chemickými pomermi, štrukturálnym usporiadanim, obsahom aniónov a podmienkami stability.
Meno Krotit sa vzťahuje výlučne k prirodzenému fáze s nízkym tlakom CaAl₂O₄ so štruktúrou Krotitu. Nesmie byť použité ako všeobecný termín pre každý vápenatý aluminát s rovnakou nominálnou zložením. Obzvlášť dmitryivanovit je považovaný za samostatnú minerálnu druh, pretože predstavuje iný štrukturálny tvar CaAl₂O₄.
Odkazy
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). „Krotit, CaAl₂O₄, nová odolná minerál z meteoritu NWA 1934.“ American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Mineralogická spoločnosť Ameriky. „Krotit.“ Príručka pre mineralógiu. PDF