Cordierit

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Cordierit
Cordierite.jpg
links: Rohstein mit Pleochroismus; rechts: Facettenschliff
Allgemeines und Klassifikation
Andere Namen
  • Dichroit
  • Iolith
  • Wassersaphir
  • Luchssaphir
Chemische Formel
  • Mg2Al3[AlSi5O18][1]
  • (Mg,Fe)2Al3[AlSi5O18][2]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Ringsilikate (Cyclosilikate)
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana 		9.CJ.10 (8. Auflage: VIII/E.12)
61.02.01.01
Ähnliche Minerale Plagioklas, wird leicht verwechselt
Kristallographische Daten
Kristallsystem orthorhombisch
Kristallklasse; Symbol orthorhombisch-dipyramidal; 2/m 2/m 2/m[3]
Raumgruppe Cccm (Nr. 66)Vorlage:Raumgruppe/66[4]
Gitterparameter a = 17,09 Å; b = 9,73 Å; c = 9,36 Å[4]
Formeleinheiten Z = 4[4]
Häufige Kristallflächen {100}, {010}, {001}, {110}, {310}, {101}, {112}[1]
Zwillingsbildung einfache, lamellare und zyklische Zwillinge nach {110} und {130}[5]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 7 bis 7,5
Dichte (g/cm3) gemessen: 2,60 bis 2,66; berechnet: 2,505[5]
Spaltbarkeit deutlich nach {100}, undeutlich nach {001} und {010}[5]
Bruch; Tenazität uneben bis muschelig
Farbe tiefblau bis blauviolett; seltener grünlich, gelblichbraun, grau, hellblau bis farblos
Strichfarbe weiß
Transparenz durchsichtig bis undurchsichtig
Glanz Glasglanz, Fettglanz auf Bruchflächen
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = 1,527 bis 1,560[6]
nβ = 1,532 bis 1,574[6]
nγ = 1,538 bis 1,578[6]
Doppelbrechung δ = 0,011 bis 0,018[6]
Optischer Charakter zweiachsig negativ
Achsenwinkel 2V = 75 bis 89° (gemessen); 54 bis 86° (berechnet)[6]
Pleochroismus stark:[6]

X = c = hellgelb, grün
Y = a = violett, blauviolett
Z = b = hellblau

Cordierit, veraltet auch als Dichroit oder Iolith bekannt, ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“. Es kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung Mg2Al3[AlSi5O18][1] und ist damit chemisch gesehen ein Magnesium-Aluminium-Silikat. Die Strunz'sche Klassifikation der Minerale ordnet den Cordierit den Ringsilikaten zu, seiner Struktur nach ist Cordierit jedoch ein Gerüstsilikat.

Cordierit ist das Magnesium-Analogon zu Sekaninait (Fe2Al3[AlSi5O18]) und bildet mit diesem eine lückenlose Mischkristallreihe. Daher wird für Cordierit oft auch die Mischformel (Mg,Fe)2Al3[AlSi5O18][2] angegeben, wobei sich die in den runden Klammern angegebenen Elemente Magnesium und Eisen in der Formel jeweils gegenseitig vertreten (Substitution, Diadochie) können, jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals stehen.

In der Natur entwickelt Cordierit nur selten gut ausgebildete, kurz- bis langprismatische Kristalle. Meist findet er sich in Form körniger bis massiger Aggregate. Es wurden jedoch schon Kristalle von bis zu einem halben Meter Länge gefunden.[7] Unverletzte Kristallflächen weisen einen glasähnlichen Glanz auf, Bruchflächen glänzen dagegen eher fettähnlich.

Die vorherrschende Farbe des Cordierits ist Tiefblau bis Blauviolett, selten tritt er aber auch in grünlicher, gelblichbrauner, grauer oder hellblauer Farbe auf. Selbst farblose Cordierite sind bekannt.

Mit einer Mohshärte von 7 bis 7,5 gehört Cordierit zu den harten Mineralen, die wie das Referenzmineral Quarz (7) in der Lage sind, Glas zu ritzen.

Etymologie und Geschichte

Das Mineral war bereits Abraham Gottlob Werner (1749–1817) bekannt und erhielt von diesem den Namen Iolith – aus dem Griechischen ἴον [ion] für Veilchen und λίθος [lithos] für Stein, zusammen also „Veilchenstein“ – aufgrund seiner schwärzlichblauen, ins Violette spielenden Farbe, die Werner an ein Veilchen erinnerte.[8]

Der französische Mineraloge Louis Cordier (1777–1861) gab dem Mineral 1809 den Namen Dichroit („der Doppelfarbige“; siehe Description du dichroite, erschienen 1809). Da die Eigenschaft des Minerals jedoch eigentlich ein Pleochroismus ist, wurde es 1813 von J. A. H. Lucas in Cordierit umbenannt.[9]

Im Handel sind zudem folgende, teils irreführende Synonyme für den Cordierit im Umlauf:[10]

  • Luchssaphir (auch für Saphir mit fleckiger Färbung)
  • Wassersaphir (auch für farblosen Topas)
  • Polychroit

Als Typlokalität gilt Bodenmais bzw. der nahegelegene Große Arber im Bayerischen Wald.

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Cordierit zur Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ und dort zur Abteilung der „Ringsilikate (Cyclosilikate)“, wo er zusammen mit Bazzit, Beryll, Indialith, Pezzottait, Sekaninait und Stoppaniit die unbenannte Gruppe VIII/E.12 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Cordierit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Ringsilikate (Cyclosilikate)“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Struktur der Ringe, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „[Si6O18]12−-Sechser-Einfachringe ohne inselartige, komplexe Anionen“ zu finden ist, wo es nur noch zusammen mit Sekaninait die „Cordierit-Gruppe“ mit der System-Nr. 9.CJ.10 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Cordierit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Ringsilikate: Sechserringe“ ein. Hier ist er zusammen mit Sekaninait in der „Cordierit-Gruppe“ 61.02.01 innerhalb der Unterabteilung der „Ringsilikate: Sechserringe mit Al-substituierten Ringen“ zu finden.

Kristallstruktur

Kristallstruktur von Cordierit mit Sicht auf die c-Achse
_ Mg _ O, _ Al und Si

Cordierit kristallisiert orthorhombisch in der Raumgruppe Cccm (Raumgruppen-Nr. 66)Vorlage:Raumgruppe/66 mit den Gitterparametern a = 17,09 Å; b = 9,73 Å und c = 9,36 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[4]

Die Kristallstruktur von Cordierit ähnelt der des 6er-Einfachringsilikates Beryll (Al2Be3[Si6O18] hexagonale Symmetrie). Die ersten Strukturbestimmungen zeigten, dass in den [Si6O18]12−-6er-Ringen des Cordierites je ein Si4+ durch ein Al3+-Ion ersetzt ist. Daher der entsprechende Formelteil [AlSi5O18]13− für den Silikatbaustein (im Bild gelbe und dunkelgraue Dreiecke). Diese 6-er-Ringe sind untereinander verbunden durch eine weitere tetraedrisch von 4 Sauerstoffen umgebene Kationenposition und eine von 6 Sauerstoffen umgebene Oktaederposition. Im Cordierit findet sich auf der ringverknüpfenden Tetraederposition das Aluminium Al3+ (Beryll: Beryllium Be) und auf den Oktaederpositionen Magnesium Mg2+ (Beryll: Aluminium Al3+). Diese Analogie zur Beryllstruktur und die Zuordnung des gesamten Si zu den 6er-Tetraederring-Positionen führten zu der Klassifikation des Cordierit als Ringsilikat.[11][12][4]

Spätere Untersuchungen zur Verteilung von Al und Si zeigten, dass für die Beschreibung der Si-Al-Verteilung alle tetraedrischen Positionen berücksichtigt werden müssen und Si auch auf der ringverbindenden Al-Tetraederposition eingebaut wird. Bei Temperaturen oberhalb von 830 °C verteilen sich das Si und Al gleichmäßig über alle Tetraederpositionen (Hochtemperaturmodifikation Indialith). Auch bei der ideal geordneten Tieftemperaturmodifikation Cordierit ist 1/3 der ringverknüpfenden Tetraeder mit Si besetzt. Für Cordierit und Indialith ergibt sich somit eine Alumosilikat-Gerüststruktur aus Ketten von 4er-Ringen in c-Richtung, die seitlich zu 6er-Ringen verbunden sind. Strukturell ist Cordierit ein Gerüstsilikat mit der idealisierten Strukturformel Mg2[Si5Al4].[13]

Die Substitution von Si durch Al und deren geordnete Verteilung führt zu einer Verzerrung des Kristallgitters und damit zur Verringerung der Symmetrie. Cordierit ist daher orthorhombisch, jedoch aufgrund von Zwillingsbildung ähnlich wie beim Aragonit mit pseudohexagonalem Habitus.[1]

Eigenschaften

Cordierit ist stark pleochroitisch, was bedeutet, dass sich die Farbe des Kristalls mit bloßem Auge sichtbar je nach Lichteinstrahlung ändert. Da Cordierit doppelbrechend ist, zeigen sich drei verschiedene Farben, und zwar Hellgelb, Violett bis Blau und Hellblau.

  • Cordierit facettiert mit Kette – Sicht auf die blau-violette a-Achse

  • Cordierit facettiert mit Kette – Sicht auf die farblose b-Achse

Modifikationen und Varietäten

Die Verbindung Mg2Al3[AlSi5O18] ist dimorph und kommt neben dem orthorhombisch kristallisierenden Cordierit noch als hexagonal kristallisierende Hochtemperaturmodifikation Indialith vor. Aufgrund der stark gehemmten Gleichgewichtseinstellung der Fehlordnungen im Kristallgitter sind in der Natur alle Übergänge zwischen Indialith und Cordierit anzutreffen.[1]

Cerasit aus Sakuratenjin, Kameoka, Präfektur Kyōto, Honshū, Japan
(Größe: 0,6 cm × 0,5 cm × 0,4 cm)

Als Cerasit wird eine Cordierit-Varietät bezeichnet, deren Habitus dem von Trapiche-Smaragden ähnelt.[14] Meist sind Cerasite zudem zu Muskovit bzw. Serizit oder Pinit umgewandelt (siehe Muskovit-Varietäten).

Die Varietät Iolith-Sonnenstein ist ein durch Einlagerung von Hämatit- oder Goethit-Schüppchen rötlich gefärbter Cordierit.[15]

Die eisenhaltige Varietät Steinheilit[16] erhielt ihren Namen durch den Chemiker Johan Gadolin, der das Mineral nach seinem Entdecker Fabian Gotthard von Steinheil benannte. Dieser war ein an mineralogischen Fragen interessierter Generalgouverneur von Finnland (1810–1812, 1814–1823).[17]

Bildung und Fundorte

Cordierit ist ein typisches Mineral kontaktmetamorpher Pelite, Gneisen und Glimmerschiefern, die bei Drücken unterhalb 5 kbar und Temperaturen von 550 °C bis über 800 °C gebildet wurden (Hornblende-Hornfels-Fazies, Pyroxen-Hornfels-Fazies bis Sanidinit-Fazies). Als Begleitminerale treten unter anderem Andalusit, Biotit, Granat, Korund, Muskovit, Sillimanit und Spinell auf.

Bei zunehmender Temperatur setzt die Bildung von Cordierit mit der Reaktion von Chlorit + Muskovit zu Cordierit + Biotit + Andalusit oder Sillimanit + H2O ein. Bei hohen Temperaturen bildet sich Cordierit über die Reaktion von Biotit + Sillimanit zu Granat + Cordierit + H2O.[18] Cordierit ist bei einsetzender Gesteinsschmelze noch stabil (Migmatite) und bildet sich auch magmatisch bei der Kristallisation granitischer Schmelzen sowie in Pegmatiten.

Außer in Metapeliten und granitischen Gesteinen tritt Cordierit gesteinsbildend noch in metamorphen ultramafischen Gesteinen auf, den Cordierit-Anthophyllit-Gneisen. Für die meisten dieser Gesteine wird ein 2-stufiger Entstehungsprozess angenommen. Ausgangsgesteine sind Vulkanite kontinentaler oder ozeanischer Spreizungszonen, meist Basalte des Ozeanbodens. Diese werden zunächst von hydrothermalen Lösungen, vor allem Seewasser, das entlang von mittelozeanischen Spreizungszonen aufgeheizt wird und durch die Gesteine des Ozeanboden diffundiert, ausgelaugt. Dieser verbreitete Prozess der Ozeanbodenmetamorphose entfernt Kalzium, Kalium und Eisen aus den Basalten. Werden die verbleibenden Serizit- und chloritreichen Gesteine anschließend regionalmetamorph verändert, bilden sich mangels Kalzium statt Klinoamphibolen (Aktinolith, Hornblende) die Orthoamphibole Cummingtonit, Anthophyllit und Gedrit. Wegen der ebenfalls geringen Kaliumgehalte können sich die Cordierit-verdrängenden Minerale Biotit, Muskovit oder Kalifeldspat nicht bilden und Cordierit ist über einen wesentlich größeren Temperaturbereich stabil, als in Metapeliten.[19][20]

Mit zunehmenden Temperaturen bildet sich Cordierit ab 400 °C bei 1–3 kbar beim Abbau von Chlorit:[20]

  • Andalusit + Chlorit = Cordierit + Staurolith + H2O
  • Staurolith + Chlorit = Cordierit + Granat + H2O
  • Granat + Chlorit = Cordierit + Cummingtonit/Gedrit (Gedrit ab ca. 450 °C)

Die Bildung von Cordierit ist auf Drucke unter 5 kbar beschränkt. Mit steigenden Drucken baut sich Cordierit ab zu[20]

  • 1–2 kbar: Cordierit + Granat + Cummingtonit = Gedrit/Orthoamphibol
  • 2–4 kbar: Cordierit + Cummingtonit = Chlorit + Gedrit/Orthoamphibol
  • 3–5 kbar: Cordierit + Granat = Sillimanit + Gedrit/Orthoamphibol

Als eher seltene Mineralbildung kann Cordierit an verschiedenen Fundorten zum Teil zwar reichlich vorhanden sein, insgesamt ist er aber wenig verbreitet. Weltweit sind bisher (Stand: 2014) etwas mehr als 900 Fundorte für Cordierit bekannt.[21] Neben seiner Typlokalität Großer Arber im Bayerischen Wald und weiteren Orten in der Oberpfalz in Bayern trat das Mineral in Deutschland unter anderem noch an mehreren Orten im Schwarzwald wie unter anderem in der Grube Clara bei Oberwolfach und einem Porphyr-Steinbruch bei Detzeln in Baden-Württemberg, auf der Blauen Kuppe im Eschweger Becken, im Vogelsberg,[22] am Otzberg im Odenwald[22] und im ehemaligen Marmoritwerk bei Hochstädten in Hessen, an einigen Stellen in der Umgebung von Bad Harzburg in Niedersachsen, an vielen Orten des nordrhein-westfälischen Siebengebirges bei Bad Godesberg und Königswinter, an zahlreichen Stellen in der Eifel wie unter anderem Andernach und Mendig in Rheinland-Pfalz, am Schaumberg (bei Theley) im Saarland, in mehreren Steinbrüchen in der Umgebung von Chemnitz in Sachsen, bei Eckernförde in Schleswig-Holstein und am Dolmar bei Meiningen in Thüringen auf.

Bekannt aufgrund außergewöhnlicher Cordieritfunde ist unter anderem das Näverberg-Feld etwa 4 km westlich vom Bergwerk von Falun in der schwedischen Provinz Dalarnas, wo bis zu 20 cm lange, durchsichtige Kristalle zutage traten. Die bisher größten bekannten Kristalle mit bis zu 50 cm Länge wurden allerdings bei La Fuenfria in der spanischen Sierra de Guadarrama gefunden und etwa halb so große Kristalle kennt man vom Cerro San Pedro nahe der spanischen Gemeinde Guadalix de la Sierra.[7]

In Österreich wurde das Mineral unter anderem in einem Basalt-Steinbruch am Pauliberg im Burgenland, an einigen Fundpunkten in Kärnten, bei Hessendorf (Gemeinde Dunkelsteinerwald) und an mehreren Orten im Waldviertel in Niederösterreich, am Stradner Kogel und in einem Basalt-Steinbruch bei Klöch in der Steiermark, bei Kleinstroheim und im Kürnberger Wald sowie an mehreren Orten im Mühlviertel in Oberösterreich und an der Schattenspitze im Ochsental (Silvretta) in Vorarlberg gefunden.

In der Schweiz konnte Cordierit bisher nur an einigen Stellen im Bergell (Val Bregaglia) und im Val Rebolgin nahe Lostallo im Kanton Graubünden sowie bei Brissago TI im Val Crodolo, bei Miregn (Gemeinde Biasca) und auf der Sponda Alp in der Gemeinde Chironico im Kanton Tessin gefunden werden.

Weitere Fundorte liegen unter anderem in Algerien, Andorra, der Antarktis, Argentinien, Äthiopien, Australien, Bolivien, Brasilien, China, Finnland, Frankreich und auf der französischen Insel Martinique, Georgien, Grönland, Indien, Iran, Irland, Israel, Italien, Japan, Kasachstan, der Demokratischen Republik Kongo (Zaire), Kanada, Madagaskar, Marokko, Myanmar, Namibia, Neuseeland, Norwegen, im Oman, Peru, Polen, Portugal, Rumänien, Russland, auf Saint John (Amerikanische Jungferninseln), Slowakei, Sri Lanka, Südafrika, Surinam, Tadschikistan, Tansania, Tschechien, Ungarn, im Vereinigten Königreich (UK) und den Vereinigten Staaten von Amerika (USA).[23]

Verwendung

Technische Keramik

Als Rohstoff für technische Keramik wird Cordierit überwiegend synthetisch hergestellt. Cordierit-Schaumstoff ist eine feuerfeste Keramik mit geringer Wärmeleitung und -ausdehnung. Sie wird eingesetzt, wenn eine Hochtemperaturisolation bei häufigen und großen Temperaturschwankungen erforderlich ist (Hitzeschilde, Isolation von Brennöfen, Abgaskatalysatoren, Pizzasteine).

Schmuck

Cordierit in verschiedenen Schmucksteinschliffen

Durchsichtige, hell- bis dunkelblaue Minerale werden als Schmucksteine unter dem Namen „Luchssaphir“ oder „Wassersaphir“ verkauft.

Sonnenstein

In Sagen und Erzählungen der Wikinger ist die Rede von einem Sonnenstein, der bei bewölktem Himmel ein Polarisationsmuster des Himmels anzeigt, welches den Sonnenstand erkennen lässt. Es wurde vermutet, dass es sich dabei um einen Cordierit-Kristall gehandelt habe.[24][25] Tageslicht zeigt durch Rayleigh-Streuung ein charakteristisches Polarisationsmuster, welches in charakteristischer Weise auf den Sonnenstand ausgerichtet ist.[26] Cordierit könnte als Polarisationsfilter gedient haben, um diese Ausrichtung zu erkennen.[27]

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Commons: Cordierite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e
  2. ↑ a b
  3. ↑ Webmineral - Cordierite
  4. ↑ a b c d
  5. ↑ a b c Cordierite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 77 kB; abgerufen am 16. September 2017]).
  6. ↑ a b c d e f Mindat Mindat – Cordierite
  7. ↑ a b Mineralienatlas: Mineralrekorde
  8. ↑ Handbuch der Mineralogie, Band 1 von C. A. S. Hoffmann, Abraham Gottlob Werner und August Breithaupt in der Google-Buchsuche
  9. ↑ J. A. H. Lucas: XIII. Cordierite (Iolithe). In: Tableau Méthodique Espèces Minérales. Seconde Partie. D'Hautel, Paris 1813, S. 219–222 (rruff.info [PDF; 208 kB; abgerufen am 16. September 2017]).
  10. ↑ Namenssuche. Handelsnamen und was sie bedeuten. EPI – Institut für Edelsteinprüfung, abgerufen am 4. April 2018 (Eingabe der entsprechenden Handelsnamen nötig).
  11. ↑ K. Takane, T. Takeuchi: The crystal structure of cordierite. In: Jap. Assoc. Mineral Petrol. Econ. Geol. Jour. Band 16, 1936, S. 107–127.
  12. ↑ Anders Byström: The crystal structure of cordierite. In: Arkiv för kemi, mineralogi och geologi. 15B, Nr. 12. Almqvist & Wiksells Boktryckeri, Stockholm 1942, S. 1–5.
  13. ↑ G. V. Gibbs: The Polymorphism Of Cordierite I: The Crystal Structure Of Low Cordierite. In: The American Mineralogist. Band 51, 1966, S. 1068–1087 (minsocam.org [PDF; 1,3 MB; abgerufen am 16. September 2017]).
  14. ↑ Mineralienatlas: Cerasit
  15. ↑
  16. ↑ Bonsdorff über den sogenannten Steinheilit. In: Journal für Chemie und Physik. Band 34, Nürnberg 1822 in der Google-Buchsuche
  17. ↑ Johann Gadolin. In: Mémoires de l'Académie impériale des sciences de St.-Pétersbourg. Band VI, 1918, S. 565–592.
  18. ↑ Frank S. Spear: Metamorphism of Pelites. In: Metamorphic Phase Equilibria and Pressure-Temperature-Time-Paths. Mineralogical Society of Amarica, Washington, D.C. 1993.
  19. ↑ William H. Peck, John W. Valley: Genesis Of Cordierite – Gedrite Gneises, Central Metasedimentary Belt Boundary Thrust Zone, Greenville Province, Ontario, Canada. In: The Canadian Mineralogist. Vol. 38, 2000, S. 511–524. (PDF)
  20. ↑ a b c Frank S. Spear: Metamorphism of Ultramafic and Cordierite-Anthophyllit Rocks. In: Metamorphic Phase Equilibria and Pressure-Temperature-Time-Paths. Mineralogical Society of Amarica, Washington, D.C. 1993.
  21. ↑ Mindat – Anzahl der Fundorte für Cordierit
  22. ↑ a b Otto Diehl: Gefrittete Basalte des Vogelsberges. In: Notizblatt der Hessischen Geologischen Landesanstalt zu Darmstadt. Band V, Nr. 19. Darmstadt 1938, S. 10–18.
  23. ↑ Fundortliste für Cordierit beim Mineralienatlas und bei Mindat
  24. ↑ http://science.orf.at/„Sonnenstein“ der Wikinger könnte existieren
  25. ↑ Thorkild Ramskou: Solstenen. In: Tidskriftet Skalk. Band 2, 1967 (englisch).
  26. ↑ Polarisiertes Himmelsstreulicht
  27. ↑ Gabor Horvath u. a.: On the trail of Vikings with polarized skylight: experimental study of the atmospheric optical prerequisites allowing polarimetric navigation by Viking seafarers. In: Phil. Trans. R. Soc. B. vol. 366, no. 1565, 12. März 2011, S. 772–782. doi:10.1098/rstb.2010.0194 (englisch)
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