Elbrusit
| Elbrusit | |
|---|---|
| Allgemeines und Klassifikation | |
| IMA-Nummer | 2009-051[1] |
| IMA-Symbol | Ebs[2] |
| Andere Namen |
|
| Chemische Formel | Ca3U5+ZrFe3O12[3][4] |
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) | Oxide und Hydroxide |
| System-Nummer nach Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) | IV/A.07-080 |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | kubisch |
| Kristallklasse; Symbol | hexakisoktaedrisch; 4/m32/m |
| Raumgruppe | Ia3d (Nr. 230)[5] |
| Gitterparameter | a = 12,49 (natürlicher Mischkristall) Å[5] |
| Formeleinheiten | Z = 8[5] |
| Häufige Kristallflächen | Rhombendodekaeder {110}, untergeordnet Deltoidikositetraeder {211}[5] |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | nicht bestimmt |
| Dichte (g/cm3) | berechnet: 4,801[5] |
| Spaltbarkeit | Bitte ergänzen |
| Farbe | dunkelbraun bis schwarz[5] |
| Strichfarbe | braun[5] |
| Transparenz | transparent bis durchscheinend (U-reich) |
| Glanz | Glasglanz[5] |
| Radioaktivität | radioaktiv |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindex | n = nicht bestimmt[5] |
Das Mineral Elbrusit ist ein sehr seltenes Oxid aus der Obergruppe der Granate mit der idealisierten Zusammensetzung Ca3U5+ZrFe3O12. Es kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit der Struktur von Granat. Die maximal 10 bis 30 μm großen Kristalle treten in Aggregaten mit Wadalit, Spurrit und Lakargiit oder als Zonen und Flecken in Kerimasit auf.[5][3][4]
Elbrusit ist bislang (2017) nur an zwei Fundorten nachgewiesen worden. Typlokalität ist ein Kalksilikat-Xenolith aus einem Ignimbrit von Berg Lakargi sowie zwei weiteren Xenolithen von Chegem Caldera in der nordkaukasischen Republik Kabardino-Balkarien in Russland.[5][6] Der zweite Fundort ist ein Aufschluss der Hatrurim-Formation in Jordanien.[3]
Etymologie und Geschichte
Das Mineral Elbrusit wurde von Irina O. Galuskina und Mitarbeitern unter dem Namen Elbrusit-(Zr) mit der idealisierten Zusammensetzung Ca3ZrU6+Fe3+2Fe2+O12 beschrieben und im Jahr 2009 von der International Mineralogical Association (IMA) als neues Mineral anerkannt. Benannt wurde es nach dem nahe gelegenen Berg Elbrus, dem mit 5642 m höchsten Berg Europas.[5] Bei der Neuordnung der Granat-Supergruppe im Jahr 2013 wurde die idealisierte Zusammensetzung von reinem Elbrusit geändert zu Ca3Zr1,5U6+0,5Fe3O12 und das Mineral umbenannt in Elbrusit.[7]
Für die Beschreibung der gemessenen Zusammensetzungen wurde ein hypothetisches U6+Fe2+-Granat-Endglied eingeführt.[7] Hohe Fe2+-Gehalte werden wegen der oxidierenden Bildungsbedingungen angezweifelt und nach der Untersuchung weiterer Uran-Granate wurde vorgeschlagen, die Elbrusit-Formel auf Ca3U5+ZrFe3+3O12 zu ändern.[3][4] Eine Entscheidung der IMA hierzu steht noch (2017) aus.
Granate sind oft sehr beständig gegen Verwitterung, können Actinoide in ihr Kristallgitter einbauen und wurden daher als mögliche Stoffgruppe zur Immobilisierung und Lagerung von hochradioaktiven Abfällen untersucht. Im Zuge dieser Forschungen wurde 2002 ein synthetisches Äquivalent von Elbrusit mit der von Grew et al. 2013 eingeführten Zusammensetzung Ca3Zr1,5U6+0,5Fe3O12 beschrieben.[8] Im Jahr 2016 vorgestellte Untersuchungen synthetischer, Si-freier Uran-Granate bestätigten, dass sie nur dreiwertiges Eisen enthalten und Uran sowohl 6- wie auch 5-wertig auftritt.[9]
Klassifikation
Die aktuelle Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) zählt den Elbrusit zur Granat-Obergruppe, wo er zusammen mit Dzhuluit, Bitikleit und Usturit die Bitikleit-Gruppe mit 9 positiven Ladungen auf der tetraedrisch koordinierten Gitterposition bildet.[7]
Die seit 2001 gültige 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik führt den Elbrusit nicht auf. Obwohl Elbrusit kein Silikat ist, würde es, ebenso wie Katoit, wegen seiner Bildung von Mischkristallen mit Silikatgranaten in die Granatgruppe mit der Ordnungsnummer 9.AD.25 in der Klasse der „Silikate und Germanate“, Abteilung A (Inselsilikate), Unterabteilung „D. Inselsilikate ohne weitere Anionen; Kationen in oktaedrischer [6] und gewöhnlich größerer Koordination“, eingeordnet werden.[5]
Chemismus
Uran kann mit verschiedenen Ladungen (U3+, U4+, U5+ und U6+) auf verschiedenen Gitterpositionen (X und Y) in der Granatstruktur eingebaut werden. Elbrusit tritt in der Typlokalität zusammen mit U6+-haltigen Mineralen auf und seine Zusammensetzung wurde zunächst mit U6+ angegeben: [X](Ca3,040Th0,018Y0,001)[Y](U6+0,658Zr4+1,040Sn4+0,230Mg0,004Hf0,009)[Z](Fe3+1,575Al0,539Si0,099Ti4+0,199Fe2+0,559Sn4+0,025V5+0,004).[5]
Der Uraneinbau in Granat wird durch eisenreiche Zusammensetzungen begünstigt. Darauf deuten die hohen Eisengehalte der natürlichen, uranhaltigen Granate hin. Berechnungen konnten diesen Zusammenhang zumindest für den Einbau von U3+ und U4+ auf der X-Position[10] und U5+ auf der Y-Position[11] bestätigen und neuere Untersuchungen an natürlichen Elbrusit zeigen, dass Uran als U5+ vorliegt und das gesamte Fe als Fe3+.[3][4][9]
Elbrusit bildet komplexe Mischkristalle vor allem mit eisenreichen Granaten der Schorlomit-Gruppe entsprechend der Austauschreaktion (R steht für ein beliebiges Kation mit der angegebenen Ladung)
- [Y]U5+ + [Z]Fe3+ = [Y]R4+ + [Z]R4+
und einem Sn-Analog von Elbrusit gemäß der Austauschreaktion
- [Y]Zr4+ = [Y]Sn4+
Für synthetische Uran-Granate ist der Einbau von U6+ auf der Oktaederposition belegt, zumindest bei oxidierenden Bedingungen und Abwesenheit von Si4+ und Ti4+.[9]
- [Y]U5+ = 0,5[Y]U6+ + 0,5[Y]Zr4+
Kristallstruktur
Elbrusit kristallisiert mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d (Raumgruppen-Nr. 230) mit 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität hat dem Gitterparameter a = 12,49 Å.[5]
Synthetisch wurden uranhaltige Granate der Reihe Ca3U6+0,5Zr1,5Fe3+3O12 - Ca3U5+ZrFe3+3O12 mit maximal 0,7U apfu untersucht. Eine Extrapolation von deren Gitterparametern auf 1U apfu ergibt a = 12,8 Å für das U5+-Endglied.[9]
Die Struktur ist die von Granat. Calcium (Ca2+) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffen umgebenen X-Positionen, Uran (U5+, U6+) und Zirkonium (Zr4+) die oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgebene Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffen umgebenen Z-Position ist mit Eisen (Fe3+) besetzt.[5][3][4][9]
Bildung und Fundorte
Die Typlokalität von Elbrusit ist ein Kalksilikat-Xenolith aus einem Ignimbrit von Berg Lakargi sowie zwei weitere Xenolithe von Chegem Caldera in der nordkaukasischen Republik Kabardino-Balkarien in Russland.[6] Elbrusit bildete sich hier kontaktmetamorph in der Sanidinit-Fazies bei Temperaturen über 800 °C und niedrigen Druck in der Spurrit-Zone von Kalksilikatskarnen. Elbrusit tritt hier in feinkörnigen Aggregaten aus Wadalit auf oder bildet Krusten um Lakargiit. Weitere Begleitminerale sind Kimzeyit, Spurrit, Larnit und Rondorfit.[5]
Das bislang (2017) einzige weitere dokumentierte Vorkommen ist ein Aufschluss der Hatrurim-Formation in Jordanien. Hier wurden bitumenhaltige Kalke und Mergel beim Abbrand der Bitumen pyrometamorph zu einer Art natürlichem Portlandzement umgesetzt, dessen Mineralbestand dem von kontaktmetamorph überprägten Xenolithen ähnelt.[3]
Siehe auch
Weblinks
- Mineralienatlas:Elbrusit (Wiki)
- Mindat – Elbrusite (englisch)
Einzelnachweise
- ↑ Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: January 2023. (PDF; 3,7 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Januar 2023, abgerufen am 26. Januar 2023 (englisch).
- ↑ Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 320 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
- ↑ a b c d e f g I. Galuskina, E. Galuskin, S. Utsunomiya, Y. Nakamatsu, M. Murashko, & Y. Vapnik: Uranian garnet from pyrometamorphic rocks of the Hatrurim Complex, Jordan. Problem of crystal chemical formula of elbrusite. In: Abstracts of 21st General Meeting of IMA, South Africa. 2014, S. 378.
- ↑ a b c d e IRINA O. GALUSKINA, BILJANA KRÜGER, EVGENY V. GALUSKIN, THOMAS ARMBRUSTER, VIKTOR M. GAZEEV, ROMAN WŁODYKA, MATEUSZ DULSKI, PIOTR DZIERŻANOWSKI: Flourchengemite, Ca7(SiO4)3F2, a new Mineral from the Edgerwite-Bearing Endoscarn Zone of an Altered Xenolith in Ignimbrites from Upper Chegem Caldera, Northern Caucasus, Kabardino-Balkaria, Russia: Occurrence, Crystal Structure, and new Data on the Mineral Assemblages. In: The Canadian Mineralogist. Band 53, 2015, S. 325–344 (researchgate.net [PDF; 1,2 MB; abgerufen am 15. November 2017]).
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin, Thomas Armbruster, Biljana Lazic, Joachim Kusz, Piotr Dzierżanowski, Viktor M. Gazeev, Nikolai N. Pertsev, Krystian Prusik, Aleksandr E. Zadov, Antoni Winiarski, Roman Wrzalik, and Anatoly G. Gurbanov: Elbrusite-(Zr) - A new uranium garnet from the the Upper Chegem caldera, Kabardino-Balkaria, Northern Caucasus, Russia. In: American Mineralogist. Band 95, Nr. 7, 2010, S. 1172–1181 (unibe.ch [PDF; 2,0 MB; abgerufen am 29. Juli 2017]).
- ↑ a b Fundortliste für Elbrusit beim Mineralienatlas und bei Mindat
- ↑ a b c Edward S. Grew, Andrew J. Locock, Stuart J. Mills, Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin and Ulf Hålenius: IMA Report - Nomenclature of the garnet supergroup. In: American Mineralogist. Band 98, 2013, S. 785–811 (main.jp [PDF; 2,3 MB; abgerufen am 8. Juli 2017]).
- ↑ S. Utsunomiya, L.M. Wang, S. Yudintsev, R.C. Ewing: Ion irradiation-induced amorphization and nano-crystal formation in garnets. In: Journal of Nuclear Materials. Band 303, Nr. 2, 2002, S. 177–187 (researchgate.net [PDF; 775 kB; abgerufen am 29. Juli 2017]).
- ↑ a b c d e Xiaofeng Guo, Alexandra Navrotsky, Ravi K. Kukkadapu, Mark H. Engelhard, Antonio Lanzirotti, Matthew Newville, Eugene S. Ilton, Stephen R. Sutton, Hongwu Xu: Structure and thermodynamics of uranium-containing iron garnets. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 189, 2016, S. 269–281 (researchgate.net [abgerufen am 15. November 2017]).
- ↑ Zs. Rak, R. C. Ewing, and U. Becker: Role of iron in the incorporation of uranium in ferric garnet matrices. In: Physical Review B. Band 84, Nr. 155128, 2011, S. 1–10 (researchgate.net [PDF; 653 kB; abgerufen am 30. Juli 2017]).
- ↑ Zs. Rak, R. C. Ewing, and U. Becker: Electronic structure and thermodynamic stability of uranium-doped yttrium iron garnet. In: Journal of Physics: Condensed Matter. Band 25, Nr. 495502, 2011, S. 1–10 (researchgate.net [PDF; 517 kB; abgerufen am 30. Juli 2017]).