Klinoenstatit

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Klinoenstatit
Allgemeines und Klassifikation
Chemische Formel Mg2Si2O6
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Silikate und Germanate
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana 		9.DA.10[1] (8. Auflage: 8/D.01-10[1])
65.1.1.1[1]
Kristallographische Daten
Kristallsystem monoklin
Kristallklasse; Symbol monoklin-prismatisch; 2/m
Raumgruppe P21/c (Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14
Gitterparameter a = 9,6065(11) Å; b = 8,8146(7) Å; c = 5,1688(6) Å
α = 90°; β = 108,335(9)°; γ = 90°[3][4]
Formeleinheiten Z = 4[3][4]
Zwillingsbildung polysynthetisch nach (100)[2]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 5-6[2]
Dichte (g/cm3) synthetisch: 3,210[3]
Spaltbarkeit gut nach {110}[2]
Farbe farblos, braun
Strichfarbe weiß
Transparenz transparent
Glanz Bitte ergänzen!
Radioaktivität -
Magnetismus -
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = 1,651[3]
nβ = 1,654[3]
nγ = 1,660[3]
Doppelbrechung δ = 0,009[3]
Optischer Charakter zweiachsig positiv[2]
Achsenwinkel 2V = 53,5°[2]

Das Mineral Klinoenstatit ist ein seltenes Kettensilikat aus der Pyroxengruppe mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung Mg2+2Si2O6.

Klinoenstatit kristallisiert mit monokliner Symmetrie bei Temperaturen unter ~700 °C und Drucken unter 70 kbar.

In der Natur kommt Klinoenstatit vorwiegend in Meteoriten, vor allem in Enstatit-Chondriten und in einigen basischen Magmatiten, z. B. Boniniten vor. Er tritt in Form farbloser bis bräunlicher oder grünlicher Kristalle von einigen mm bis cm Größe auf. Charakteristisch ist eine lamellare Verzwillingung nach einer Prismenfläche, die als Flächenstreifung sichtbar werden kann.

Etymologie und Geschichte

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurden kalziumarme, monokline Pyroxene aus basischen Magmatiten und Meteoriten beschrieben, die nur schlecht in die damals gebräuchliche Unterteilung nach Gustav Tschermak passten. In seiner im Mai 1906 an der Universität Helsinki vorgelegten Dissertation trug Walter Wahl die zu seiner Zeit bekannten Beschreibungen dieser Klinopyroxene zusammen und führte für diese Gruppe der "Enstatitaugite" neue Namen ein. Für die kalziumärmsten Klinopyroxene folgte er der damaligen Benennung der Orthopyroxene und vergab für zunehmende Magnesiumgehalte die Namen "Klinohypersthen", "Klinobronzit" und "Klinoenstatit".[5] Der Name Klinoenstatit ist als einziger heute noch gebräuchlich.[6]

Bis in die 1950er Jahre ging man davon aus, dass Klinoenstatit in der gleichen Struktur wie Diopsid vorliegt (Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15).[7] Ausgehend von Überlegungen von T. Ito aus dem Jahr 1950 konnte Nobuo Morimoto von der Universität Tokio 1956 die Unterschiede zur Diopsidstruktur aufzeigen und erstmals die Struktur kalziumarmer Klinopyroxene in der Raumgruppe P21/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 beschreiben.[8] Unabhängig von Morimoto kamen 1957 Bown & Gay an der University of Cambridge für Pigeonit zu dem gleichen Ergebnis.[9] Während eines Aufenthaltes am Geophysical Laboratory der Carnegie Institution of Washington konnte Morimoto 1959 schließlich die Struktur von Pigeonit und Klinoenstatit aufklären und verfeinern.[10]

Klassifikation

In der strukturellen Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) gehört Klinoenstatit zusammen mit Enstatit, Protoenstatit, Ferrosilit, Klinoferrosilit und Pigeonit zu den Magnesium-Eisen-Proxenen (Mg-Fe-Pyroxene) in der Pyroxengruppe.[6]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Klinoenstatit zur Abteilung der „Ketten- und Bandsilikate (Inosilikate)“, wo er zusammen mit Aegirin, Augit, Diopsid, Esseneit, Hedenbergit, Jadeit, Jervisit, Johannsenit, Kanoit, Klinoferrosilit, Kosmochlor, Namansilit, Natalyit, Omphacit, Petedunnit, Pigeonit und Spodumen die „Pyroxengruppe, Untergruppe Klinopyroxene“ mit der System-Nr. VIII/D.01 innerhalb der Pyroxengruppe bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz'schen Mineralsystematik ordnet den Klinoenstatit ebenfalls in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Ketten- und Bandsilikate (Inosilikate)“ ein. Diese Abteilung ist weiter unterteilt nach dem Aufbau der Silikatketten sowie der Zugehörigkeit zu größeren Mineralfamilien, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seines Aufbaus in der Unterabteilung „Ketten- und Bandsilikate mit 2-periodischen Einfachketten Si2O6; Pyroxen-Familie“ zu finden ist, wo es zusammen mit Kanoit, Klinoferrosilit, und Pigeonit die „Mg,Fe,Mn-Klinopyroxene – Klinoenstatitgruppe“ mit der System-Nr. 9.DA.10 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Klinoenstatit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Kettensilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Klinoferrosilit, Kanoit und Pigeonit in der Gruppe der „P2/c Klinopyroxene“ mit der System-Nr. 65.01.01 innerhalb der Unterabteilung „Kettensilikate: Einfache unverzweigte Ketten, W=1 mit Ketten P=2“ zu finden.

Chemismus

Klinoenstatit hat die idealisierte Zusammensetzung [M2]Mg[M1]Mg[T]Si2O6, wobei [M2], [M1] und [T] die Positionen in der Pyroxenstruktur sind.

Es besteht eine lückenlose Mischbarkeit mit Klinoferrosilit, entsprechend der Austauschreaktion

  • M1,2Mg2+ = M1,2Fe2+ (Klinoferrosilit)

sowie eine begrenzte Mischbarkeit mit Diopsid, entsprechend der Austauschreaktion

  • M2Mg2+ = M2Ca2+ (Diopsid).

Weiterhin kann Klinoenstatit geringe Mengen Aluminium enthalten, das z. B. über die Tschermaks-Substitution eingebaut wird:

  • M1,2Mg2+ + TSi4+ = M1,2Al3+ + TAl3+ (Magnesium-Tschermaks).

Kristallstruktur

Klinoenstatit kristallisiert mit monokliner Symmetrie in der Raumgruppe P21/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Das synthetische Endglied hat die Gitterparameter a = 9,6065(11) Å, b =8,8146(7)Å, c = 5,1688(6)Å und ß=108,335(9).[3][4]

Die Struktur ist die von Pyroxen und unterscheidet sich in einigen Details vor der der zentrosymetrischen Klinopyroxene mit der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 (z. B. Diopsid). Kalzium ist im Diopsid von acht Sauerstoffen umgeben, während Magnesium (Mg2+) auf den M1- und M2-Positionen der Klinoenstatitstruktur oktaedrisch von sechs Sauerstoffen umgeben ist. Silizium (Si4+) besetzt die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen T-Positionen. Mg2+ ist ein deutlich kleineres Kation, als Ca2+ und die SiO4-Tetraederketten sind daher im Klinoenstatit etwas gestaucht. Diese Verkürzung wird durch eine leichte Drehung der SiO4-Tetraeder erreicht. Im Gegensatz zu den zentrosymmetrischen Klinopyroxenen der Diopsid-Hedenbergit-Reihe weist die Klinoenstatitstruktur zwei symmetrisch verschiedene Silikatketten mit gegensätzlich rotierten Silikattetraedern auf.[8][10]

Modifikationen

Druck-Temperatur-Phasendiagramm für die Verbindung MgSiO3 nach Presnell 1995[11]

Magnesiummetasilicat MgSiO3 ist polymorph und kann mit verschiedenen Strukturtypen und Symmetrien vorkommen.

Pyroxene

Klinoenstatit bezeichnet MgSiO3 mit Pyroxenstruktur in der zuvor beschriebenen monoklinen Symmetrie mit der Raumgruppe P21/c (Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14. Er ist bei Temperaturen unter ~700 °C und Drucken bis ~7 GPa stabil. Bei höherem Druck wandelt sich Klinoenstatit in Hochklinoenstatit mit der Struktur von Diopsid in der Raumgruppe C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 um. Bei höheren Temperaturen ist der Orthopyroxen Enstatit (Pbca (Nr. 61)Vorlage:Raumgruppe/61) stabil, der sich bei niedrigen Druck oberhalb von ~1000 °C in den ebenfalls orthorhombischen Protoenstatit (Pbcn (Nr. 60)Vorlage:Raumgruppe/60) umwandelt.[11] Bei rascher Abkühlung wandelt sich Protoenstatit nicht in Enstatit, sondern bei ~865 °C metastabil in Klinoenstatit um.[12][13]

Hochdruckphasen

Oberhalb von 17–18 GPa ist die Pyroxenstruktur von MgSiO3 nicht mehr stabil und das Magnesiummetasilikat liegt bei Temperaturen über ~1600 °C in der Struktur von Granat (Majorit) und unterhalb von 1600 bis 2000 °C in der Ilmenitstruktur (Akimotoit) vor. Bei extrem hohen Drucken oberhalb von ~22 GPa geht MgSiO3 in die Perowskitstruktur (Bridgmanit) über.

Bildung und Fundorte

Die meisten natürlichen Klinoenstatite wurden nicht in ihrem Stabilitätsfeld gebildet, sondern metastabil bei der Abkühlung der Hochtemperaturmodifikation Protoenstatit.[14][15]

Eine Typlokalität wird für Klinoenstatit nicht angegeben. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts ist Klinoenstatit unter verschiedenen Namen in Meteoriten und einigen basischen Magmatiten beschrieben worden.[5]

Boninite

Auf der Erdoberfläche ist Klinoenstatit sehr selten. Die meisten bekannten Vorkommen liegen im westlichen pazifischen Feuerring. Klinoenstatit findet sich hier in Form mm- bis cm-großer Kristalle in Boniniten, magnesiumreichen, ultrabasischen Magmatiten, wo sie zusammen mit Enstatit, Glas, sekundärem Zeolithen und Chromit auftreten.[14][16][17]

Enstatit-Chondrite

Bei den meisten Fundorten von Klinoenstatit handelt es sich um Meteorite.[18] Die Meteorite aus der Gruppe der Enstatit-Chondrite bestehen vorwiegend aus Enstatit und Klinoenstatit, Kamacit, Troilit und Plagioklas, wobei besonders die Enstatit-Chondrite des Typs EH Klinoenstatit enthalten, die EL Chondrite hingegen nicht.[19]

Weiterhin wurde Klinoenstatit im Material des Kometen 81P/Wild 2 nachgewiesen.[15]

Erdmantel

Unter den Bedingungen des oberen Erdmantels wandelt sich Enstatit in Hoch-Klinoenstatit um, die centrosymmetrische Modifikation von Clionenstatit mit der Struktur von Diopsid und der Raumgruppe C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15. Hoch-Klinoenstatit ist zusammen mit Diopsid-Jadeit-Mischkristallen, Forsterit und Pyrop ein wesentlicher Bestandteil des oberen Erdmantels.[20] Im Bereich der Mantelübergangszone bei ~400 km Tiefe löst sich Klinopyroxen als Majoritkomponente zunehmend im Pyrop und liegt unter den Bedingungen des unteren Erdmantels in der Struktur des Perowskit als Bridgmanit vor.

Entmischungen

In Diopsid aus ultrabasischen Gesteinen in Hokkaidō, Japan, wurden Entmischungslamellen von Klinoenstatit beobachtet.[21]

Neben Diopsid kann auch Plagioklas Entmischungen von Pyroxenen aufweisen. Im Labradorit der Dust Devil Mine bei Plush im Lake County (Oregon), USA kommt Klinoenstatit in Form submikroskopischer Entmischungen zusammen mit Protoenstatit und Kupfer-Nanokristallen vor. Diese Entmischungen sind für die grüne Färbung der wassermelonenartig zonierten Kerne dieser Plagioklase verantwortlich.[22]

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c Clinoenstatite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 19. Mai 2019 (englisch).
  2. ↑ a b c d e Clinoenstatite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 75 kB; abgerufen am 15. Juni 2019]).
  3. ↑ a b c d e f g D. A. Stephenson, C. B. Sclar, J. V. Smith: Unit cell volumes of synthetic orthoenstatite and low clinoenstatite. In: Mineralogical Magazine. Band 35, 1966, S. 838–846 (citeseerx.ist.psu.edu [PDF; 468 kB; abgerufen am 15. Juni 2019]).
  4. ↑ a b Joseph R. Smyth and Tamsin C. McCormick: Crystallographic Data For Minerals. In: Mineral physics and crystallography: a handbook of physical constants. 1995, S. 1–17 (citeseerx.ist.psu.edu [PDF; 24,1 MB; abgerufen am 19. Mai 2019]).
  5. ↑ a b Walter Wahl: Die Enstatitaugite. 1906, S. 146 (rruff.info [PDF; 9,7 MB; abgerufen am 3. Juni 2019]).
  6. ↑ a b Subcommite on Pyroxenes, CNMMN; Nobuo Morimoto: Nomenclature of Pyroxenes. In: The Canadian Mineralogist. Band 27, 1989, S. 143–156 (mineralogicalassociation.ca [PDF; 1,6 MB; abgerufen am 30. März 2019]).
  7. ↑ Hisashi Kuno and Harry Hammond Hess: Unit cell dimensions of clinoenstatite and pigeonite in relation to other common clinopyroxenes. In: American Journal of Science. Band 251, 1953, S. 741–752, doi:10.2475/ajs.251.10.741.
  8. ↑ a b Nobuo Morimoto: The Existence of Monoclinic Pyroxenes with the Space Group C52h - P21/c. In: Proceedings of the Japan Academy. Band 32, 1956, S. 750–752 (jst.go.jp [PDF; 547 kB; abgerufen am 3. Juni 2019]).
  9. ↑ M. C. Bown and P. Gay: Observations on pigeonite. In: Acta Crystallographica. Band 10, 1957, S. 440–441, doi:10.1107/S0365110X57001462.
  10. ↑ a b Nobuo Morimoto, Daniel E. Appelman, Howard T. Evans Jr.: The crystal structure of clinoenstatit and pigenite. In: Zeitschrift für Kristallographie. Band 114, 1960, S. 120–147 (rruff.info [PDF; 2,1 MB; abgerufen am 3. Juni 2019]).
  11. ↑ a b Dean C. Presnall: Phase Diagrams of Earth-Forming Minerals. In: Mineral physics and crystallography: a handbook of physical constants. 1995, S. 252–273 (citeseerx.ist.psu.edu [PDF; 24,1 MB; abgerufen am 19. Mai 2019]).
  12. ↑ Leon Atlas: The Polymorphism of MgSiO3 and Solid-State Equilibria in the System MgSiO3-CaMgSi2O6. In: The Journal of Geology. Band 60, 1952, S. 125–147, doi:10.1086/625944.
  13. ↑ J. F. Sarver, F. A. Hummel: Stability Relations of Magnesium Metasilicate Polymorphs. In: Journal of the American Ceramic Society. Band 45, 1962, S. 152–156, doi:10.1111/j.1151-2916.1962.tb11110.x.
  14. ↑ a b W. B. Dallwitz, D. H. Green, J. E. Thompson: Clinoenstatite in a Volcanic Rock from the Cape Vogel Area, Papua. In: Journal of Petrology. Band 7, 1966, S. 375–403 (d28rz98at9flks.cloudfront.net [PDF; 32,9 MB; abgerufen am 19. Mai 2019]).
  15. ↑ a b Sylvia Schmitz, Frank E. Brenker: Microstructural Indications for Protoenstatite Precursor of Cometary MgSiO3 Pyroxene: A Further High-Temperature Component of Comet Wild 2. In: The Astrophysical Journal. Band 681, 2008, S. L105-L108 (researchgate.net [PDF; 1,7 MB; abgerufen am 18. Mai 2019]).
  16. ↑ Keiichi Shiraki, Naoshi Kuroda, Hayaomi Urano, Shigenori Manuyama: Clinoenstatite in boninites from the Bonin Islands, Japan. In: Nature. Band 285, 1980, S. 31–32, doi:10.1038/285031a0.
  17. ↑ T. Sameshima, J.-P. Paris, Philippa M. Black, R. F. Herring: Clinoenstatite-bearing lava from Nepoui, New Caledonia. In: American Mineralogiste. Band 68, 1983, S. 1076–1082 (minsocam.org [PDF; 733 kB; abgerufen am 19. Mai 2019]).
  18. ↑ Fundortliste für Klinoenstatit beim Mineralienatlas und bei Mindat
  19. ↑ Derek W. Sears, Gregory W. Kallemeyn, Jhon T. Wasson: The compositional classification of chondrites: II The enstatit chondrit groups. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 46, 1982, S. 597–608 (dsears.hosted.uark.edu [PDF; 2,1 MB; abgerufen am 19. Juni 2019]).
  20. ↑ R. J. Angel, A. Chopelas & N. L. Ross: Clinoenstatite in boninites from the Bonin Islands, Japan. In: Nature. Band 358, 1992, S. 322–324, doi:10.1038/358322a0.
  21. ↑ Yoshiaki Yamaguchi, Katsutoshi Tomita: Clinoenstatite as an Exsolution Phase in Diopside. In: Memoirs of the Faculty of Science, Kyoto University. Series ofgeology and mineralogy. Band 37, 1970, S. 173–180 (core.ac.uk [PDF; 1,8 MB; abgerufen am 19. Juni 2019]).
  22. ↑ Huifang Xu, Tina R. Hill, Hiromi Konishi, Gabriela Farfan: Protoenstatite: A new mineral in Oregon sunstones with “watermelon” colors. In: American Mineralogist. Band 102, 2017, S. 2146–2149 (minsocam.org [PDF; 1,1 MB; abgerufen am 18. Mai 2019]).
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