Elbrusit

Elbrusit
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Nummer	2009-051<ref name="IMA-Liste" />
IMA-Symbol	Ebs<ref name="Warr" />
Andere Namen	Elbrusit-(Zr)
Chemische Formel	Ca3(U6+0,5Zr1,5)(Fe3+O4)3<ref name="IMA-Liste" /> Ca3U5+ZrFe3O12<ref name="Galuskina et al. 2014" /><ref name="Galuskina et al. 2015" />
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Oxide und Hydroxide
System-Nummer nach Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß)	IV/A.07-080<ref name="Lapis" />
Kristallographische Daten
Kristallsystem	kubisch
Kristallklasse; Symbol	hexakisoktaedrisch; 4/m32/m
Raumgruppe	Ia3d (Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Gitterparameter	a = 12,49 (natürlicher Mischkristall) Å<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Formeleinheiten	Z = 8<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Häufige Kristallflächen	Rhombendodekaeder {110}, untergeordnet Deltoidikositetraeder {211}<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	nicht definiert<ref name="Handbookofmineralogy" />
Dichte (g/cm3)	berechnet: 4,801<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Spaltbarkeit	fehlt; spröde<ref name="Handbookofmineralogy" />
Farbe	dunkelbraun bis schwarz<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Strichfarbe	braun<ref name="Galuskina et al. 2010"/>
Transparenz	durchsichtig bis durchscheinend<ref name="Handbookofmineralogy" />
Glanz	Glasglanz, Fettglanz, matt<ref name="Handbookofmineralogy" />
Radioaktivität	radioaktiv
Kristalloptik
Brechungsindex	n nicht bestimmt<ref name="Galuskina et al. 2010"/>

Elbrusit ist ein sehr selten vorkommendes Mineral aus der Obergruppe der Granate innerhalb der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ mit der Endgliedzusammensetzung Ca₃U⁵⁺ZrFe₃O₁₂. Es kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit der Struktur von Granat. Die maximal 10 bis 30 μm großen Kristalle treten in Aggregaten mit Wadalit, Spurrit und Lakargiit oder als Zonen und Flecken in Kerimasit auf.<ref name="Galuskina et al. 2010"/><ref name="Galuskina et al. 2014" /><ref name="Galuskina et al. 2015" />

Elbrusit ist bislang (2024) nur an zwei Fundorten nachgewiesen worden. Typlokalität ist ein Kalksilikat-Xenolith aus einem Ignimbrit von Berg Lakargi sowie zwei weiteren Xenolithen von Chegem Caldera in der nordkaukasischen Republik Kabardino-Balkarien in Russland.<ref name="Galuskina et al. 2010"/><ref name="Fundorte"/> Der zweite Fundort ist ein Aufschluss der Hatrurim-Formation in Jordanien.<ref name="Galuskina et al. 2014" />

Etymologie und Geschichte

Das Mineral Elbrusit wurde von Irina O. Galuskina und Mitarbeitern unter dem Namen Elbrusit-(Zr) mit der idealisierten Zusammensetzung Ca₃ZrU⁶⁺Fe³⁺₂Fe²⁺O₁₂ beschrieben und im Jahr 2009 von der International Mineralogical Association (IMA) als neues Mineral anerkannt. Benannt wurde es nach dem nahe gelegenen Berg Elbrus, dem mit 5642 m höchsten Berg Europas.<ref name="Galuskina et al. 2010"/> Bei der Neuordnung der Granat-Supergruppe im Jahr 2013 wurde die idealisierte Zusammensetzung von reinem Elbrusit geändert zu Ca₃Zr_1,5U⁶⁺_0,5Fe₃O₁₂ und das Mineral umbenannt in Elbrusit.<ref name="Grew et al. 2013"/>

Für die Beschreibung der gemessenen Zusammensetzungen wurde ein hypothetisches U⁶⁺Fe²⁺-Granat-Endglied eingeführt.<ref name="Grew et al. 2013"/> Hohe Fe²⁺-Gehalte werden wegen der oxidierenden Bildungsbedingungen angezweifelt und nach der Untersuchung weiterer Uran-Granate wurde vorgeschlagen, die Elbrusit-Formel auf Ca₃U⁵⁺ZrFe³⁺₃O₁₂ zu ändern.<ref name="Galuskina et al. 2014" /><ref name="Galuskina et al. 2015" /> Eine Entscheidung der IMA hierzu steht noch (2017) aus.

Das Typmaterial des Minerals wird im Mineralogischen Museum, benannt nach A. J. Fersman (FMM) in Moskau unter der Katalog-Nummer 3840/1 (HT) aufbewahrt.<ref name="IMA-Typmaterialkatalog" /><ref name="IMA-Depositories" />

Granate sind oft sehr beständig gegen Verwitterung, können Actinoide in ihr Kristallgitter einbauen und wurden daher als mögliche Stoffgruppe zur Immobilisierung und Lagerung von hochradioaktiven Abfällen untersucht. Im Zuge dieser Forschungen wurde 2002 ein synthetisches Äquivalent von Elbrusit mit der von Grew et al. 2013 eingeführten Zusammensetzung Ca₃Zr_1,5U⁶⁺_0,5Fe₃O₁₂ beschrieben.<ref name="Utsunomiya et al. 2002"/> Im Jahr 2016 vorgestellte Untersuchungen synthetischer, Si-freier Uran-Granate bestätigten, dass sie nur dreiwertiges Eisen enthalten und Uran sowohl 6- wie auch 5-wertig auftritt.<ref name="Guo et al. 2016" />

Klassifikation

Die aktuelle Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) zählt den Elbrusit zur Granat-Obergruppe, wo er zusammen mit Bitikleit, Dzhuluit und Usturit die Bitikleit-Gruppe mit 9 positiven Ladungen auf der tetraedrisch koordinierten Gitterposition bildet.<ref name="Grew et al. 2013"/>

Da der Elbrusit erst 2009 als eigenständiges Mineral anerkannt wurde, ist er weder in der letztmalig 1977 überarbeiteten 8. Auflage noch in der zuletzt ebenfalls 2009 aktualisierten 9. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz verzeichnet. Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana kennt den Elbrusit noch nicht.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer IV/A.07-080. Dies entspricht der Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort der Abteilung „Oxide mit Verhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 1 und 2 : 1 (M₂O, MO)“, wo Elbrusit zusammen mit Bitikleit, Brownmillerit, Chlorkyuygenit, Chlormayenit, Dzhuluit, Fluorkyuygenit, Fluormayenit, Shulamitit, Srebrodolskit, Tululit und Usturit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer IV/A.07 bildet.<ref name="Lapis" />

Die von der Mineraldatenbank „Mindat.org“ weitergeführte Strunz-Klassifikation ordnet den Elbrusit wie die Lapis-Systematik in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“, dort allerdings in die Abteilung der Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis „Metall : Sauerstoff = 2 : 3, 3 : 5 und vergleichbare“ () ein. Diese ist weiter unterteilt nach der relativen Größe der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Mit großen und mittelgroßen Kationen“ () zu finden ist. Hier bildet er zusammen mit Dzhuluit, Monteneveit und Usturit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer 4.CC.32 (vergleiche dazu auch die gleichnamige Unterabteilung in der Klassifikation nach Strunz (9. Auflage)).<ref name="Mindat-Classification" />

Chemismus

Uran kann mit verschiedenen Ladungen (U³⁺, U⁴⁺, U⁵⁺ und U⁶⁺) auf verschiedenen Gitterpositionen (X und Y) in der Granatstruktur eingebaut werden. Elbrusit tritt in der Typlokalität zusammen mit U⁶⁺-haltigen Mineralen auf und seine empirische Zusammensetzung wurde zunächst mit U⁶⁺ angegeben: ^[X](Ca_3,040Th_0,018Y_0,001)^[Y](U⁶⁺_0,658Zr⁴⁺_1,040Sn⁴⁺_0,230Mg_0,004Hf_0,009)^[Z](Fe³⁺_1,575Al_0,539Si_0,099Ti⁴⁺_0,199Fe²⁺_0,559Sn⁴⁺_0,025V⁵⁺_0,004).<ref name="Galuskina et al. 2010"/>

Der Uraneinbau in Granat wird durch eisenreiche Zusammensetzungen begünstigt. Darauf deuten die hohen Eisengehalte der natürlichen, uranhaltigen Granate hin. Berechnungen konnten diesen Zusammenhang zumindest für den Einbau von U³⁺ und U⁴⁺ auf der X-Position<ref name="Rak et al. 2011"/> und U⁵⁺ auf der Y-Position<ref name="Rak et al. 2013"/> bestätigen und neuere Untersuchungen an natürlichen Elbrusit zeigen, dass Uran als U⁵⁺ vorliegt und das gesamte Fe als Fe³⁺.<ref name="Galuskina et al. 2014" /><ref name="Galuskina et al. 2015" /><ref name="Guo et al. 2016" />

Elbrusit bildet komplexe Mischkristalle vor allem mit eisenreichen Granaten der Schorlomit-Gruppe entsprechend der Austauschreaktion (R steht für ein beliebiges Kation mit der angegebenen Ladung)

• ^[Y]U⁵⁺ + ^[Z]Fe³⁺ = ^[Y]R⁴⁺ + ^[Z]R⁴⁺

und einem Sn-Analog von Elbrusit gemäß der Austauschreaktion

• ^[Y]Zr⁴⁺ = ^[Y]Sn⁴⁺

Für synthetische Uran-Granate ist der Einbau von U⁶⁺ auf der Oktaederposition belegt, zumindest bei oxidierenden Bedingungen und Abwesenheit von Si⁴⁺ und Ti⁴⁺.<ref name="Guo et al. 2016" />

• ^[Y]U⁵⁺ = 0,5^[Y]U⁶⁺ + 0,5^[Y]Zr⁴⁺

Kristallstruktur

Elbrusit kristallisiert mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d (Raumgruppen-Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230 mit 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität hat dem Gitterparameter a = 12,49 Å.<ref name="Galuskina et al. 2010"/>

Synthetisch wurden uranhaltige Granate der Reihe Ca₃U⁶⁺_0,5Zr_1,5Fe³⁺₃O₁₂ - Ca₃U⁵⁺ZrFe³⁺₃O₁₂ mit maximal 0,7U apfu untersucht. Eine Extrapolation von deren Gitterparametern auf 1U apfu ergibt a = 12,8 Å für das U⁵⁺-Endglied.<ref name="Guo et al. 2016" />

Die Struktur ist die von Granat. Calcium (Ca²⁺) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffen umgebenen X-Positionen, Uran (U⁵⁺, U⁶⁺) und Zirkonium (Zr⁴⁺) die oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgebene Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffen umgebenen Z-Position ist mit Eisen (Fe³⁺) besetzt.<ref name="Galuskina et al. 2010"/><ref name="Galuskina et al. 2014" /><ref name="Galuskina et al. 2015" /><ref name="Guo et al. 2016" />

Bildung und Fundorte

Die Typlokalität von Elbrusit ist ein Kalksilikat-Xenolith aus einem Ignimbrit von Berg Lakargi sowie zwei weitere Xenolithe von Chegem Caldera in der nordkaukasischen Republik Kabardino-Balkarien in Russland.<ref name="Fundorte"/> Elbrusit bildete sich hier kontaktmetamorph in der Sanidinit-Fazies bei Temperaturen über 800 °C und niedrigen Druck in der Spurrit-Zone von Kalksilikatskarnen. Elbrusit tritt hier in feinkörnigen Aggregaten aus Wadalit auf oder bildet Krusten um Lakargiit. Weitere Begleitminerale sind Kimzeyit, Spurrit, Larnit und Rondorfit.<ref name="Galuskina et al. 2010"/>

Das bislang (2017) einzige weitere dokumentierte Vorkommen ist ein Aufschluss der Hatrurim-Formation in Jordanien. Hier wurden bitumenhaltige Kalke und Mergel beim Abbrand der Bitumen pyrometamorph zu einer Art natürlichem Portlandzement umgesetzt, dessen Mineralbestand dem von kontaktmetamorph überprägten Xenolithen ähnelt.<ref name="Galuskina et al. 2014" />

Siehe auch

• Liste der Minerale

Weblinks

• Elbrusit. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung; abgerufen am 22. September 2024 
• Vorlage:Mindat
• IMA Database of Mineral Properties – Elbrusite. In: rruff.info. RRUFF Project; abgerufen am 22. September 2024 (). 

Einzelnachweise

<references> <ref name="Fundorte"> Fundortliste für Elbrusit beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 23. September 2024. </ref> <ref name="Galuskina et al. 2010"> Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin, Thomas Armbruster, Biljana Lazic, Joachim Kusz, Piotr Dzierżanowski, Viktor M. Gazeev, Nikolai N. Pertsev, Krystian Prusik, Aleksandr E. Zadov, Antoni Winiarski, Roman Wrzalik, Anatoly G. Gurbanov: Elbrusite-(Zr) - A new uranium garnet from the the Upper Chegem caldera, Kabardino-Balkaria, Northern Caucasus, Russia. In: American Mineralogist. Band 95, Nr. 7, 2010, S. 1172–1181, doi:10.2138/am.2010.3507 (Download verfügbar bei researchgate.net [PDF; 2,0 MB; abgerufen am 23. September 2024]).  </ref> <ref name="Galuskina et al. 2014"> Irina Galuskina, Evgeny Galuskin, S. Utsunomiya, Y. Nakamatsu, M. Murashko, Y. Vapnik: Uranian garnet from pyrometamorphic rocks of the Hatrurim Complex, Jordan. Problem of crystal chemical formula of elbrusite. In: Abstracts of 21st General Meeting of IMA, South Africa. 2014, S. 378.  </ref> <ref name="Galuskina et al. 2015"> Irina O. Galuskina, Biljana Krüger, Evgeny V. Galuskin, Thomas Armbruster, Viktor M. Gazeev, Roman Włodyka, Mateusz Dulski, Piotr Dzierżanowski: Flourchengemite, Ca₇(SiO₄)₃F₂, a new Mineral from the Edgerwite-Bearing Endoscarn Zone of an Altered Xenolith in Ignimbrites from Upper Chegem Caldera, Northern Caucasus, Kabardino-Balkaria, Russia: Occurrence, Crystal Structure, and new Data on the Mineral Assemblages. In: The Canadian Mineralogist. Band 53, 2015, S. 325–344 (Download verfügbar bei researchgate.net [PDF; 1,2 MB; abgerufen am 23. September 2024]).  </ref> <ref name="Grew et al. 2013"> 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, Nr. 4, 2013, S. 785–811, doi:10.2138/am.2013.4201 (rruff.info [PDF; 1,1 MB; abgerufen am 23. September 2024]).  </ref> <ref name="Guo et al. 2016"> Xiaofeng Guo, Alexandra Navrotsky, Ravi K. Kukkadapu, Mark H. Engelhard, Antonio Lanzirotti, Matthew Newville, Eugene S. Ilton, Stephen R. Sutton, Hongwu Xu: Structure and thermodynamics of uranium-containing iron garnets. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 189, 2016, S. 269–281, doi:10.1016/j.gca.2016.05.043.  </ref> <ref name="Handbookofmineralogy"> </ref> <ref name="IMA-Depositories"> Catalogue of Type Mineral Specimens – Depositories. (PDF; 311 kB) Commission on Museums (IMA), 18. Dezember 2010, abgerufen am 22. September 2024 ().  </ref> <ref name="IMA-Liste"> Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: September 2024. (PDF; 3,8 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, September 2024, abgerufen am 19. September 2024 ().  </ref> <ref name="IMA-Typmaterialkatalog"> Catalogue of Type Mineral Specimens – E. (PDF 132 kB) Commission on Museums (IMA), 9. Februar 2021, abgerufen am 22. September 2024 (Gesamtkatalog der IMA).  </ref> <ref name="Lapis"> </ref> <ref name="Mindat-Classification"> Classification of Elbrusit. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 22. September 2024 (, siehe auch Anker „Strunz-Mindat“).  </ref> <ref name="Rak et al. 2011"> Zs. Rak, R. C. Ewing, U. Becker: Role of iron in the incorporation of uranium in ferric garnet matrices. In: Physical Review B. Band 84, 2011, doi:10.1103/PhysRevB.84.155128.  </ref> <ref name="Rak et al. 2013"> Zs. Rak, R. C. Ewing, U. Becker: Electronic structure and thermodynamic stability of uranium-doped yttrium iron garnet. In: Journal of Physics: Condensed Matter. Band 25, Nr. 49, 2011, S. 1–10, doi:10.1088/0953-8984/25/49/495502.  </ref> <ref name="Utsunomiya et al. 2002"> S. Utsunomiya, L. M. Wang, S. Yudintsev, R. C. Ewing: Ion irradiation-induced amorphization and nano-crystal formation in garnets. In: Journal of Nuclear Materials. Band 303, Nr. 2, 2002, S. 177–187, doi:10.1016/S0022-3115(02)00802-4.  </ref> <ref name="Warr"> </ref> </references>