Wadsleyit

Wadsleyit ist ein Mineral aus der Abteilung der Gruppensilikate innerhalb der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung Mg₂[SiO₄]^[1] und ist damit chemisch gesehen ein Magnesium-Silikat.

Wadsleyit kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem, entwickelt aber nur mikrokristalline Aggregate mit Korngrößen bis maximal 5 µm. Bei Wasseraufnahme von mehr als 1,5 % ändert Wadsleyit sein Kristallsystem und wird monoklin.

In reiner Form ist Wadsleyit annähernd farblos und durchsichtig. Bei natürlich vorkommenden Wadsleyiten kann allerdings bis zu 30 % der Mg²⁺-Ionen durch Fe²⁺-Ionen ersetzt (substituiert) sein, wodurch das Mineral eine dunkelgrüne Farbe annimmt.

Etymologie und Geschichte

Die Vorstellung, dass Olivin bei hohem Druck Phasentransformationen durchläuft, geht auf Experimente des Kristallchemikers Victor Mordechai Goldschmidt in den 1920er Jahren und darauf aufbauende Überlegungen von Harold Jeffreys und John Bernal aus den 1930er Jahren zurück. Der erste dieser Phasenübergänge, also der von Olivin zu Wadsleyit, wurde jedoch experimentell erst 1966 von Ringwood und Major nachgewiesen. Zwei Jahre später bestätigten Akimoto und Sato Wadsleyit, das zunächst als β-Phase bezeichnet wurde, als stabile Phase.

Das Mineral ist nach dem Mineralogen Arthur David Wadsley (1918–1969) benannt.

Klassifikation

In der veralteten, aber teilweise noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Wadsleyit zur Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ und dort zur Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“, wo er zusammen mit Ringwoodit die unbenannte Gruppe VIII/A.06 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Wadsleyit dagegen in die Abteilung der „Gruppensilikate (Sorosilikate)“ ein. Diese ist zudem weiter unterteilt nach der Art der Silikatgruppenbildung, der möglichen Anwesenheit weiterer Anionen und der Koordination der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seinem Aufbau in der Unterabteilung „Si₂O₇-Gruppen mit zusätzlichen Anionen; Kationen in oktaedrischer [6] und größerer Koordination“ zu finden ist, wo es zusammen mit dem bisher nur hypothetisch bekannten Mineral Wadsleyit II die unbenannte Gruppe 9.BE.02 bildet.

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Wadsleyit wie die veraltete 8. Auflage der Strunz-Systematik in die Abteilung der „Inselsilikate“ ein, wo er als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe 51.03.04 innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO₄-Gruppen mit allen Kationen nur in oktahedraler [6]-Koordination“ zu finden.

Kristallstruktur

Molvolumen als Funktion des Drucks bei Zimmertemperatur

Wadsleyit kristallisiert orthorhombisch in der Raumgruppe Imma (Raumgruppen-Nr. 74)Vorlage:Raumgruppe/74 mit den Gitterparametern a = 5,71 Å; b = 11,47 Å und c = 3,28 Å sowie 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[2]

Wadsleyit hat eine modifizierte Spinellstruktur. Die Mg- und Si-Atome sind vollkommen geordnet. Es gibt drei unterschiedliche oktaedrische Gitterpositionen (M1, M2 und M3) und eine tetraedrische Position. Von den vier unterschiedlichen Sauerstoffionen der Struktur ist das auf der O1-Position nicht an Silicium gebunden, sondern liegt zwischen vier Mg²⁺-Oktaedern.

Bei Hydrierung (Wasseraufnahme) kann es eine Bindung mit einem Wasserstoffion, also einem Proton, eingehen und dabei eine Mg-Fehlstelle auf der M3-Position erzeugen. Übersteigt der Wassergehalt etwa 1,5 %, ordnen sich die M3-Fehlstellen so, dass sich die normale orthorhombische Symmetrie des Kristalls zu einer monoklinen mit einem Winkel β von bis 90,4° verringert.

Eigenschaften

Aufgrund der Anisotropie des orthorhombischen bzw. monoklinen Kristallstruktur zeigen die Kristalle Doppelbrechung.

Modifikationen und Varietäten

Wadsleyit ist die Hochdruckmodifikation von Forsterit, dem magnesiumhaltigen Endglied der Olivin-Mischreihe. Anders als bei der α-Modifikation Forsterit und der γ-Modifikation Ringwoodit gibt es beim als β-Phase bezeichneten Wadsleyit keine durchgängige Mischreihe mit bis zu 100 % Eisen anstelle von Magnesium (siehe auch Fayalit#Modifikationen und Varietäten).

Bildung und Fundorte

Wadsleyit tritt auf der Erde vor allem im oberen Teil der Übergangszone des Erdmantels zwischen etwa 410 und 520 km Tiefe auf und bildet dort die dominierende Mineralphase. Das Vorhandensein überzähliger Bindungselektronen des Sauerstoffs in den Si₂O₇-Gruppen der Wadsleyit-Kristallstruktur erlaubt den relativ leichten Einbau von bis zu drei Massenprozent Wasser in das eigentlich wasserfreie Mineral. Dadurch wird Wadsleyit potenziell zu einem wichtigen Wasserspeicher im Erdinneren.^[5]

Außerdem ist das Mineral mitunter auch als Produkt von Stoßwellenmetamorphose in Meteoriten gefunden worden. Die erste bekannte natürliche Probe stammt von einem Steinmeteorit (Chondrit), der nahe dem Peace River in der kanadischen Provinz Alberta gefunden wurde.^[6]

Weitere Meteoriten, in denen Wadsleyit nachgewiesen werden konnte, sind der Tenham-Steinmeteorit in der australischen Provinz Queensland, die Chondriten Boxian und Sixiangkou in den chinesischen Provinzen Anhui und Jiangsu, der Chassigny-Marsmeteorit im französischen Département Haute-Marne, der kohlige Chondrit Gujba im nigerianischen Bundesstaat Yobe und der Chondrit Dhofar 922 in der gleichnamigen Region des Sultanats Oman.^[7]

Daneben fand man Wadsleyit noch in den ultramafischen Gesteinen des Maowu-Komplexes im Kreis Qianshan in der chinesischen Provinz Anhui sowie auf den Schlackefeldern der Richelsdorfer Hütte im gleichnamigen hessischen Gebirge in Deutschland.^[7]

Siehe auch

• Liste der Minerale

Literatur

• Takaaki Kawazoe, Johannes Buchen, Hauke Marquardt: Synthesis of large wadsleyite single crystals by solid-state recrystallization. In: American Mineralogist. Band 100, 2015, S. 2336–2339, doi:10.2138/am-2015-5400. 
• G. D. Price, A. Putnis, S. O. Agrell, D. G. W. Smith: Wadsleyite, natural β-(Mg, Fe)₂SiO₄ from the Peace River Meteorite. In: The Canadian Mineralogist. Band 21, Nr. 1, 2. Januar 1983, S. 29–35 (rruff.info [PDF; abgerufen am 3. Januar 2016]). 
• Annette K. Kleppe, Andrew P. Jephcoat, Joseph R. Smyth: High-pressure Raman spectroscopic studies of hydrous wadsleyite II. In: American Mineralogist. Band 91, 2006, S. 1102–1109 (rruff.info [PDF; 381 kB; abgerufen am 3. Januar 2016]). 

Weblinks

• American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Wadsleyite
• Mineralienatlas:Wadsleyit
• RRUFF Database-of-Raman-spectroscopy – Wadsleyite
• Mindat – Wadsleyite

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} IMA/CNMNC List of Mineral Names; November 2015 (PDF 1,6 MB)
2. ↑ ^{a b c} Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 539. 
3. ↑ Webmineral - Wadsleyite Mineral Data
4. ↑ ^{a b} Wadsleyite, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF 63,6 kB)
5. ↑ Joseph R. Smyth: β-Mg₂SiO₄: A potential host for water in the mantle? In: American Mineralogist. Band 72, Nr. 11-12, 12. Januar 1987, S. 1051–1055 (minsocam.org [PDF; abgerufen am 25. Oktober 2014]). 
6. ↑ G. D. Price, A. Putnis, S. O. Agrell, D. G. W. Smith: Wadsleyite, natural β-(Mg, Fe)₂SiO₄ from the Peace River Meteorite. In: The Canadian Mineralogist. Band 21, Nr. 1, 2. Januar 1983, S. 29–35 (rruff.info [PDF; abgerufen am 3. Januar 2016]). 
7. ↑ ^{a b} Fundortliste für Wadsleyit beim Mineralienatlas und bei Mindat