Pyrop

Pyrop
Pyrop aus Madagaskar
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol	Prp<ref name="Warr" />
Andere Namen	Böhmischer Granat
Chemische Formel	Mg3Al2[SiO4]3
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Inselsilikate (Nesosilikate)
System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana	VIII/A.06a VIII/A.08-010 9.AD.25 51.04.03a.01
Ähnliche Minerale	andere Granate, Spinell, Rubin
Kristallographische Daten
Kristallsystem	kubisch
Raumgruppe	Vorlage:Raumgruppe<ref name="Gibbs & Smith 1965" /><ref name="Novak & Gibbs 1971" />
Gitterparameter
Formeleinheiten
Häufige Kristallflächen	Rhombendodekaeder {110}
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	7 bis 7,5
Dichte (g/cm3)	gemessen: 3,582<ref name="Skinner 1956" />; berechnet: 3,5591<ref name="Teertstra 2006" />
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	1,714<ref name="Skinner 1956" /><ref name="Teertstra 2006" />
Doppelbrechung	keine, oft schwach doppelbrechend mit undulöser Auslöschung<ref name="Hofmeister et al. 1998" />

Das Mineral Pyrop (von griechisch pyropos „feurig“) ist ein Inselsilikat aus der Granatgruppe und hat die Endgliedzusammensetzung 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 als Stein auf dem Brustharnisch des Hohepriesters Aaron. Plinius der Ältere fasste in seiner Arbeit Naturalis historia in Buch 35, Kapitel 25<ref name="PliniusÄlter" /> 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.<ref name="Wegner" /><ref name="Magnus" /> 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.<ref name="Klaproth 1797" />

Die Kristallstruktur der Granate klärte Georg Menzer 1929 auf<ref name="Menzer 1929" /> 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).<ref name="Coes 1955" /> Synthetische Pyrope aus Coes Labor dienten Skinner 1956 für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften (Gitterkonstante, Brechungsindex, Dichte) von reinem Pyrop<ref name="Skinner 1956" /> und Anna und J. Zemann fünf Jahre später für die erste Strukturverfeinerung von Pyrop.<ref name="Zemann & Zemann 1961" />

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.<ref name="Grew et al. 2013" />

In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Pyrop zur Mineralklasse der „Silikate“ und dort zur Abteilung „Inselsilikate (Nesosilikate)“, wo er gemeinsam mit Almandin, Grossular und Spessartin in der Gruppe „Aluminium-Granate“ mit der Systemnummer VIII/A.06a steht.

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 VIII/A.08-010. Dies entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikate mit [SiO₄]-Gruppen“, wo Pyrop zusammen mit Almandin, Andradit, Calderit, Eltyubyuit, Eringait, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Holtstamit, Hutcheonit, Irinarassit, Jeffbenit, Katoit, Kerimasit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Menzerit-(Y), Momoiit, Morimotoit, Schorlomit, Spessartin, Toturit, Uwarowit und Wadalit die „Granatgruppe“ mit der Systemnummer VIII/A.08 bildet.<ref name="Lapis" />

Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte<ref name="IMA-Liste-2009" /> 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Pyrop in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung „Inselsilikate (Nesosilikate)“ ein. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung „Inselsilikate ohne zusätzliche Anionen; Kationen in oktaedrischer [6]er- und gewöhnlich größerer Koordination“ zu finden, wo es zusammen mit Almandin, Andradit, Blythit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Hibschit, Holtstamit, Hydroandradit, Katoit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Momoiit, Morimotoit, Schorlomit, Skiagit, Spessartin, Uwarowit und Wadalit die „Granatgruppe“ mit der Systemnummer 9.AD.25 bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Pyrop die System- und Mineralnummer 51.04.03a.01. Das entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikatminerale“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO₄-Gruppen nur mit Kationen in [6] und >[6]-Koordination“ in der „Granatgruppe (Pyralspit-Reihe)“, in der auch Almandin, Spessartin, Knorringit, Majorit und Calderit eingeordnet sind.

Chemismus

Pyrop mit der Endgliedzusammensetzung ^[X]Mg²⁺₃^[Y]Al^3+[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

• ^[X]Mg²⁺ = ^[X]Fe²⁺ (Almandin)<ref name="Armbruster et al. 1992" /><ref name="Geiger & Feenstra 1997" />
• ^[X]Mg²⁺ = ^[X]Mn²⁺ (Spessartin)<ref name="Geiger 1998" /><ref name="Schmetzer & Bernhardt 1999" />
• ^[X]Mg²⁺ = ^[X]Ca²⁺ (Grossular)<ref name="Ganguly et al. 1993" /><ref name="Ganguly et al. 1996" /><ref name="Wang et al. 2000" />

Mit einer Ausnahme besteht, zumindest bei geologisch relevanten Temperaturen, mit allen Aluminiumgranat-Endgliedern unbegrenzte Mischbarkeit. In der Mischungsreihe Pyrop - Grossular besteht eine Mischungslücke bei Temperaturen unterhalb von ungefähr 600 °C und 25–30 Mol-% Grossular.<ref name="Ganguly et al. 1996" /><ref name="Wang et al. 2000" />

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

• ^[Y]Al³⁺ = ^[Y]Cr³⁺ (Knorringit)<ref name="Nixon et al. 1963" /><ref name="Nixon & Hornung 1968" /><ref name="Ringwood 1977" />

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)<ref name="Heinemann et al. 1997" />

Pyrope dieser Reihe mit mehr als ~25 Mol-% Majorit sind tetragonal.<ref name="Nakatsuka et al. 1999" />

Kristallstruktur

Pyrop kristallisiert mit kubischer Symmetrie in der Vorlage:Raumgruppe 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<ref name="Skinner 1956" /><ref name="Teertstra 2006" />, a = 11,452 Å<ref name="Armbruster et al. 1992" /> oder a = 11,450 Å für einen natürlichen Pyrop aus den Weißschiefern der Dora Meira Region (Italien).<ref name="Armbruster et al. 1992" />

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.<ref name="Artioli et al. 1997" /> 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.<ref name="Gibbs & Smith 1965" /><ref name="Novak & Gibbs 1971" />

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.<ref name="Hofmeister et al. 1998" />

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 umschlägt.<ref name="Irifune & Hariya 1983" /> 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.<ref name="Taran et al. 2004" /> 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.<ref name="Caltech" />

Alexandrit-Effekt: Farbwechsel je nach Beleuchtung

→ Hauptartikel: Alexandrit-Effekt

Pyrope mit mehr als 3 Gew-% Cr₂O₃ zeigen für das menschliche Auge einen Farbwechsel von blaugrün bei Tageslicht zu weinrot bei Glühlampen- oder Kerzenlicht.<ref name="Gubelin & Schmetzer 1982" />

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.<ref name="Gubelin & Schmetzer 1982" /> Blaugrüne Pyrope aus einer Lagerstätte bei Bekily, Madagaskar erscheinen bei Tageslicht blaugrün und bei Glühlampen- oder Kerzenlicht rosa.<ref name="Schmetzer & Bernhardt 1999" />

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 (Böhmisches 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“).

Weblinks

Commons: Pyrop – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Vorlage:Mineralienatlas
• David Barthelmy: In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) 
• In: Hudson Institute of Mineralogy; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) 

Einzelnachweise

<references responsive> <ref name="Armbruster et al. 1992"> </ref> <ref name="Artioli et al. 1997"> </ref> <ref name="Caltech"> George R. Rossman: California Institute of Technology; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive)  </ref> <ref name="Coes 1955"> </ref> <ref name="Ganguly et al. 1993"> </ref> <ref name="Ganguly et al. 1996"> </ref> <ref name="Geiger & Feenstra 1997"> </ref> <ref name="Geiger 1998"> </ref> <ref name="Gibbs & Smith 1965"> </ref> <ref name="Grew et al. 2013"> </ref> <ref name="Gubelin & Schmetzer 1982"> </ref> <ref name="Heinemann et al. 1997"> </ref> <ref name="Hofmeister et al. 1998"> </ref> <ref name="IMA-Liste-2009"> Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: [ ] (PDF; 1,9 MB) In: IMA/CNMNC, , archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2024-09-06; abgerufen ().  </ref> <ref name="Irifune & Hariya 1983"> </ref> <ref name="Klaproth 1797"> </ref> <ref name="Lapis"> </ref> <ref name="Magnus"> </ref> <ref name="Menzer 1929"> </ref> <ref name="Nakatsuka et al. 1999"> </ref> <ref name="Nixon et al. 1963"> </ref> <ref name="Nixon & Hornung 1968"> </ref> <ref name="Novak & Gibbs 1971"> </ref> <ref name="PliniusÄlter"> Plinius der Ältere: Perseus Digital Library; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen   </ref> <ref name="Ringwood 1977"> </ref> <ref name="Schmetzer & Bernhardt 1999"> </ref> <ref name="Skinner 1956"> </ref> <ref name="Taran et al. 2004"> </ref> <ref name="Teertstra 2006"> </ref> <ref name="Wang et al. 2000"> </ref> <ref name="Warr"> </ref> <ref name="Wegner"> Universität Karlsruhe, Wolfgang Wegner: Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL. </ref> <ref name="Zemann & Zemann 1961"> </ref> </references>