Krotit är en naturligt förekommande kalcium–aluminiumoxid-mineral med den ideala kemiska formeln CaAl₂O₄. Den klassificeras som en oxidmineral och är främst känd från kalcium–aluminiumrika inklusioner i primitiva kolsyra meteoriter. Liknande de flesta vanliga jordiska mineralen finns Krotit vanligtvis som mikroskopiska partiklar inbäddade i meteoriter snarare än som stora, isolerade kristaller.
Den ideala formeln innehåller en kalciumatom, två aluminiumatomer och fyra syreatomer. Dess teoretiska sammansättning är ungefär 25,4 vikt% kalcium, 34,1 vikt% aluminium och 40,5 vikt% syre. Uttryckt som oxider motsvarar sammansättningen cirka 35,5 vikt% CaO och 64,5 vikt% Al₂O₃. Naturliga korn kan innehålla små kemiska avvikelser, men mineralet definieras av både dess CaAl₂O₄-sammansättning och dess karaktäristiska kristallstruktur.
Krotit är den lågtrycksdimorfen av CaAl₂O₄. Den högtrycksdimorfen kallas dmitryivanovit. Dessa två mineral har samma idealiska kemiska formel men olika atomarrangemang, så de måste skiljas åt med kristallografiska metoder snarare än endast kemisk sammansättning. Krotit är också strukturellt relaterat till syntetiska kalciumaluminatföreningar som används i värmebeständiga keramer och kalciumaluminatkemikalier, även om industriella kalciumaluminater inte automatiskt klassificeras som mineralen Krotit.
Historia och upptäckten av Krotit
Krotit beskrevs formellt som ett nytt mineral 2011. Typmaterialet kom från meteoriten NWA 1934, en CV3 kolsyra konglomerat som hittades i Nordvästafrika. Mineralen förekommer inom en kalcium-aluminiumrik inneslutning, vanligtvis förkortad till CAI. Dessa inneslutningar är bland de mest beständiga komponenterna som bevarats i primitiva konglomeratmeteoriter.
Mineralen är uppkallad efter Alexander N. Krot, en kosmochemist vars forskning har fokuserat på chondritiska meteoriter, refraktära inlänkningar, kondensationsprocesser och den tidiga kemiska utvecklingen av solsystemet. Mineralen godkändes av Internationella mineralogiska föreningen med beteckningen IMA 2010-038.
Den ursprungliga beskrivningen byggde på kemisk analys, elektronmikroskopi, kristallografi och petrografiska observationer. Denna kombination var nödvändig eftersom Krotitkorn är små och förekommer i en komplex samling av kalcium-aluminiumoxid, silikater och andra refraktära faser. En kemisk analys nära CaAl₂O₄ skulle inte vara tillräcklig per se, eftersom flera relaterade mineral har liknande elementära proportioner eller kan förekomma i samma meteoritinnehåll.
Formation och geologisk förekomst av Krotit
Krotiter bildas vid högtemperatur och lågtryck i ett starkt refraktärt kemiskt miljö. Krotit-inklusionen i NWA 1934 tolkas som en produkt av kondensation eller kristallisation från varm gas i den tidiga solnebulan. Fasjämviktsöverväganden visar att bildningen skedde vid temperaturer på cirka 1 500 °C eller högre under lågtrycksvillkor. Dessa villkor är konsistenta med bildningen av refraktära fasta ämnen innan kondensationen av många mer flyktiga element och mineraler.
Kalcium och aluminium är bland de minst flyktiga huvudelementen i solnebulan. När den varma nebulära gasen svalnade kunde dessa element kombineras med syre för att bilda refraktära oxider och kalcium-aluminiumsilikater. Krotit registrerar därför en högtemperaturstadium i mineralbildning som skedde innan den ursprungliga asteroiden till meteoriten sattes ihop. Dess bildning bör inte förväxlas med vanliga jordiska magmatiska, hydrotermiska eller metamorfa processer.
I NWA 1934 finns krotit koncentrerat i centrala och mantelområden av en ovanlig kalcium–aluminiumrik inklusion. Den förekommer tillsammans med perovskit, gehlenit, hercynit, mayenit, grossit, hibonit, spinell och diopsid. Spår av hexamolybden har också rapporterats. Mineralassemblagen visar att inklusionen genomgick flera steg av kondensation, kristallisation, reaktion och möjligen delvis smältning snarare än att bildas genom en enda enkel reaktion.
Den yttre delen av inklusionen har beskrivits som att ha en spräckd skal eller "spräckt ägg"-utseende. Vissa sprickor är fyllda med järn- och aluminiumhydroxider. Dessa hydrerade mineraler tolkas som produkter av jordisk väderning som skedde efter att meteoriten nådde jorden. De betraktas inte som primära produkter från solnebulan. Denna skillnad är viktig eftersom vädering kan förändra gränserna och ytor på de ursprungliga Krotitkornen.
Kristallstruktur av Krotit
Krotit kristalliserar i det monoklina kristallsystemet. Dess rapporterade rumsgroup är P2₁/n, rymdgruppsnummer 14. De enhetscellsparametrar som har bestämts för typmaterialet är approximativt a = 8,6996(3) Å, b = 8,0994(3) Å, c = 15,217(1) Å, och β = 90,188(6)°. Enhetscellen innehåller tolv formelenheter, uttryckt som Z = 12, och har en beräknad volym på cirka 1 071 ų.
Strukturen kan beskrivas som en ramverk dominerat av aluminiumsyre polyeder, särskilt AlO₄ tetraeder, med kalcium som upptar större strukturella platser inom ramverket. Arrangemanget är inte likvärdigt med spinellstrukturen, även om den kemiska formeln har den allmänna stökiometriska relationen av en divalent kation till två trivalenta kationer och fyra syreatomer.
Skillnaden mellan Krotite och dmitryivanovite är strukturell snarare än kompositionell. Båda faser har formeln CaAl₂O₄, men de är stabila under olika tryckvillkor och har olika arrangement av sina atomer. Krotite representerar den lågtrycksformen, medan dmitryivanovite är kopplad till högre tryckvillkor.
Eftersom naturlig Krotit förekommer som små partiklar inneslutna av andra mineral, är välutvecklade yttre kristallytor ovanliga. Strukturinformation erhålls därför ofta genom röntgendiffraktion, elektron diffraktion eller elektron bakåtspridningsdiffraktion. Dessa metoder är särskilt användbara när partiklarna är för små för konventionell enkristallanalys.
Fysiska och kemiska egenskaper hos Krotit
Krotit observeras normalt som mikroskopiska partiklar i polerade sektioner eller tunna sektioner. Beskrivningar av dess färg och glans är mindre diagnostiska än dess kemisk sammansättning och kristallstruktur eftersom det uppenbara utseendet beror på partikeldjup, orientering, omgivande mineraler och förändring. Naturligt material kan se färglöst till blekt brunt ut under genomskinligt eller reflekterat ljus, medan gränsen mellan enskilda partiklar kan vara svåra att skilja i komplexa inneslutningar.
Den rapporterade Mohs hårdhet är cirka 6,5 och den beräknade densiteten är cirka 2,94 g/cm³. Direkt mätning av densitet är svår eftersom kornen är mycket små och ofta växer ihop med andra faser. Sprickning och språng är också svåra att utvärdera pålitligt på enskilda korn för samma anledning.
Den ideala kemiska sammansättningen är CaAl₂O₄. Elektronmikroskopiska analyser förväntas vanligtvis visa en kalcium-till-aluminiumkvot nära 1:2, efter att ha tagit hänsyn till syre och analytisk osäkerhet. Mindre mängder magnesium, silicium, titan, järn, natrium eller andra element kan förekomma i spårnivåer eller kunna introduceras genom kontaminering från angränsande mineraler. Sådana mindre komponenter definierar inte automatiskt en separat variant av Krotit.
Krotit är stabilt endast inom en viss tryck–temperatur–sammansättningsfält. Vid högre tryck kan CaAl₂O₄ anta strukturen hos dmitryivanovit. Vid olika kemiska förhållanden kan kalcium och aluminium istället bilda grossit, hibonit, gehlenit, mayenit, perovskit eller andra kalcium–aluminiumoxid och silikat.
Typer och varianter av Krotite
Krotit har inga formellt erkända pärlstensvarieteter eller kommersiella färgvarieteter. Följande kategorier är beskrivande snarare än officiella mineralindelningar:
- Meteoritisk krotit: Naturlig Krotit som förekommer i kalcium–aluminiumrika innehåll i koldioxidkondriter, inklusive typmaterialet från NWA 1934.
- Lågtryck CaAl₂O₄: Krotit är den lågtrycksstruktura forma av CaAl₂O₄.
- Högtrycks CaAl₂O₄: Dmitryivanovit är den högtrycksdimorfen av CaAl₂O₄. Det är en separat mineralart, inte en variant av Krotit.
- Synthetisk calciumaluminat: Laboratorieproducerat CaAl₂O₄ kan likna Krotit kemiskt eller strukturellt, men det är ett artificiellt material snarare än en naturlig mineralförekomst.
Skillnader i kornstorlek, spårämnesinnehåll, förändringar och kopplade mineraler kan ge olika utseenden hos enskilda meteoritsyror. Dessa skillnader beskriver den geologiska historien för kornen och representerar inte officiellt namngivna varieteter.
Var finns Krotite att finna?
Den bäst dokumenterade naturliga förekomsten av Krotit är kalcium–aluminiumrika innehåll i meteoriten NWA 1934 CV3 koldioxidkondrit. Meteoriten hittades i Nordvästra Afrika, men Krotiten själv bildades mycket tidigare i solsystemet, troligen i en högtemperaturregion av solnebulan.
Innebär meteoriten förekommer Krotit främst i centrala och mantelområdena av refraktoriska inklusioner. Den är kopplad till mineral såsom perovskit, gehlenit, hercynit, mayenit, grossit, hibonit, spinell och diopsid. Dessa mineral sammanlagt ger bevis för högtemperatur kondensation och kristallisation processer som involverar kalcium, aluminium, titan, magnesium, silikon och syre.
Krotit bör inte förväxlas med en jordisk mineral som bildades på platsen där meteoriten hittades. Meteoritens jordiska vistelse påverkade de yttre delarna av inneslutningen genom hydering och oxidation, men de primära Krotitkornen bildades innan meteoritens förälder kropp existerade. Det finns ingen allmänt erkänd jordisk geologisk plats som är kopplad till Krotit.
Hur man identifierar Krotit
Krotit kan normalt inte identifieras genom obefintlig visuell inspektion. Kornen är små, är vanligtvis växt ihop med andra värmebeständiga faser och kan likna flera kalcium–aluminiumoxid och silikat. Petrografisk undersökning används därför som första steget, följt av kemisk och kristallografisk analys.
Tunnsektion eller poleradsektion mikroskopi kan avslöja kornformer, kontakter, zonering, inlåsningar och relationer med omgivande mineral. Backscattered-electron bildning i ett rasterelektronmikroskop är användbart eftersom faser med olika medelatomnummer ger olika nivåer av bildkontrast. Detta gör det möjligt att hitta Krotitrika områden innan kvantitativ analys.
Elektronmikroskopisk analys är normalt använd för att bestämma koncentrationerna av kalcium, aluminium, syre genom stökiometrisk beräkning, och eventuella spårämnen. Analyser bör göras bort från korngränser eftersom föroreningar från gehlenit, hibonit, grossit, mayenit eller andra närliggande mineral kan ge en felaktig sammansättning.
Kristallografisk bekräftelse krävs när skillnaden mellan relaterade faser är viktig. Röntgendiffraktion, elektrondiffraktion och elektronbackstrålningsdiffraktion kan användas för att testa den monoklina strukturen och dess kompatibilitet med rumsgroup P2₁/n. En enskild energidispersiv röntgenspektrum är vanligtvis otillräcklig, särskilt när kornet bara är några mikrometer över.
Viktiga mineral som ska skiljas från Krotit är grossit, CaAl₄O₇; hibonit, CaAl₁₂O₁₉; och gehlenit, Ca₂Al₂SiO₇. Mayenit kan också förekomma i samma refraktära inlänkningar. Dmitryivanovit kräver särskild uppmärksamhet eftersom det har samma idealiska kemiska formel som Krotit men en annan kristallstruktur.
Tillämpningar och användningsområden för Krotite
Naturlig Krotit har ingen etablerad användning som smyckessten, dekorativt material, industriellt råvara eller separat förekommande malm. Dess korn är för små och för sparsamt fördelade för kommersiell utvinning. Mineralet studeras normalt som en del av meteoritsnitt och kalcium–aluminiumrika inklusioner.
Dess viktigaste betydelse är analytisk och kosmokemisk. Krotitinnehållande inlänkningar ger information om högtemperatur kondensation, bildning av kalcium-aluminiumsmineraler, sammansättning av nebulos gas och tryck-temperaturvillkor som fanns under de tidigaste stadierna av solsystemets historia. Det ger också en naturlig referens för att jämföra extraterrestriella mineralfaser med experimentellt syntetiserade kalciumaluminater.
Synthetisk CaAl₂O₄ och relaterade kalciumaluminater används i värmebeständiga keramer, högtemperaturbindmedel och kalciumaluminatcement. Dessa industriella tillämpningar handlar om tillverkade material med kontrollerad sammansättning och bearbetningshistorik. De är inte direkt kommersiella tillämpningar av naturligt Krotit.
Krotite kan också hjälpa till att skilja primära nebulära funktioner från senare förändringar. En korn som är bevarad i inre delen av en refraktär inklusion kan behålla bevis för högtemperaturbildning, medan dess marginaler kan ha förändrats genom hydretion, oxidation eller jordisk väderförhållanden. Mineralogisk tolkning måste därför ta hänsyn till både den primära kristallstrukturen och meteoritens senare historia.
Relaterade mineral och namngivning
Krotit tillhör en bredare grupp av svårlösliga kalcium–aluminium-mineraler som finns i primitiva meteoriter. Dessa inkluderar hibonit, grossit, perovskit, spinell, gehlenit och mayenit. De skiljer sig åt i kemiska proportioner, strukturellt uppbyggnad, anionhalt och stabilitetsvillkor.
Namnet Krotit gäller specifikt den naturliga lågtrycks CaAl₂O₄-fas med Krotitstruktur. Det bör inte användas som ett allmänt begrepp för alla kalciumaluminater med samma nominella sammansättning. Särskilt behandlas dmitryivanovit som en separat mineralart eftersom det representerar en annan strukturell form av CaAl₂O₄.
Referenser
Ma, C., Kampf, A. R., Connolly, H. C., et al. (2011). "Krotit, CaAl₂O₄, en ny värmebeständig mineral från meteoriten NWA 1934." American Mineralogist, 96, 709–715. https://doi.org/10.2138/am.2011.3693
Mineralogical Society of America. “Krotit.” Handbok i mineralogi. PDF