Esseneit

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Esseneit
Allgemeines und Klassifikation
Andere Namen

IMA 1985-048[1]

Chemische Formel CaFe3+AlSiO6[2]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Silikate und Germanate
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana 		9.DA.15 (8. Auflage: VIII/F.01)
65.01.03a.06
Kristallographische Daten
Kristallsystem monoklin
Kristallklasse; Symbol monoklin-prismatisch; 2/m
Raumgruppe C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15[2]
Gitterparameter a = natürlich: 9,79(2)[2]; synthetisch: 9,783(3) Å; b = natürlich: 8,822(9)[2]; synthetisch: 8,787(2) Å; c = natürlich: 5,37(1)[2]; synthetisch: 5,372(3) Å
α = 90°; β = natürlich: 105,81(9)°[2]; synthetisch: 105,82(3)°; γ = 90°[3]
Formeleinheiten Z = 4[2][3]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 6[2]
Dichte (g/cm3) naturlich: 3,54;[2] synthetisch: 3,692
Spaltbarkeit {110}[2]
Farbe natürlich: rotbraun[2], synthetisch: hellgelb[4]
Strichfarbe weiß[2]
Transparenz transparent[2]
Glanz Glasglanz[2]
Radioaktivität -
Magnetismus -
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = natürlich: 1,795(5); synthetisch: 1,855(5)[4]
nβ = natürlich: 1,815(5)
nγ = natürlich: 1,825(5); synthetisch: 1,873(5)[4]
Doppelbrechung δ = 0,02
Optischer Charakter zweiachsig negativ[2]
Achsenwinkel 2V = 77(5)°[2]
Pleochroismus zitronengelb – apfelgrün[2]

Das Mineral Esseneit ist ein sehr seltenes Kettensilikat aus der Pyroxengruppe mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung CaFe3+AlSiO6.

Esseneit kristallisiert mit monokliner Symmetrie und bildet rotbraune prismatische Kristalle von 2-8 mm Länge.

Gebildet wird Esseneit unter oxidierenden Bedingungen bei Temperaturen über ~1000°C und niedrigen Druck in eisenreichen Kalksilikatgesteinen. Die Typlokalität ist die Durham Ranch Paralava (Wyoming, USA), ein durch ein natürliches Kohlenfeuer aufgeschmolzenes Sediment, in der Esseneit zusammen mit Anorthit, Melilith und Magnetit-Hercynit-Mischkristallen auftritt.[2]

Etymologie und Geschichte

Grüner Fassait vom Toal de la Foia, Monti Monzoni im Fassatal, Trentino, Italien

Aluminium- und Fe3+-haltige Pyroxene sind seit Beginn des 19. Jahrhunderts unter den Bezeichnungen Fassait und Salit bekannt. Bezeichnete man anfangs mit Fassait noch rotbraune Zeolithe aus dem Fassatal[5], führte Abraham Gottlob Werner 1817 dem Namen Fassait für lauch- bis dunkelgrüne Pyroxene aus dem Fassatal ein, die sich durch stark ausgebildete [110]- Prismenflächen auszeichnen.

Die charakteristischen Gehalte an Aluminium und ferrischen Eisen (Fe3+) ohne entsprechende Gehalte an Natrium belegte 60 Jahre später Cornelio August Doelter durch die ersten chemischen Analysen dieser Fassaite, die die beiden Oxidationsstufen des Eisens berücksichtigten.[6][7] In der Folge wurde die Bezeichnung Fassait ausgeweitet auf alle Aluminium- und Fe3+-haltigen, natriumarmen Calciumpyroxene aus metamorphen Kalksandsteinen.[8]

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurden experimentell die maximalen Gehalte dreiwertiger Kationen von Diopsid ausgelotet. E. R Segnit z. B. von der University of Cambridge synthetisierte 1953 Diopside mit 8 Gew-% Fe2O3[9] und Ken-ichi Hijikata synthetisierte 1968 an der Universität Hokkaidō Diopsid (CaMgSi2O6)- Esseneite (CaFe3+AlSiO6)- Mischkristalle über den gesamten Zusammensetzungsbereich.

Auch in natürlichen Vorkommen wurden Diopside mit immer höheren Fe- und Al-Gehalten gefunden. Knopf & Lee beschrieben 1956 einen Fassait aus einem spinellhaltigen, metamorphen Kalkstein, bei dem 0,463 Atome pro Formeleinheit (apfu) Si durch Al ersetzt wurden[10] und Donald R. Peacor beschrieb 1967 die Struktur eines Pyroxens aus einem Karbonatit mit 0,494 apfu Al auf der Siliziumposition.[11] Im Jahr 1977 dokumentierte S. Gross einen Fassait aus einem Pyroxen-Wollastonit-Anorthit-Fels der pyrometamorphen Hatrurim-Formation bei Tarqumiya (Palestina) mit 0,6 apfu Al auf der Si-Position und 0,41 apfu Fe3+.

Pyroxene mit einer Zusammensetzung nahe der Endgliedzusammensetzung CaFe3+AlSiO6 wurden erstmals 1987 vom Michael A. Cosca und Donald R. Peacor in der Durham Ranch Paralava aus Wyoming, USA beschrieben. Sie benannten das neue Mineral nach seinem Entdecker Dr. Eric J. Essene, Professor an der University of Michigan in Anerkennung seiner zahlreichen Beiträge zur Mineralogie und Mineralgleichgewichten.[2]

Der Mineralname Fassait wurde 1989 von der Commission on New Minerals and Mineral Names (CNMMN) der International Mineralogical Association (IMA) diskreditiert.[12]

Klassifikation

In der strukturellen Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) gehört Esseneit zusammen mit Augit, Burnettit, Davisit, Diopsid, Petedunnit, Grossmanit, Hedenbergit, Johannsenit, Kushiroit und Tissintit zu den Kalziumpyroxenen in der Pyroxengruppe.[12]

Die seit 2001 gültige und bislang von der IMA verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Esseneit 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 der Art der Kettenbildung, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „Ketten- und Bandsilikate mit 2-periodischen Einfachketten Si2O6; Pyroxen-Familie“ zu finden ist, wo es zusammen mit Augit, Diopsid, Petedunnit, Hedenbergit und Johannsenit die „Ca-Klinopyroxene, Diopsidgruppe“ mit der System-Nr. 9.DA.15 bildet.

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

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Esseneit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Kettensilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Diopsid, Hedenbergit, Augit, Johannsenit, Petedunnite und Davisit in der Gruppe der „C2/c Klinopyroxene (Ca-Klinopyroxene)“ mit der System-Nr. 65.01.03a innerhalb der Unterabteilung „Kettensilikate: Einfache unverzweigte Ketten, W=1 mit Ketten P=2“ zu finden.

Chemismus

Esseneit mit der idealisierten Zusammensetzung [M2]Ca[M1]Fe3+[T](SiAl)O6 ist das Eisen- Aluminium-Analog von Diopsid ([M2]Ca[M1]Mg[T]Si2O6), wobei [M2], [M1] und [T] die Positionen in der Pyroxenstruktur sind.[2]

Die Zusammensetzung von Esseneit aus der Typlokalität ist

  • [M2](Ca1,01Na0,01)[M1](Fe3+0,73Al0,04Mg0,16Fe2+0,02Ti0,03)[T](Si1,91Al0,81)O6[2].

Die Abweichungen von der idealen Zusammensetzung gehen im Wesentlichen auf folgende Mischkristallreihen zurück. Zum einen wird Fe3+ auf der [M1]-Positionen ersetzt durch Al3+, entsprechend der Austauschreaktion

zum anderen wird Fe3+ durch gekoppelte Substitutionen ersetzt durch Mg2+, Fe2+ oder Ti4+

Die Gehalte an Titan-Pyroxen gehen nicht über 18 Gew-% hinaus[14] und in der Natur sind bislang keine Pyroxene gefunden worden, deren Zusammensetzung von dem Ti4+-Endglied CaTiAl2O6 dominiert wird.

Bis zu ein Viertel der Kalziumposition M2 kann unbesetzt sein, entsprechend der Austauschreaktion

  • [M2]Ca2+ + 2[T]Al3+ = [M2]□ + 2[T]Si4+[15]

Kristallstruktur

Esseneit kristallisiert mit monokliner Symmetrie in der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 mit 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität hat die Gitterparameter a = 9,79 Å, b =8,822 Å, c = 5,37 Å und β = 105,81°.[2] Die Gitterparameter des synthetischen Endgliedes sind a = 9,783 Å, b =8,787 Å, c = 5,372 Å und β = 105,82°.[3]

Die Struktur ist die von Klinopyroxen. Silizium (Si4+) und Aluminium (Al3+) besetzen die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebene T-Position, Calcium (Ca2+) belegt die oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgebene M2-Position und Eisen (Fe3+) die ebenfalls oktaedrisch koordinierte M1-Position. Die Verteilung von Eisen und Aluminium ist auch bei hohen Temperaturen über 1000 °C stark geordnet. In synthetischen Essenit besetzt rund 10 % des Fe3+ die Tetraederposition, bei entsprechend großen Al-Gehalten auf M1.[16][17] In natürlichen Essenit fanden Cosca und Peacor kein Fe3+ auf der Siliziumposition, was sie mit einer langsameren Abkühlung und einer dabei einsetzenden Ordnung von Aluminium und Eisen erklären.[2]

Bildung und Fundorte

Esseneit ist bei hohen Temperaturen bereits bei 1 bar stabil[4] und wird erst bei Drucken über 40-45 kBar und 1100-1500 °C abgebaut zu grossularreichen Granat und hämatitreichen Oxid.[18]

Esseneitreiche Klinopyroxene kristallisieren aus SiO2-untersättigten Magmen oder bilden sich metamorph bei niedrigen Druck und Temperaturen um 1000 °C durch Pyrometamorphose von kalkigen Sedimenten.

Pyrometamorphose

Die Typlokalität von Esseneit ist eine Paralava, ein durch ein natürliches Kohlenfeuer aufgeschmolzenes Sediment, die 25 km südlich von Gillette im Campbell County (Wyoming), Wyoming, USA zutage tritt. Esseneit findet sich hier zusammen mit Anorthit, Melilith, Magnetit-Hercynit-Mischkristallen und Glas.[2]

In der pyrometamorphen Hatrurim-Formation findet sich esseneitreicher Klinopyroxen bei Tarqumiya nördlich von Hebron im Westjordanland, Palästinensische Autonomiegebiete. Begleitminerale sind hier Anorthit, Wollastonit, Gehlenit und als Einschluss Magnetit.[19]

Vergleichbare Mineralparagenesen bilden sich in Abraumhalden des Kohlebergbaus, wenn diese bei Bränden pyrometamorph verändert wurden.[20][21]

Skarne

Aus den Grossular-Wollastonit-Endoskarnen des Cornet Hill im Magureaua Vaţei-Gebiet bei Vaţa Bai im Apuseni-Gebirge, Rumänien wurden relikte Esseneit- und Kushiroit- dominierter Klinopyroxene beschrieben mit Diopsidgehalten von teilweise unter 30 Mol-% und 39 Mol-% Esseneit. Sie treten als kleine Einschlüsse in Wollastonit auf, zusammen mit Kalsilit.[22]

Essenitreiche Klinopyroxene wurden aus den Gesteinen des Colle Fabbri in der Provinz Perugia, Umbrien, Italien beschrieben. In den dort aufgeschlossenen Melilithit enthalten die diopsireichen Klinopyroxene 25-30 Mol-% Essenit und treten zusammen mit Wollastonit, Melilith, Leucit, Kalsilit, Anorthit, zonierten Ti-Garnet, Perovskit, Spinell und Apatit auf. In den kontaktmetamorph veränderten pelithischen Sedimenten weisen die zonierten Klinopyroxene in ihren Randbereichen bis zu 44 Mol-% Essenit auf. Begleitminerale sind hier Anorthit und Wollastonit in einer Grundmasse aus Glas, Fe-reichen Klinopyroxen, Magnetit, Kalifeldspat, Spinell, Titanit und Sulfiden.[23]

Verwendung

Natürlich auftretender Essenit ist sehr selten und hat keine wirtschaftliche Bedeutung.

Technische Bedeutung hat Essenit als Bestandteil von Glaskeramiken, die aus industriellen Stäuben wie Flugasche, Schleifstaub oder Rotschlamm gewonnen werden können. Diese Essenit-Glaskeramiken sind sehr hart, weisen eine hohe Biegefestigkeit auf und sind chemisch recht stabil, was sie für einige technische Anwendungen interessant macht.[24][25]

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Esseneit. In: IMA Database of Mineral Properties
  2. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x Michael A. Cosca, Donald R. Peacor: Chemistry and structure of esseneite (CaFe3+AlSiO6), a new pyroxene produced by pyrometamorphism. In: American Mineralogiste. Band 72, 1987, S. 148–156 (rruff.info [PDF; 1,2 MB; abgerufen am 24. November 2018]).
  3. ↑ a b c Ken-ichi Hijikata: Unit-cell Dimensions of the Clinopyroxenes Along the Join CaMgSi_2O_6-CaFe^<3+>AlSiO_6. In: Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University. Series 4, Geology and mineralogy. Band 14, Nr. 2, 1968, ISSN 0018-3474, S. 149–158 (hdl.handle.net [PDF; 420 kB; abgerufen am 24. November 2018]).
  4. ↑ a b c d e Ken-ichi Hijikata, Kosuke Onuma: PHASE EQUILIBRIA OF THE SYSTEM CaMgSi2O6-CaFe3+AISiO6 IN AIR. In: J Jap Assoc Mineral Petrol Econ Geol. Band 62, 1969, S. 209–217 (jstage.jst.go.jp [PDF; 412 kB; abgerufen am 24. November 2018]).
  5. ↑ Georg August Bertele: Handbuch der Minerographie einfacher Fossilien. zum Gebrauche seiner Vorlesungen. Joseph Attenkofer, Landshut 1804, S. 183 (books.google.de in der Google-Buchsuche).
  6. ↑ C. Doelter: VI. Beiträge zur Mineralogie des Fassa- und Fleimser-Thales. In: Mineralogische Mitteilungen. 1877, S. 65–82 (forgottenbooks.com [PDF; 34,5 MB; abgerufen am 25. November 2018]).
  7. ↑ Cornelio August Doelter unter Mitwirkung zahlreicher Fachgenossen: Handbuch der Mineralchemie. Hrsg.: Cornelio August Doelter. Band II Erste Hälfte: Silicate. Springer, Berlin, Heidelberg 1914, S. 558, doi:10.1007/978-3-642-49866-4 (books.google.de in der Google-Buchsuche).
  8. ↑ C. E. Tilley, H. C. G. Vincent: Aluminous Pyroxenes in Metamorphosed Limestones. In: Geological Magazine. Band 75, Nr. 2, 1938, S. 81–86, doi:10.1017/S0016756800089317 (cambridge.org).
  9. ↑ E. R. Segnit: Some data on synthetic aluminous and other pyroxenes. In: Mineralogical Magazine. Band 30, 1953, S. 218–223 (minersoc.org [PDF; 389 kB; abgerufen am 26. November 2018]).
  10. ↑ Adolph Knopf, Donald E. Lee: Fassaite from Near Helena, Montana. In: American Mineralogiste. Band 42, 1956, S. 73–77 (minsocam.org [PDF; 334 kB; abgerufen am 26. November 2018]).
  11. ↑ Donald R. Peacor: Refinement Of The Crystal Structure Of a Pyroxene Of Formula M1 M2 (Si1.5Al0.5)O6. In: American Mineralogiste. Band 52, 1967, S. 31–41 (minsocam.org [PDF; 746 kB; abgerufen am 26. November 2018]).
  12. ↑ a b Subcommite on Pyroxenes, CNMMN; Nobuo Morimoto: Nomenclature of Pyroxenes. In: The Canadian Mineralogiste. Band 27, 1989, S. 143–156 (mineralogicalassociation.ca [PDF; 1,6 MB; abgerufen am 11. November 2018]).
  13. ↑ a b Masahide Akasaka: Clinopyroxene on the join CaMgSi2O6 CaFe3+AlSiO6 -CaTiAl2O6 at low oxygen fugacity. In: Journal of Earth System Science. Band 99, Nr. 1, 1990, S. 39–48 (researchgate.net [PDF; 3,0 MB; abgerufen am 30. November 2018]).
  14. ↑ a b Masahide Akasaka, Kosuke Onuma: Study of the System CaMgSi2O6-CaFe^[3+]AlSiO6-CaAl2SiO6-CaTiAl2O6 : III. The Join CaMgSi2O6-CaFe^[3+]AlSiO6-CaTiAl2O6 at 1 atm. In: Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University. Series 4, Geology and mineralogy. Band 18, Nr. 3, 1978, S. 409–432 (eprints.lib.hokudai.ac.jp [PDF; 3,9 MB; abgerufen am 1. Dezember 2018]).
  15. ↑ Masato Okui, Yumiko Kamimura, Shinya Hatano, Masaya Ohta and Fumiyuki Marumo: Synthesis of Non-stoichiometric Clinopyroxenes in the System Diopside-Esseneite under Ambient Pressure. In: 日本大学文理学部自然科学研究所研究紀要. Band 36, 2001, S. 97–101 (chs.nihon-u.ac.jp [PDF; 57 kB; abgerufen am 30. November 2018]).
  16. ↑ Subrata Ghose, Fujio P. Okamura, Haruo Ohashi: The crystal structure of CaFe3+SiAlO6 and the crystal chemistry of Fe3+—Al3+ substitution in calcium Tschermak’s pyroxene. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 92, 1986, S. 530–535, doi:10.1007/BF00374434.
  17. ↑ Masato Okui, Fumiyuki Marumo, Haruo Sawada, Masatoshi Ueki and Nobuo Ishizawa: Site confirmation of Fe3+ in a synthetic ferrian aluminian diopside with an application of X-ray anomalous dispersion. In: Mineralogical Journal. Band 19, Nr. 4, 1997, S. 165–172 (jstage.jst.go.jp [PDF; 762 kB; abgerufen am 2. Dezember 2018]).
  18. ↑ Haruo Ohashi, Yu Hariya: Phase relation of CaFeAlSiO6 proxene at high pressures and temperatures. In: J Jap Assoc Mineral Petrol Econ Geol. Band 70, 1975, S. 93–95 (jstage.jst.go.jp [PDF; 83 kB; abgerufen am 3. Dezember 2018]).
  19. ↑ S. Gross: The mineralogy of the Hatrurim formation, Israel. In: Geol. Surv. Isr. Bull. Band 70, 1977, S. 1–80 (rruff.info [PDF; 5,7 MB; abgerufen am 29. Juli 2018]).
  20. ↑ Justyna Ciesielczuk, Łukasz Kruszewski, Jarosław Majka: Comparative mineralogical study of thermally-altered coal-dump waste, natural rocks and the products of laboratory heating experiments. In: International Journal of Coal Geology. Band 139, 2015, S. 114–141 (s3.amazonaws.com [PDF; 4,8 MB; abgerufen am 4. Dezember 2018]).
  21. ↑ Fundortliste für Esseneit beim Mineralienatlas und bei Mindat
  22. ↑ Marie-Lola Pascal, Ildiko Katona, Michel Fonteilles, Jean Verkaeren: Relics of high-temperature clinopyroxene on the join Di-CaTs with up to 72 mol.% Ca(Al,Fe3+)AlSiO6 in the skarns of Ciclova and Magureaua Vatei, Carpathians, Romania. In: The Canadian Mineralogiste. Band 43, Nr. 3, Juni 2005, ISSN 0008-4476, S. 857–881, doi:10.2113/gscanmin.43.3.857 (rruff.info [PDF; 1,6 MB; abgerufen am 28. Dezember 2018]).
  23. ↑ Francesco Stoppa, Victor V. Sharygin: Melilitolite intrusion and pelite digestion by high temperature kamafugitic magma at Colle Fabbri, Spoleto, Italy. In: Lithos. Band 112, 2009, S. 306–320 (researchgate.net [PDF; 1,8 MB; abgerufen am 7. Dezember 2018]).
  24. ↑ M.C. Ferro, Christian Leroy, Regina da Conceição, Corredeira Monteiro, Maria Helena, F. V. Fernandes: Fine-Grained Glass-Ceramics Obtained by Crystallisation of Vitrified Coal Ashes. In: Key Engineering Materials. Band 230–232, 2002, S. 408–411, doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.230-232.408.
  25. ↑ E. Bernardo, L. Esposito, E. Rambaldi, A. Tucci, Y. Pontikes, G. N. Angelopoulos: Sintered esseneite–wollastonite–plagioclase glass–ceramics from vitrified waste. In: Journal of the European Ceramic Society. Band 29, Nr. 14, 2009, S. 2921–2927, doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2009.05.017.
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