Carletonit

Dunton Tower der Carleton University in Ottawa, nach der das Mineral Carletonit benannt wurde

Bereits im Jahre 1967 hatte ein Team von US-amerikanisch-kanadischen Wissenschaftlern um den Mineralogen und Kristallographen Professor George Y. Chao eine Beschreibung der Minerale des Nephelinsyenits vom Mont Saint-Hilaire vorgelegt und dabei auf die Existenz von zehn unidentifizierten Mineralen am Mont Saint-Hilaire hingewiesen. Darunter befand sich auch eines, welches sich durch charakteristische graduelle Farbübergänge von rosa nach blassblau auszeichnete. Diese Phase wurde vorläufig als „Mineral UK #15“ („Unknown Number 15“) bezeichnet.[8]

Weitere Untersuchungen führten dazu, dass UK #15 bei der International Mineralogical Association (IMA) eingereicht und im Jahre 1969 als neues Mineral anerkannt wurde. Im Jahre 1971 wurde es von George Y. Chao von der Carleton University, Ottawa, Kanada, beschrieben und als Carletonit nach der Universität benannt, an der es zuerst erkannt und untersucht worden war.[4]

Typmaterial des Minerals wird im Canadian Museum of Nature in Ottawa (früher: National Museum of Natural Sciences) (Katalog-Nr. CMNMC 37135, Holotyp, 10 g), sowie im Geological Survey of Canada in Ottawa (Katalog-Nr. NMNCC 012157 (Mesotyp, Matrixstufe) aufbewahrt.[6]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehört Carletonit zur Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ und dort zur Abteilung der „Schichtsilikate (Phyllosilikate)“, wo er als alleiniger Vertreter die unbenannte Gruppe mit der System-Nr. VIII/H.07 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Carletonit ebenfalls in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Schichtsilikate (Phyllosilikate)“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Struktur der Schichten, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „Doppelnetze mit 4- und 6-gliedrigen Ringen“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe mit der System-Nr. 9.EB.20 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Carletonit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Schichtsilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Fluorapophyllit-(K), Hydroxyapophyllit-(K) und Fluorapophyllit-(Na) in der „Apophyllitgruppe (4- und 8-gliedrige Ringe)“ mit der System-Nr. 72.03.01 innerhalb der Unterabteilung „Schichtsilikate: Zweidimensionale unbegrenzte Lagen mit anderen als sechsgliedrigen Ringen: 3-, 4- oder 5-gliedrige Ringe und 8-gliedrige Ringe“ zu finden.

Carletonit hat (auf Basis von 8 (Si,Al)-Atomen pro Formel) die gemessene Zusammensetzung K_0,74Na_3,56(Ca_3,74,Mg_0,03)_Σ=3,77(Si_7,89,Al_0,11)_Σ=8,00O₁₈(CO₃)_3,65F_0,41·2,05H₂O, was zu KNa₄Ca₄Si₈O₁₈(CO₃)₄(F,OH)·H₂O idealisiert wurde.

Carletonit besitzt eine nichtstöchiometrische Zusammensetzung und weist Defizite in Kalium, Natrium, Calcium, CO₂ und Fluor auf. Der in der Analyse in der Typpublikation angegebene Wassergehalt ist wesentlich höher als es die Strukturformel erfordert, auch wenn man annimmt, dass ein Teil des Wassers in Form von Fluor substituierenden Hydroxygruppen vorliegt. Dieses überschüssige Wasser sitzt wahrscheinlich auf den leeren Positionen der CO₂-Gruppe und führt zur Stabilisierung der defekten Struktur.[4]

Oben: Projektion einer Silikat-Einzelschicht der Carletonit­struktur auf (001), unten: Projektion auf (100).

Carletonit kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem in der Raumgruppe P4/mbm (Raumgruppen-Nr. 127)Vorlage:Raumgruppe/127 mit den Gitterparametern a = 13,178 Å und c = 16,695 Å sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.[4][9]

Die Struktur des Carletonits besteht aus einer Apophyllit-artigen Silikat-Doppelschicht mit Vierer- und Achterringen, die sich in Richtung [001] mit einer Carbonatschicht (C1) der Zusammensetzung Na₃CO₃·□H₂O sowie zwei Carbonatschichten (C2) der Zusammensetzung NaCa₂CO₃(F,OH)_0,5 abwechselt. Jeweils zwei unabhängige SiO₄-Tetraeder sind über ein gemeinsames Sauerstoffatom miteinander verknüpft und bilden auf diese Weise Achterringe um die vierzählige Symmetrieachse des Carletonits. Im Achterring zeigen die apikalen Sauerstoffatome in alternierenden Tetraedern in entgegengesetzte Richtungen. Jeder Achterring ist lateral über Viererringe mit vier angrenzenden Achterringen über die diagonalen Spiegelebenen hinweg verknüpft, was zu einer unendlichen Einzelschicht führt. Jede der Apophyllit-artigen Si₄O₁₀-Einzelschichten ist über die horizontale Spiegelebene (bei z = 0,5) hinweg mit einer weiteren Einzelschicht verbunden. Beide Einzelschichten teilen sich die Hälfte ihrer innerhalb der Einzelschicht nicht verknüpften Sauerstoffatome und bilden dadurch eine Si₈O₁₈-Doppelschicht.[4][9]

Die Doppelschichtstruktur des Carletonits erklärt die sehr vollkommenen Spaltbarkeit des Minerals nach {001}.[9]

Die Si₈O₁₈-Doppelschichten im Carletonit stehen strukturell zwischen tetragonalen Si₄O₁₀-Einzelschichten wie z. B. in den tetragonalen Vertretern der Apophyllitgruppe oder im Gillespit sowie den Gerüststrukturen einiger Zeolithe wie Harmotom oder Phillipsit. Aus diesem Grund finden sich in der Carletonitstruktur Merkmale beider verwandter Strukturen wieder.

Das Kristallwasser sowie das CO₂ wird zwischen 650 und 750 °C ausgetrieben, was mit einer starken endothermen Reaktion bei 692 °C übereinstimmt. Nach dem Verlust von H₂O und CO₂ bricht die Kristallstruktur des Carletonits vollständig zusammen.[4]

Carletonit-Matrixstufe mit freistehenden, königsblauen Kristallen aus dem Poudrette Quarry (Größe: 4,1 cm × 3,7 cm × 3,1 cm)

Als sehr seltene Mineralbildung konnte Carletonit bisher (Stand 2016) nur von seiner Typlokalität beschrieben werden. Diese ist der weltberühmte Steinbruch des Poudrette Quarry (auch Demix Quarry, Uni-Mix Quarry, Desourdy Quarry und Carrière Mont Saint-Hilaire) am Mont Saint-Hilaire, regionalen Grafschaftsgemeinde La Vallée-du-Richelieu, Montérégie, Québec, Kanada. Carletonit ist hier nach den ersten Funden in den 1960er Jahren noch mehrere Male geborgen worden.[11][12]

Carletonit kommt ausschließlich in einem intrusiven Gabbro-Syenit-Alkalikomplex vor. Er wird dort in den Kernbereichen von thermometamorph beanspruchten Nebengesteinsxenolithen (ehemalige Schiefern mit zwischengeschalteten Kalksteinen) gefunden, bei denen es sich heute entweder um grünlichgraue oder graue Hornfelse oder um verkieselte Marmore handelt. Im ersten der in der Typpublikation beschriebenen Vorkommen trat Carletonit in Quarzgängen innerhalb von grünlichgrauen Hornfelsen auf und wurde von zitronengelbem Narsarsukit, Calcit, violettem Fluorit und wenig Ankylit, Molybdänit, Leukosphenit, Lorenzenit (Ramsayit) und Galenit begleitet. In einem zweiten Vorkommen fand sich das Mineral im Innern eines Xenoliths von ca. 60 cm Durchmesser. Dessen äußerer Bereich bestand aus einem dunkelgrauen Hornfels mit großen Anreicherungen aus massivem rosa und weißem Albit. Seine innere Zone setzte sich aus grobfaserigem Pektolith, mittelkörnigem Magnesio-Arfvedsonit, massivem rosafarbenem Albit, feinkörnigem Quarz, Fluorapophyllit, violettem Fluorit und Carletonit zusammen. Der massive, rosafarbene Carletonit, der ca. 80 Vol.-% des Kernbereichs einnahm, wurde von idiomorphen Magnesio-Arfvedsonit-Kristallen, Fluorapophyllit und nadeligem Leifit begleitet. In einem dritten Vorkommen bestand die äußere Zone des Xenoliths aus einem grobkörnigen Marmor und die innere Zone aus nahezu reinem, radialfaserigem Pektolith. Hierin fand sich blassblauer Carletonit zusammen mit Mikroklin, Magnesio-Arfvedsonit und winzigen Fluorapophyllit-Kriställchen. In allen drei Vorkommen ist der Carletonit nur in derber bzw. massiver Form gefunden worden.

Der erste bedeutende Fund von blassblauen Carletonit-Kristallen bis 5 cm Länge auf Matrixstufen ereignete sich im Sommer 1983. Zwischen 1983 und 1987 wurden mehrere Male schöne Stufen mit klaren blauen, bis 1 cm langen, Hohlräume auskleidenden Kristallen gefunden. In den Jahren von 1987 bis 1988 sind neben schönen Stufen hauptsächlich scharfkantige Einzelkristalle mit ungewöhnlicher Farbintensität geborgen worden. Dazu zählen wasserklare, tiefblaue Kristalle bis 1,5 cm Länge sowie scharfkantige, prismatische Kristalle bis 6 cm Länge, die einen deutlichen Farbzonarbau (blass- bis tiefblau im Innern/rosa über farblos bis weiß in der Randzone) aufweisen.[4][7][10]

Obwohl die Kristalle des Carletonits zerbrechlich und leicht spaltbar sind, konnten einige kleine Schmucksteine geschliffen werden. So wird von einem 0,34 Karat schweren, dunkelblauen Stein im Smaragdschliff berichtet.[7] Später wurde darauf hingewiesen, dass infolge des Pleochroismus beim Schleifen des Carletonits dessen optische Achse senkrecht zur Tafelfläche orientiert werden muss, um eine gute Farbausbeute zu erreichen – was aber zu relativ kleinen Steinen führt. Trotzdem ist als größter facettierter Carletonit ein 1,48 ct schwerer Stein bekannt, der sich im Besitz von Gilles Haineault befindet.[13]

• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale

• Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 766 (Erstausgabe: 1891).
• Carletonite, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF, 48 kB)

Commons: Carletonite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mineralienatlas:Carletonit (Wiki)
• Webmineral – Carletonit
• Mindat – Carletonit
• RRUFF Database-of-Raman-spectroscopy – Carletonit
• American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Carletonit

1. 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: January 2023. (PDF; 3,7 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Januar 2023, abgerufen am 26. Januar 2023 (englisch).
2. Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 320 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
3. Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 662.
4. George Y. Chao: Carletonite, KNa₄Ca₄Si₈O₁₈(CO₃)₄(F,OH)·7H₂O, a new mineral from Mount St. Hilaire, Quebec. In: The American Mineralogist. Band 56, 1971, S. 1855–1866 (rruff.info [PDF; 559 kB]).
5. Carletonite, In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF, 48 kB)
6. Lázló Horváth: Mineral species discovered in Canada (The Canadian Mineralogist Special Publication 6). 1. Auflage. Mineralogical Association of Canada, Ottawa 2003, ISBN 978-0-921294-40-5, S. 35.
7. Lázló Horváth, Robert Gait: The mineralogy of Mont Saint-Hilaire. In: The Mineralogical Record. Band 21, 1990, S. 284–359.
8. George Y. Chao, Donald C. Harris, Arthur W. Hounslow, Joseph A. Mandarino, Guy Perrault: Minerals from the nepheline syenite, Mont St. Hilaire, Quebec. In: The Canadian Mineralogist. Band 9, 1967, S. 109–123.
9. George Y. Chao: The crystal structure of carletonite, KNa₄Ca₄Si₈O₁₈(CO₃)₄(F,OH)·7H₂O, a double-sheet silicate. In: The American Mineralogist. Band 57, 1972, S. 765–778 (rruff.info [PDF; 880 kB]).
10. Lázló Horváth, Elsa Horváth-Pfenninger: Die Mineralien des Mont Saint-Hilaire. In: Lapis. 25 (Heft 7/8), 2000, S. 23–61.
11. Mindat – Anzahl der Fundorte für Carletonit
12. Fundortliste für Carletonit beim Mineralienatlas und bei Mindat
13. John I. Koivula, Robert C. Kammerling, Emmanuel Fritsch: Gem News. In: Gems & Gemmology. Band 28, 1992, S. 129–139.