Elbrusit

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.[5] 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.[7]

Für die Beschreibung der gemessenen Zusammensetzungen wurde ein hypothetisches U⁶⁺Fe²⁺-Granat-Endglied eingeführt.[7] 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.[3][4] Eine Entscheidung der IMA hierzu steht noch (2017) aus.

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.[8] 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.[9]

Die aktuelle Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) zählt den Elbrusit zur Granat-Obergruppe, wo er zusammen mit Dzhuluit, Bitikleit und Usturit die Bitikleit-Gruppe mit 9 positiven Ladungen auf der tetraedrisch koordinierten Gitterposition bildet.[7]

Die seit 2001 gültige 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik führt den Elbrusit nicht auf. Obwohl Elbrusit kein Silikat ist, würde es, ebenso wie Katoit, wegen seiner Bildung von Mischkristallen mit Silikatgranaten in die Granatgruppe mit der Ordnungsnummer 9.AD.25 in der Klasse der „Silikate und Germanate“, Abteilung A (Inselsilikate), Unterabteilung „D. Inselsilikate ohne weitere Anionen; Kationen in oktaedrischer [6] und gewöhnlich größerer Koordination“, eingeordnet werden.[5]

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 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).[5]

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[10] und U⁵⁺ auf der Y-Position[11] bestätigen und neuere Untersuchungen an natürlichen Elbrusit zeigen, dass Uran als U⁵⁺ vorliegt und das gesamte Fe als Fe³⁺.[3][4][9]

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⁺.[9]

• ^[Y]U⁵⁺ = 0,5^[Y]U⁶⁺ + 0,5^[Y]Zr⁴⁺

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.[5]

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.[9]

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.[5][3][4][9]

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.[6] 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.[5]

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.[3]

• Liste der Minerale

• Mineralienatlas:Elbrusit (Wiki)
• Mindat – Elbrusite (englisch)