Pyrop

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Pyrop
Granat, Madagaskar.JPG
Pyrop aus Madagaskar
Allgemeines und Klassifikation
Andere Namen

Böhmischer Granat

Chemische Formel Mg3Al2[SiO4]3
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Inselsilikate (Nesosilikate)
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana 		9.AD.25 (8. Auflage: VIII/A.08)
51.04.03a.01
Ähnliche Minerale andere Granate, Spinell, Rubin
Kristallographische Daten
Kristallsystem kubisch
Kristallklasse; Symbol kubisch-hexakisoktaedrisch; 4/m 3 2/m
Raumgruppe Ia3d (Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230[1][2]
Gitterparameter a = 11,459 Å[3][4]
Formeleinheiten Z = 8[3][4]
Häufige Kristallflächen Rhombendodekaeder {110}
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 7 bis 7,5
Dichte (g/cm3) gemessen: 3,582[3]; berechnet: 3,5591[4]
Spaltbarkeit keine
Bruch; Tenazität muschelig, splittrig
Farbe schwarz rot, purpurrot, blutrot, orange-rot, rosa, farblos
Strichfarbe weiß
Transparenz durchsichtig bis durchscheinend
Glanz Glasglanz
Kristalloptik
Brechungsindex n = 1,714[3][4]
Doppelbrechung keine, oft schwach doppelbrechend mit undulöser Auslöschung[5]

Das Mineral Pyrop (von griechisch pyropos „feurig“) ist ein Inselsilikat aus der Granatgruppe und hat die chemische Zusammensetzung Mg3Al2[SiO4]3.

Das Mineral kristallisiert im kubischen Kristallsystem, häufig in (abgerundeten) Körnern. Außerdem tritt es in Aggregaten auf. Reiner Pyrop z. B. aus den Weißschiefern des Dora-Maira-Massivs ist farblos. Durch den Einbau von Eisen (Fe2+) statt Magnesium (Mg) reicht die Färbung von Pyrop von rosa bis blutrot und schwarz-rot, oft mit einem Stich ins Bräunliche.

Etymologie und Geschichte

Eine der frühesten Erwähnungen von Granaten als Schmuckstein findet man in der Bibel im Buch Exodus, 28,18 EU als Stein auf dem Brustharnisch des Hohepriesters Aaron. Plinius der Ältere fasste in seiner Arbeit Naturalis historia in Buch 35, Kapitel 25[6] eine Reihe roter Mineralien unter dem Begriff carbunculus zusammen, darunter auch Granate. Eine weitere Differenzierung dieser Gruppe in drei Untergruppen – Balagius (roter Spinell), Granatus und Rubinus – erfolgte durch Albertus Magnus um 1250 in seiner Arbeit De mineralibus et rebus metallicis.[7][8] Der heutige Name Pyrop ist vom griechischen pyropos „von feurigem Aussehen“ abgeleitet, was auf die rote Farbe anspielt.

Noch im 18. Jahrhundert wurden verschiedenste Minerale anhand ihrer äußeren Merkmale (vor allem Kristallform) als Granat angesprochen, darunter z. B. auch Leuzit. Dies änderte sich, als begonnen wurde, systematisch chemische Analysen der Minerale anzufertigen. Im Zuge dieser Untersuchungen bestimmte Martin Heinrich Klaproth 1797 als erster die Zusammensetzung eines damals als "Böhmischen Granat" bezeichneten Pyrops.[9]

Die Kristallstruktur der Granate klärte Georg Menzer 1929 auf[10] und die erste Synthese von reinem Pyrop gelang Loring Coes junior bei 30.000 bar und 900 °C Mitte der 1950er Jahre mit neu entwickelten Hochdruckpressen der Norton Company (Massachusetts, USA).[11] Synthetische Pyrope aus Coes Labor dienten Skinner 1956 für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften (Gitterkonstante, Brechungsindex, Dichte) von reinem Pyrop[3] und Anna und J. Zemann fünf Jahre später für die erste Strukturverfeinerung von Pyrop.[12]

Klassifikation

Die strukturelle Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) zählt den Pyrop zur Granat-Obergruppe, wo er zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Eringait, Goldmanit, Grossular, Knorringit, Morimotoit, Majorit, Menzerit-(Y), Momoiit, Rubinit, Spessartin und Uwarowit die Granatgruppe mit 12 positiven Ladungen auf der tetraedrisch koordinierten Gitterposition bildet.[13]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Pyrop zur Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“, wo er zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Hibschit, Holtstamit, Hydrougrandit, Katoit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Morimotoit, Pyrop, Schorlomit, Spessartin, Uwarowit, Wadalit und Yamatoit (diskreditiert, da identisch mit Momoiit) die „Granatgruppe“ mit der System-Nr. VIII/A.08 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Pyrop ebenfalls in die Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der möglichen Anwesenheit weiterer Anionen und der Koordination der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Inselsilikate ohne weitere Anionen; Kationen in oktahedraler [6] und gewöhnlich größerer Koordination“ zu finden ist, wo es zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Holtstamit, Katoit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Momoiit, Morimotoit, Schorlomit, Spessartin und Uwarowit die „Granatgruppe“ mit der System-Nr. 9.AD.25 bildet. Ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt wurden die mittlerweile nicht mehr als Mineral angesehenen Granatverbindungen Blythit, Hibschit, Hydroandradit und Skiagit. Wadalit damals noch bei den Granaten eingruppiert, erwies sich als strukturell unterschiedlich und wird heute mit Chlormayenit und Fluormayenit einer eigenen Gruppe zugeordnet.[13] Die nach 2001 beschriebenen Granate Irinarassit, Hutcheonit, Kerimasit, Toturit, Menzerit-(Y) und Eringait wären hingegen in die Granatgruppe einsortiert worden.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Pyrop in die Abteilung der „Inselsilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Almandin, Spessartin, Knorringit, Majorit und Calderit in der „Granatgruppe (Pyralspit-Reihe)“ mit der System-Nr. 51.04.03a innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen nur mit Kationen in [6] und >[6]-Koordination“ zu finden.

Chemismus

Pyrop mit der idealisierten Zusammensetzung [X]Mg2+3[Y]Al3+[Z]Si3O12 ist das Magnesium-Analog von Almandin ([X]Fe2+3[Y]Al[Z]Si3O12) und bildet Mischkristalle mit den anderen Aluminiumgranaten Almandin, Spessartin und Grossular, entsprechend den Austauschreaktionen

Mit einer Ausnahme besteht, zumindest bei geologisch relevanten Temperaturen, mit allen Aluminiumgranat-Endgliedern unbegrenzte Mischbarkeit. In der Mischungsteihe Pyrop - Grossular besteht eine Mischungslücke bei Temperaturen unterhalb von ungefähr 600 °C und 25–30 Mol-% Grossular.[19][20]

Auf der oktaedrisch koordinierten Y-Position kann Al3+ ersetzt werden durch Cr3+ entsprechend der Austauschreaktion

Unter den hohen Drucken und Temperaturen des Erdmantels wird Al3+ auf der Y-Position ersetzt durch Magnesium und Silizium, entsprechend der Austauschreaktion

  • 2[Y]Al3+ = [Y]Mg2+ + [Y]Si4+ (Majorit)[24]

Pyrope dieser Reihe mit mehr als ~25 Mol-% Majorit sind tetragonal.[25]

Kristallstruktur

Pyrop kristallisiert mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d (Raumgruppen-Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230 sowie 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Es gibt zahlreiche Bestimmungen für die Kantenlänge der kubischen Elementarzelle sowohl natürlicher Mischkristalle wie auch synthetischer Pyrope. Für das reine Pyropendglied wird der Gitterparameter z. B. mit a = 11,459 Å angegeben[3][4], a = 11,452 Å[14] oder a = 11,450 Å für einen natürlichen Pyrop aus den Weißschiefern der Dora Meira Region (Italien).[14]

Die Struktur ist die von Granat. Magnesium (Mg2+) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffionen umgebenen X-Position. Diese Position ist recht groß für das kleine Magnesiumion, das dort eine deutliche, asymmetrische Schwingung um das Zentrum der Position ausführt.[26] Aluminium (Al3+) besetzt die oktaedrisch von 6 Sauerstoffionen umgebene Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen Z-Position ist ausschließlich mit Silicium (Si4+) besetzt.[1][2]

Eigenschaften

Auffällig gegenüber anderen Magnesiumsilikaten ist die relativ hohe Härte (7 – 7,5) und das hohe spezifische Gewicht von 3,5 – 3,6 g/cm3. Zum Vergleich: Forsterit (Mg2SiO4), ebenfalls Härte 7, hat eine Dichte von 3,3 g/cm3 und Enstatit (MgSiO3) hat nur noch eine Härte von 5–6 und eine Dichte von 3,2 g/cm3.

Natürliche Pyrope zeigen oft eine schwache, unregelmäßig wolkige Doppelbrechung, die auf Gitterspannungen zurückgeführt wird.[5]

Chemisch reiner Pyrop ist farblos. Natürliche Pyrope sind durch geringe Gehalte von Eisen (Fe2+), Mangan (Mn2+) sowie Chrom (Cr3+) und Vanadium (V3+) meist orange-rot bis purpurrot und violett-rot oder grün bis blau.

Die von Chrom hervorgerufene Farbe hängt wesentlich von den Chromgehalten im Granat ab. Niedrige Chromgehalte führen zu weinroter Färbung, die mit steigenden Chromgehalten über grau in dunkelgrün um schlägt.[27] Verursacht wird dies durch eine Änderung des Bindungscharakters der Chrom-Sauerstoffbindungen. Der kovalente Anteil der Bindungen nimmt mit zunehmenden Chromgehalten ab, was zu einer Verschiebung der Wellenlängen des absorbierten Lichts und letztlich zu einer Änderung der Farbe führt.[28] Zudem zeigen die durch Chrom oder Vanadium gefärbten Pyrope weitere ungewöhnliche Farbeffekte.

Thermochromatischer Effekt

Chromreiche, violett-rot gefärbte Pyrope aus Koherab, Namibia ändern ihre Farbe beim Erhitzen ab ≈ 400 °C zu grün, zu sehen in kurzen Filmen auf den Mineralogieseiten des California Institute of Technology.[29]

Alexandrit-Effekt: Farbwechsel je nach Beleuchtung

Pyrope mit mehr als 3 Gew-% Cr2O3 zeigen für das menschliche Auge einen Farbwechsel von blaugrün bei Tageslicht zu weinrot bei Glühlampen- oder Kerzenlicht.[30]

Pyrop-Spessartin-Mischkristalle können einen Farbwechsel bereits bei sehr geringen Gehalten an Chrom oder Vanadium zeigen. Spessartinreiche Pyrope aus Tansania zeigen einen Farbwechsel von blaugrün nach rot. Geringe Gehalte von Almandin oder Grossular führen zu einer größeren Varianz der beobachteten Farben.[30] Blaugrüne Pyrope aus einer Lagerstätte bei Bekily, Madagaskar erscheinen bei Tageslicht blaugrün und bei Glühlampen- oder Kerzenlicht rosa.[17]

Bildung und Fundorte

Pyrop ist insbesondere in ultramafischen Gesteinen wie Serpentiniten, Peridotiten oder Kimberliten zu finden, auch sekundär in Sanden, Schottern und Seifen.

Wichtigste Vorkommen des Pyrop liegen in Europa in Tschechien (Böhmische Mittelgebirge), in Südafrika vor allem in der Nähe von Kimberley und in Tanzania, in Australien und den USA (Arizona). Ein weiterer wichtiger Fundort befindet sich in der Ortschaft Martiniana Po in Italien.

Verwendung

Pyrop war besonders im 18. und 19. Jahrhundert als Schmuckstein geschätzt („Böhmischer Granat“).

Literatur

  • Jiří Kouřimský: Das Feuerauge aus böhmischen Vulkanen. In: Granat. Die Mineralien der Granatgruppe: Edelsteine, Schmuck und Laser (= Christian Weise [Hrsg.]: extraLapis. Band 9). Christian Weise Verlag, 1995, ISBN 3-921656-35-4, ISSN 0945-8492, S. 76–82.
  • Jaroslav Bauer, Vladimír Bouška: Edelsteinführer. Verlag Werner Dausien, Hanau/Main 1993, ISBN 3-7684-2206-2, S. 100–106.
  • Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16. überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 120.
  • Dana Stehlíková: The Bohemian Garnet (Carbunculus Granatus Zrnakoc). 2. Auflage. Mucha-Museum, Prag 2004.

Weblinks

Commons: Pyrop – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Pyrop. In: Mineralienatlas Lexikon. Stefan Schorn u. a., abgerufen am 28. Mai 2022.
  • David Barthelmy: Pyrope Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 28. Mai 2022 (englisch).
  • Pyrope. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 28. Mai 2022 (englisch).

Einzelnachweise

  1. ↑ a b G. V. Gibbs, J. V. Smith: Refinement of the crystal structure of synthetic pyrope. In: American Mineralogist. Band 50, 1965, S. 2023–2039 (rruff.info [PDF; 1,2 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  2. ↑ a b G. A. Novak, G. V. Gibbs: The crystal chemistry of the silicate garnets. In: The American Mineralogist. Band 56, 1971, S. 791–825 (rruff.info [PDF; 2,3 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  3. ↑ a b c d e B. J. Skinner: Physical properties of end-members of the garnet group. In: American Mineralogist. Band 41, 1956, S. 428–436 (minsocam.org [PDF; 522 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  4. ↑ a b c d David K. Teertstra: Index-of-refraction and unit-cell constraints on cation valence and pattern of order in garnet-group minerals. In: The Canadian Mineralogist. Band 44, 2006, S. 341–346 (rruff.info [PDF; 197 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  5. ↑ a b Anne M. Hofmeister, Rand B. Schaal, Karla R. Campbell, Sandra L. Berry, Timothy J. Fagan: Prevalence and origin of birefringence in 48 garnets from the pyrope-almandine-grossularite-spessartine quaternary. In: American Mineralogist. Band 83, 1998, S. 1293–1301 (minsocam.org [PDF; 106 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  6. ↑ Plinius der Ältere: Naturalis historia. Buch 35, 25. Perseus Digital Library, abgerufen am 28. Mai 2022.
  7. ↑ Universität Karlsruhe, Wolfgang Wegner: Herzog Ernst (Memento vom 21. April 2009 im Internet Archive).
  8. ↑ Albertus Magnus: De mineralibus et rebus metallicis. Birckmann, Köln 1569 (Latein, online verfügbar beim Münchner Digitalisierungszentrum, Suchwort carbunculus [abgerufen am 28. Mai 2022]).
  9. ↑ Martin Heinrich Klaproth: Chemische Untersuchung des böhmischen Granats. In: Beiträge zur Chemischen Kenntniss der Mineralkörper. Band 2, 1797, S. 16–21 (rruff.info [PDF; 395 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  10. ↑ G. Menzer: Die Kristallstruktur der Granate. In: Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials. Band 69, 1929, S. 300–396, doi:10.1524/zkri.1929.69.1.300.
  11. ↑ Loring Coes Jr.: High‐pressure Minerals. In: Journal of the American Ceramic Society. Band 38, 1955, S. 298, doi:10.1111/j.1151-2916.1955.tb14949.x.
  12. ↑ Anna Zemann, J. Zemann: Verfeinerung der Kristallstruktur von synthetischem Pyrop, Mg3Al2(SiO4)3. In: Acta Crystallographica. Band 14, 1961, S. 835–837, doi:10.1107/S0365110X61002436.
  13. ↑ a b Edward S. Grew, Andrew J. Locock, Stuart J. Mills, Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin, Ulf Hålenius: IMA Report – Nomenclature of the garnet supergroup. In: American Mineralogist. Band 98, 2013, S. 785–811 (rruff.info [PDF; 1,1 MB; abgerufen am 28. April 2020]).
  14. ↑ a b c Thomas Armbruster, Charles A. Geiger, George A. Lager: Single-crystal X-ray structure study of synthetic pyrope almandine garnets at 100 and 293 K. In: American Mineralogist. Band 77, 1992, S. 512–521 (rruff.info [PDF; 1,2 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  15. ↑ Charles Geiger, Anne Feenstra: Molar volumes of mixing of almandine-pyrope and almandine-spessartine garnets and the crystal chemistry and thermodynamic-mixing properties of the aluminosilicate garnets. In: American Mineralogist. Band 82, 1997, S. 571–581 (minsocam.org [PDF; 214 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  16. ↑ Charles A. Geiger: A powder infrared spectroscopic investigation of garnet binaries in the system Mg3Al2Si3012 – Fe3Al2Si3012 – Mn3Al2Si3012 – Ca3Al2Si3012. In: European Journal of Mineralogy. Band 10, 1998, S. 407–422 (researchgate.net [PDF; 4,1 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  17. ↑ a b Karl Schmetzer, Heinz-Jürgen Bernhardt: Garnets from Madagascar with a color change of blue-green to purple. In: GEMS & GEMOLOGY. 1999, S. 196–201 (gia.edu [PDF; 245 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  18. ↑ Jibamitra Ganguly, Weiji Cheng, Hugh St. C. O’Neill: Syntheses, volume, and structural changes of garnets in the pyrope-grossular join: Implications for stability and mixing properties. In: American Mineralogist. Band 78, 1993, S. 583–593 (rruff.info [PDF; 1,3 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  19. ↑ a b Jibamitra Ganguly, Weiji Cheng, Massimiliano Tirone: Thermodynamics of alimosilicate garnet solid solution: new experimental data, an optimized model, and thermodynamic applications. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 126, 1996, S. 137–151 (researchgate.net [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  20. ↑ a b Liping Wang, Eric J. Essene, Youxue Zhang: Direct observation of immiscibility in pyrope-almandine-grossular garnet. In: American Mineralogist. Band 85, 2000, S. 41–46 (researchgate.net [PDF; 390 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  21. ↑ Peter H. Nixon, Oleg von Knorring, Joan M. Rooke: Kimberlites and associated inclusions of Basutoland: A mineralogical and geochemical study. In: American Mineralogist. Band 48, 1963, S. 1090–1132 (minsocam.org [PDF; 2,9 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  22. ↑ Peter H. Nixon, George Hornung: A new chromium garnet end member, knorringite, from Kimberlite. In: American Mineralogist. Band 53, Nr. 11–12, 1968, S. 1833–1840 (minsocam.org [PDF; 517 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  23. ↑ A. E. Ringwood: Synthesis Of Pyrope-Knorringite Solid Solution Series. In: Earth and Planetary Science Letters. Band 36, 1977, S. 443–448 (rruff.info [PDF; 458 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  24. ↑ S. Heinemann, T. G. Sharp, F. Seifert, D. C. Rubie: The cubic-tetragonal phase transition in the system majorite (Mg4Si4O12) – pyrope (Mg3Al2Si3O12), and garnet symmetry in the Earth's transition zone. In: Physics and Chemistry of Minerals. Band 24, 1997, S. 206–221, doi:10.1007/s002690050034.
  25. ↑ Akihiko Nakatsuka, Akira Yoshiasa, Takamitsu Yamanaka, Osamu Ohtaka, Tomoo Katsura, Eiji Ito: Symmetry change of majorite solid-solution in the system Mg3Al2Si3O12-MgSiO3. In: American Mineralogist. Band 84, 1999, S. 1135–1143 (minsocam.org [PDF; 102 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  26. ↑ Gilberto Artioli, Alessandro Pavese, Kenny Stahl, Richard K. McMullan: Single-crystal neutron-diffraction study of pyrope in the temperature range 30–1173 K. In: The Canadian Mineralogist. Band 35, 1997, S. 1009–1019 (rruff.info [PDF; 698 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  27. ↑ Tetsuo Irifune, Yu Hariya: Phase relationships in the system Mg3Al2Si3O12 – Mg3Cr2Si3O12 at high pressure and some mineralogical properties of synthetic garnet solid solutions. In: Mineralogical Journal. Band 11, Nr. 6, 1983, S. 269–281 (jstage.jst.go.jp [PDF; 1,1 MB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
  28. ↑ M. N. Taran, K. Langer, Irmgard Abs-Wurmbach, D. J. Frost, A. N. Platonov: Local relaxation around [6]Cr3+ in synthetic pyrope–knorringite garnets, [8]Mg3[6](Al1−X Crx3+)2[4]Si3O12, from electronic absorption spectra. In: Physics and Chemistry of Minerals. Band 31, Nr. 9, 2004, S. 650–657, doi:10.1007/s00269-004-0424-9.
  29. ↑ George R. Rossman: Thermochromic Cr-rich Pyrope Garnet Animations. California Institute of Technology, abgerufen am 28. Mai 2022.
  30. ↑ a b E. Gübelin, K. Schmetzer: Gemstones with alexandrite effect. In: GEMS & GEMOLOGY. 1982, S. 197–203 (gia.edu [PDF; 329 kB; abgerufen am 28. Mai 2022]).
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