Klinoenstatit

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurden kalziumarme, monokline Pyroxene aus basischen Magmatiten und Meteoriten beschrieben, die nur schlecht in die damals gebräuchliche Unterteilung nach Gustav Tschermak passten. In seiner im Mai 1906 an der Universität Helsinki vorgelegten Dissertation trug Walter Wahl die zu seiner Zeit bekannten Beschreibungen dieser Klinopyroxene zusammen und führte für diese Gruppe der „Enstatitaugite“ neue Namen ein. Für die kalziumärmsten Klinopyroxene folgte er der damaligen Benennung der Orthopyroxene und vergab für zunehmende Magnesiumgehalte die Namen „Klinohypersthen“, „Klinobronzit“ und „Klinoenstatit“.[7] Der Name Klinoenstatit ist als einziger heute noch gebräuchlich.[8]

Bis in die 1950er Jahre ging man davon aus, dass Klinoenstatit in der gleichen Struktur wie Diopsid vorliegt (Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15).[9] Ausgehend von Überlegungen von T. Ito aus dem Jahr 1950 konnte Nobuo Morimoto von der Universität Tokio 1956 die Unterschiede zur Diopsidstruktur aufzeigen und erstmals die Struktur kalziumarmer Klinopyroxene in der Raumgruppe P2₁/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 beschreiben.[10] Unabhängig von Morimoto kamen 1957 Bown & Gay an der University of Cambridge für Pigeonit zu dem gleichen Ergebnis.[11] Während eines Aufenthaltes am Geophysical Laboratory der Carnegie Institution of Washington konnte Morimoto 1959 schließlich die Struktur von Pigeonit und Klinoenstatit aufklären und verfeinern.[12]

In der strukturellen Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) gehört Klinoenstatit zusammen mit Enstatit, Protoenstatit, Ferrosilit, Klinoferrosilit und Pigeonit zu den Magnesium-Eisen-Proxenen (Mg-Fe-Pyroxene) in der Pyroxengruppe.[8]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Klinoenstatit zur Abteilung der „Ketten- und Bandsilikate (Inosilikate)“, wo er zusammen mit Aegirin, Augit, Diopsid, Esseneit, Hedenbergit, Jadeit, Jervisit, Johannsenit, Kanoit, Klinoferrosilit, Kosmochlor, Namansilit, Natalyit, Omphacit, Petedunnit, Pigeonit und Spodumen die „Pyroxengruppe, Untergruppe Klinopyroxene“ mit der System-Nr. VIII/D.01 innerhalb der Pyroxengruppe bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Klinoenstatit ebenfalls in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Ketten- und Bandsilikate (Inosilikate)“ ein. Diese Abteilung ist weiter unterteilt nach dem Aufbau der Silikatketten sowie der Zugehörigkeit zu größeren Mineralfamilien, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seines Aufbaus in der Unterabteilung „Ketten- und Bandsilikate mit 2-periodischen Einfachketten Si₂O₆; Pyroxen-Familie“ zu finden ist, wo es zusammen mit Kanoit, Klinoferrosilit, und Pigeonit die „Mg,Fe,Mn-Klinopyroxene – Klinoenstatitgruppe“ mit der System-Nr. 9.DA.10 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Klinoenstatit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Kettensilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Klinoferrosilit, Kanoit und Pigeonit in der Gruppe der „P2/c Klinopyroxene“ mit der System-Nr. 65.01.01 innerhalb der Unterabteilung „Kettensilikate: Einfache unverzweigte Ketten, W=1 mit Ketten P=2“ zu finden.

Klinoenstatit hat die idealisierte Zusammensetzung ^[M2]Mg^[M1]Mg^[T]Si₂O₆, wobei [M2], [M1] und [T] die Positionen in der Pyroxenstruktur sind.

Es besteht eine lückenlose Mischbarkeit mit Klinoferrosilit, entsprechend der Austauschreaktion

• ^M1,2Mg²⁺ = ^M1,2Fe²⁺ (Klinoferrosilit)

sowie eine begrenzte Mischbarkeit mit Diopsid, entsprechend der Austauschreaktion

• ^M2Mg²⁺ = ^M2Ca²⁺ (Diopsid).

Weiterhin kann Klinoenstatit geringe Mengen Aluminium enthalten, das z. B. über die Tschermaks-Substitution eingebaut wird:

• ^M1,2Mg²⁺ + ^TSi⁴⁺ = ^M1,2Al³⁺ + ^TAl³⁺ (Magnesium-Tschermaks).

Klinoenstatit kristallisiert mit monokliner Symmetrie in der Raumgruppe P2₁/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Das synthetische Endglied hat die Gitterparameter a = 9,6065(11) Å, b =8,8146(7)Å, c = 5,1688(6)Å und ß=108,335(9).[4][5]

Die Struktur ist die von Pyroxen und unterscheidet sich in einigen Details vor der der zentrosymetrischen Klinopyroxene mit der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 (z. B. Diopsid). Kalzium ist im Diopsid von acht Sauerstoffen umgeben, während Magnesium (Mg²⁺) auf den M1- und M2-Positionen der Klinoenstatitstruktur oktaedrisch von sechs Sauerstoffen umgeben ist. Silizium (Si⁴⁺) besetzt die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen T-Positionen. Mg²⁺ ist ein deutlich kleineres Kation, als Ca²⁺ und die SiO₄-Tetraederketten sind daher im Klinoenstatit etwas gestaucht. Diese Verkürzung wird durch eine leichte Drehung der SiO₄-Tetraeder erreicht. Im Gegensatz zu den zentrosymmetrischen Klinopyroxenen der Diopsid-Hedenbergit-Reihe weist die Klinoenstatitstruktur zwei symmetrisch verschiedene Silikatketten mit gegensätzlich rotierten Silikattetraedern auf.[10][12]

Druck-Temperatur-Phasendiagramm für die Verbindung MgSiO₃ nach Presnell 1995[13]

Magnesiummetasilicat MgSiO₃ ist polymorph und kann mit verschiedenen Strukturtypen und Symmetrien vorkommen.

Die meisten natürlichen Klinoenstatite wurden nicht in ihrem Stabilitätsfeld gebildet, sondern metastabil bei der Abkühlung der Hochtemperaturmodifikation Protoenstatit.[16][17]

Eine Typlokalität wird für Klinoenstatit nicht angegeben. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts ist Klinoenstatit unter verschiedenen Namen in Meteoriten und einigen basischen Magmatiten beschrieben worden.[7]

• Mineralienatlas: Klinoenstatit (Wiki)
• American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Clinoenstatite. In: rruff.geo.arizona.edu. Abgerufen am 19. Mai 2019