domingo, 21 de julho de 2013

Garnet

Garnet

Garnet
GarnetCrystalUSGOV.jpg
General
Category Nesosilicate
Formula
(repeating unit)
The general formula X3Y2(SiO4)3
Identification
Color virtually all colors
Crystal habit Rhombic_dodecahedron or cubic
Crystal system Cubic rhombic dodecahedron, icositetrahedron
Cleavage Indistinct
Fracture conchoidal to uneven
Mohs scale hardness 6.5–7.5
Luster vitreous to resinous
Streak White
Specific gravity 3.1–4.3
Polish luster vitreous to subadamantine[1]
Optical properties Single refractive, often anomalous double refractive[1]
Refractive index 1.72–1.94
Birefringence None
Pleochroism None
Major varieties
Pyrope Mg3Al2Si3O12
Almandine Fe3Al2Si3O12
Spessartine Mn3Al2Si3O12
Andradite Ca3Fe2Si3O12
Grossular Ca3Al2Si3O12
Uvarovite Ca3Cr2Si3O12
Garnets /ˈɡɑrnət/ are a group of silicate minerals that have been used since the Bronze Age as gemstones and abrasives.[note 1]
Garnets possess similar physical properties and crystal forms but different chemical compositions. The different species are pyrope, almandine, spessartine, grossular (varieties of which are hessonite or cinnamon-stone and tsavorite), uvarovite and andradite. The garnets make up two solid solution series: pyrope-almandine-spessarite and uvarovite-grossular-andradite.

Contents

Physical properties

Properties

Garnet species are found in many colors including red, orange, yellow, green, blue, purple, brown, black, pink and colorless. The rarest of these is the blue garnet, discovered in the late 1990s in Bekily, Madagascar. It is also found in parts of the United States, Russia, Kenya, Tanzania, and Turkey. It changes color from blue-green in the daylight to purple in incandescent light, as a result of the relatively high amounts of vanadium (about 1 wt.% V2O3). Other varieties of color-changing garnets exist. In daylight, their color ranges from shades of green, beige, brown, gray, and blue, but in incandescent light, they appear a reddish or purplish/pink color. Because of their color-changing quality, this kind of garnet is often mistaken for Alexandrite.
A sample showing the deep red color garnet can exhibit.
Garnet species' light transmission properties can range from the gemstone-quality transparent specimens to the opaque varieties used for industrial purposes as abrasives. The mineral's luster is categorized as vitreous (glass-like) or resinous (amber-like).

Crystal structure

Crystal structure model of garnet/
Garnets are nesosilicates having the general formula X3Y2(Si O4)3. The X site is usually occupied by divalent cations (Ca2+, Mg2+, Fe2+) and the Y site by trivalent cations (Al3+, Fe3+, Cr3+) in an octahedral/tetrahedral framework with [SiO4]4− occupying the tetrahedra.[4] Garnets are most often found in the dodecahedral crystal habit, but are also commonly found in the trapezohedron habit. (Note: the word "trapezohedron" as used here and in most mineral texts refers to the shape called a Deltoidal icositetrahedron in solid geometry.) They crystallize in the cubic system, having three axes that are all of equal length and perpendicular to each other. Garnets do not show cleavage, so when they fracture under stress, sharp irregular pieces are formed.

Hardness

Because the chemical composition of garnet varies, the atomic bonds in some species are stronger than in others. As a result, this mineral group shows a range of hardness on the Mohs scale of about 6.5 to 7.5. The harder species like almandine are often used for abrasive purposes.

Magnetics used in garnet series identification

For gem identification purposes, a pick-up response to a strong neodymium magnet separates garnet from all other natural transparent gemstones commonly used in the jewelry trade. Magnetic susceptibility measurements in conjunction with refractive index can be used to distinguish garnet species and varieties, and determine the composition of garnets in terms of percentages of end-member species within an individual gem.[5] See http://gemstonemagnetism.com.

Garnet group endmember species

Pyralspite garnets – aluminium in Y site

Almandine

Almandine in metamorphic rock
Almandine, sometimes incorrectly called almandite, is the modern gem known as carbuncle (though originally almost any red gemstone was known by this name). The term "carbuncle" is derived from the Latin meaning "live coal" or burning charcoal. The name Almandine is a corruption of Alabanda, a region in Asia Minor where these stones were cut in ancient times. Chemically, almandine is an iron-aluminium garnet with the formula Fe3Al2(SiO4)3; the deep red transparent stones are often called precious garnet and are used as gemstones (being the most common of the gem garnets). Almandine occurs in metamorphic rocks like mica schists, associated with minerals such as staurolite, kyanite, andalusite, and others. Almandine has nicknames of Oriental garnet, almandine ruby, and carbuncle.

Pyrope

Pyrope (from the Greek pyrōpós meaning "fire-eyed") is red in color and chemically a magnesium aluminium silicate with the formula Mg3Al2(SiO4)3, though the magnesium can be replaced in part by calcium and ferrous iron. The color of pyrope varies from deep red to black. Pyrope and spessartine gemstones have been recovered from the Sloan diamondiferous kimberlites in Colorado, from the Bishop Conglomerate and in a Tertiary age lamprophyre at Cedar Mountain in Wyoming.[6]
A variety of pyrope from Macon County, North Carolina is a violet-red shade and has been called rhodolite, Greek for "rose". In chemical composition it may be considered as essentially an isomorphous mixture of pyrope and almandine, in the proportion of two parts pyrope to one part almandine. Pyrope has tradenames some of which are misnomers; Cape ruby, Arizona ruby, California ruby, Rocky Mountain ruby, and Bohemian garnet from the Czech Republic. Another intriguing find is the blue color-changing garnets from Madagascar, a pyrope-spessartine mix. The color of these blue garnets is not like sapphire blue in subdued daylight but more reminiscent of the grayish blues and greenish blues sometimes seen in spinel. However, in white LED light, the color is equal to the best cornflower blue sapphire, or D block tanzanite; this is due to the blue garnet's ability to absorb the yellow component of the emitted light.[citation needed]
Pyrope is an indicator mineral for high-pressure rocks. The garnets from mantle-derived rocks, peridotites, and eclogites commonly contain a pyrope variety.

Spessartine

Spessartine (the reddish mineral)
Spessartine or spessartite is manganese aluminium garnet, Mn3Al2(SiO4)3. Its name is derived from Spessart in Bavaria. It occurs most often in granite pegmatite and allied rock types and in certain low grade metamorphic phyllites. Spessartine of an orange-yellow is found in Madagascar. Violet-red spessartines are found in rhyolites in Colorado and Maine.

Ugrandite group – calcium in X site

Andradite

Andradite is a calcium-iron garnet, Ca3Fe2(SiO4)3, is of variable composition and may be red, yellow, brown, green or black. The recognized varieties are topazolite (yellow or green), demantoid (green) and melanite (black). Andradite is found both in deep-seated igneous rocks like syenite as well as serpentines, schists, and crystalline limestone. Demantoid has been called the "emerald of the Urals" from its occurrence there, and is one of the most prized of garnet varieties. Topazolite is a golden-yellow variety and melanite is a black variety.

Grossular

Grossular on display at the U.S. National Museum of Natural History. The green gem at right is a type of grossular known as tsavorite.
Grossular is a calcium-aluminium garnet with the formula Ca3Al2(SiO4)3, though the calcium may in part be replaced by ferrous iron and the aluminium by ferric iron. The name grossular is derived from the botanical name for the gooseberry, grossularia, in reference to the green garnet of this composition that is found in Siberia. Other shades include cinnamon brown (cinnamon stone variety), red, and yellow. Because of its inferior hardness to zircon, which the yellow crystals resemble, they have also been called hessonite from the Greek meaning inferior. Grossular is found in contact metamorphosed limestones with vesuvianite, diopside, wollastonite and wernerite.
Grossular garnet from Kenya and Tanzania has been called tsavorite. Tsavorite was first described in the 1960s in the Tsavo area of Kenya, from which the gem takes its name.[7]

Uvarovite

Uvarovite is a calcium chromium garnet with the formula Ca3Cr2(SiO4)3. This is a rather rare garnet, bright green in color, usually found as small crystals associated with chromite in peridotite, serpentinite, and kimberlites. It is found in crystalline marbles and schists in the Ural mountains of Russia and Outokumpu, Finland.

Less common species

  • Calcium in X site
    • Goldmanite: Ca3V2(SiO4)3
    • Kimzeyite: Ca3(Zr,Ti)2[(Si,Al,Fe3+)O4]3
    • Morimotoite: Ca3Ti4+Fe2+(SiO4)3
    • Schorlomite: Ca3(Ti4+,Fe3+)2[(Si,Ti)O4]3
  • Hydroxide bearing – calcium in X site
    • Hydrogrossular: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x
      • Hibschite: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x (where x is between 0.2 and 1.5)
      • Katoite: Ca3Al2(SiO4)3-x(OH)4x (where x is greater than 1.5)
  • Magnesium or manganese in X site

Knorringite

Knorringite is a magnesium-chromium garnet species with the formula Mg3Cr2(SiO4)3. Pure endmember knorringite never occurs in nature. Pyrope rich in the knorringite component is only formed under high pressure and is often found in kimberlites. It is used as an indicator mineral in the search for diamonds.

Garnet structural group

  • Formula: X3Z2(TO4)3 (X = Ca, Fe, etc., Z = Al, Cr, etc., T = Si, As, V, Fe, Al)
    • All are cubic or strongly pseudocubic.
IMA/CNMNC
Nickel-Strunz
Mineral class
Mineral name Formula Crystal system Point group Space group
04 Oxide Bitikleite-(SnAl) Ca3SnSb(AlO4)3 isometric m3m Ia3d
04 Oxide Bitikleite-(SnFe) Ca3(SnSb5+)(Fe3+O)3 isometric m3m Ia3d
04 Oxide Bitikleite-(ZrFe) Ca3SbZr(Fe3+O4)3 isometric m3m Ia3d
04 Tellurate Yafsoanite Ca3Zn3(Te6+O6)2 isometric m3m
or 432
Ia3d
or I4132
08 Arsenate Berzeliite NaCa2Mg2(AsO4)3 isometric m3m Ia3d
08 Vanadate Palenzonaite NaCa2Mn2+2(VO4)3 isometric m3m Ia3d
08 Vanadate Schäferite NaCa2Mg2(VO4)3 isometric m3m Ia3d
Mineral name Formula Crystal system Point group Space group
Almandine Fe2+3Al2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Andradite Ca3Fe3+2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Calderite Mn+23Fe+32(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Goldmanite Ca3V3+2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Grossular Ca3Al2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Henritermierite Ca3Mn3+2(SiO4)2(OH)4 tetragonal 4/mmm I41/acd
Hibschite Ca3Al2(SiO4)(3-x)(OH)4x (x= 0.2–1.5) isometric m3m Ia3d
Katoite Ca3Al2(SiO4)(3-x)(OH)4x (x= 1.5-3) isometric m3m Ia3d
Kerimasite Ca3Zr2(Fe+3O4)2(SiO4) isometric m3m Ia3d
Kimzeyite Ca3Zr2(Al+3O4)2(SiO4) isometric m3m Ia3d
Knorringite Mg3Cr2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Majorite Mg3(Fe2+Si)(SiO4)3 tetragonal 4/m
or 4/mmm
I41/a
or I41/acd
Menzerite-(Y) Y2CaMg2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Momoiite Mn2+3V3+2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Morimotoite Ca3(Fe2+Ti4+)(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Pyrope Mg3Al2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Schorlomite Ca3Ti4+2(Fe3+O4)2(SiO4) isometric m3m Ia3d
Spessartine Mn2+3Al2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
Toturite Ca3Sn2(Fe3+O4)2(SiO4) isometric m3m Ia3d
Uvarovite Ca3Cr2(SiO4)3 isometric m3m Ia3d
  • References: Mindat.org; mineral name, chemical formula and space group (American Mineralogist Crystal Structure Database) of the IMA Database of Mineral Properties/ RRUFF Project, Univ. of Arizona, was preferred most of the time. Minor components in formulae have been left out to highlight the dominant chemical endmember that defines each species.

Synthetic garnets

The crystallographic structure of garnets has been expanded from the prototype to include chemicals with the general formula A3B2(C O4)3. Besides silicon, a large number of elements have been put on the C site, including Ge, Ga, Al, V and Fe.[8]
Yttrium aluminium garnet (YAG), Y3Al2(AlO4)3, is used for synthetic gemstones. Due to its fairly high refractive index, YAG was used as a diamond simulant in the 1970s until the methods of producing the more advanced simulant cubic zirconia in commercial quantities were developed. When doped with neodymium (Nd3+), these YAl-garnets may be used as the lasing medium in lasers.
Interesting magnetic properties arise when the appropriate elements are used. In yttrium iron garnet (YIG), Y3Fe2(FeO4)3, the five iron(III) ions occupy two octahedral and three tetrahedral sites, with the yttrium(III) ions coordinated by eight oxygen ions in an irregular cube. The iron ions in the two coordination sites exhibit different spins, resulting in magnetic behaviour. YIG is a ferrimagnetic material having a Curie temperature of 550 K.
Another example is gadolinium gallium garnet, Gd3Ga2(GaO4)3 which is synthesized for use as a substrate for liquid-phase epitaxy of magnetic garnet films for bubble memory and magneto-optical applications.

Granatgruppe

Granatgruppe

Granat ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel. Siehe auch Granat (Begriffsklärung).
Granat
Almandine-163762.jpg
Almandin (Garnet Ledge, Wrangell, Wrangell Island, Wrangell-Petersburg Borough, Alaska, Vereinigte Staaten) mit Rhombendodekaeder- und Trapezoederflächen (Größe: 2,3 × 2,3 × 2,2 cm)
Chemische Formel allgemeine Strukturformel: X3[8]Y2[6](ZO4)3[1]
Mineralklasse Silikate und Germanate – Inselsilikate (Nesosilikate)
9.AD.25 (8. Auflage: VIII/A.08) nach Strunz
51.04.03a bis 51.04.03d und 51.04.04 nach Dana
Kristallsystem kubisch
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin kubisch-hexakisoktaedrisch; 4/m 3 2/m
Farbe variabel, häufig rotbraun, gelbgrün, schwarz
Strichfarbe weiß
Mohshärte 6,5 bis 7,5
Dichte (g/cm3) 3,5 bis 4,3
Glanz Glas-, Fett-, Harzglanz
Transparenz durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch muschelig, splitterig, spröde
Spaltbarkeit unvollkommen
Habitus gedrungen
Häufige Kristallflächen {110}, {211}
Kristalloptik
Pleochroismus keiner
Weitere Eigenschaften
Magnetismus ferrimagnetisch
Die Granatgruppe ist eine wichtige Gruppe gesteinsbildender Minerale aus der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ und der Abteilung der Inselsilikate (Nesosilikate). Die Granat-Minerale kristallisieren meist im kubischen Kristallsystem und bilden überwiegend isometrische Kristalle mit den charakteristischen Formen des Rhombendodekaeders (veraltet auch Granatoeder), Ikositetraeders sowie deren Kombinationen.
Die allgemeine Granatformel lautet: X3[8]Y2[6][ZO4]3[1] oder auch A32+B23+[RO4]3[2][3], wobei 'X', 'Y' und 'Z' bzw. 'A', 'B' und 'R' allerdings keine chemischen Elemente vertreten, sondern definierte Plätze im Kristallgitter darstellen. Die jeweiligen Gitterplätze können dabei von verschiedenen Elementen oder besser Ionen besetzt werden:
  • X: zweiwertige Kationen umgeben von acht Sauerstoffanionen, meist Mg2+, Fe2+, Mn2+ und Ca2+
  • Y: vorwiegend dreiwertige Kationen umgeben von sechs Sauerstoffanionen, meist Al3+, Fe3+, Cr3+ und V3+, aber auch Ti3+, Zr4+, Sn4+
  • R: vorwiegend vierwertige Kationen umgeben von vier Sauerstoffanionen, meist Si4+, aber auch Al3+, Fe3+, Ti4+, P5+, As3+,5+
Zusätzlich ist bei den so genannten Hydrogranaten ein [ZO4]-Baustein noch durch vier [OH]-Bausteine ersetzt.
Granate sind im Allgemeinen durchsichtig bis durchscheinend, bei vielen Fremdbeimengungen und in derben Mineral-Aggregaten auch undurchsichtig. Unverletzte bzw. unverwitterte Kristallflächen weisen einen glas- bis fettähnlichen Glanz auf. Die Farbe der Granate ist sehr variabel, auch wenn rötliche Farbvarietäten überwiegen. Die Palette reicht von einem hellen Grün über Gelbgrün bis Dunkelgrün, Hellgelb über Gelborange und Orangerot sowie von einem hellen Rosa bis zu einem fast schwarz wirkenden Dunkelrot. Selten finden sich farblose und braune Varietäten. Nur blaue Granate wurden bisher nie beobachtet.[3] Die Strichfarbe ist allerdings immer weiß.
Ihre relativ hohe Dichte (3,5 bis 4,5 g/cm3), Mohshärte (6,5 bis 7,5) und Lichtbrechung (n = 1,61 (Katoit) bis n = 1,96 (Calderit)[4] machen sie sowohl als Schmuckstein als auch für industrielle Anwendungen interessant.

Inhaltsverzeichnis

Etymologie und Geschichte

Geöffnete Frucht des Granatapfels
im Vergleich zu einer Granatmineralstufe
Die Bezeichnung Granat wurde erst im Mittelalter geprägt, hat aber ihren Ursprung im lateinischen Wort granum für Korn oder Kern bzw. granatus für körnig oder kernreich und bezieht sich einerseits auf das Vorkommen des Minerals in Körnern, welche Ähnlichkeit mit den Kernen des Granatapfels (Punica granatum) haben, andererseits aber auch auf die orangerote bis rotviolette Farbe von Blüte, Frucht und Kernen des Granatapfels.
Schon in der Antike wurden Granate als Schmucksteine genutzt. Im Mittelalter waren sie zusammen mit Rubinen und Spinellen unter der Bezeichnung Karfunkel (auch Karfunkelstein) bekannt – die meisten stammten damals aus Indien. Besonders populär waren sie aber im 19. Jahrhundert, als böhmische Pyrope so begehrt waren, dass sie bis nach Amerika verschifft wurden.

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte die Granatgruppe zur allgemeinen Abteilung der „Inselsilikate (Nesosilikate)“, trägt die System-Nr. VIII/A.08 und bestand aus den Mitgliedern Almandin, Andradit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Hibschit, Holtstamit, Hydrougrandit (diskreditiert 1967 als unnötiger Gruppenname), Katoit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Morimotoit, Pyrop, Schorlomit, Spessartin, Uwarowit, Wadalit und Yamatoit (diskreditiert, da identisch mit Momoiit).
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet die Granatgruppe ebenfalls in die Abteilung der „Inselsilikate“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der möglichen Anwesenheit weiterer Anionen und der Koordination der beteiligten Kationen, so dass die Granatgruppe mit der System-Nr. 9.AD.25 entsprechend der Zusammensetzung der Mitglieder Almandin, Andradit, Blythit, Calderit, Goldmanit, Grossular, Henritermierit, Hibschit, Holtstamit, Hydroandradit, Katoit, Kimzeyit, Knorringit, Majorit, Momoiit (IMA 2009-026), Morimotoit, Pyrop, Schorlomit, Spessartin, Skiagit, Uwarowit und Wadalit in der Unterabteilung „Inselsilikate ohne weitere Anionen; Kationen in oktahedraler [6] und gewöhnlich größerer Koordination“ zu finden ist.
Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet die Granatgruppe in die Abteilung der „Inselsilikatminerale“ ein. Hier ist sie allerdings unterteilt in die Untergruppen „Pyralspit-Reihe“ (System-Nr. 51.04.03a), „Ugrandit-Reihe“ (System-Nr. 51.04.03b), „Schorlomit-Kimzeyit-Reihe“ (System-Nr. 51.04.03c), „Hydrogranate“ (System-Nr. 51.04.03d) und „Tetragonale Hydrogranate“ (System-Nr. 51.04.04) innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen nur mit Kationen in [6] und >[6]-Koordination“ zu finden.

Untergruppen, Einzelminerale und Varietäten

Traditionell werden die Granate in folgende Untergruppen unterteilt. Die unten genannten Zusammensetzungen beziehen sich auf die so genannten Endglieder der Granatgruppe, das heißt in ihnen werden die in der allgemeinen Formel unbestimmten Positionen E und G vollständig mit Atomen eines Elementes besetzt:
Pyralspit-Gruppe
  • Pyrop (Magnesium-Aluminium-Granat): Mg3Al2[SiO4]3[1]
  • Almandin (Eisen-Aluminium-Granat): Fe3Al2[SiO4]3[1]
  • Spessartin (Mangan-Aluminium-Granat): Mn3Al2[SiO4]3[1]
Ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt werden
  • Majorit (Magnesium-Eisen–Granat): Mg3(Fe,Al,Si[6])2[SiO4]3[1]
  • Knorringit (Magnesium-Chrom-Granat): Mg3Cr2[SiO4]3[1]
  • Calderit (Mangan-Eisen-Granat): Mn3Fe23+[SiO4]3
  • Momoiit (IMA 2009-026): (Mn2+,Ca)3(V3+,Al)2(SiO4)3
Ugrandit-Gruppe
  • Uwarowit (Calcium-Chrom-Granat): Ca3Cr2[SiO4]3[1]
  • Grossular (Calcium-Aluminium-Granat): Ca3Al2[SiO4]3[1]
    • Grandit: Intermediäres Glied der Mischreihe Grossular-Andradit
    • Plazolith: Intermediäres Glied der Mischreihe Grossular-Katoit
  • Andradit (Calcium-Eisen-Granat) Ca3Fe2(SiO4)3
Ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt werden
Schorlomit-Gruppe
  • Schorlomit (Calcium–Eisen-Titan-Granat): Ca3Ti24+[Fe23+SiO12][1]
  • Morimotoit (Calcium–Eisen2+-Titan-Granat): Ca3Ti4+Fe2+[SiO4]3[1]
  • Kimzeyit (Calcium-Zirkon-Aluminium-Titan-Granat): Ca3Zr2[Al2SiO12][1]
Hydrogranate
  • Hibschit: Ca3Al2[(SiO4)>1,5((OH)4)<1,5][1], zählt nicht als eigenständiges Mineral sondern als intermediärer Mischkristall der Reihe Grossular–Katoit.
  • Katoit: Ca3Al2[(SiO4)>1,5((OH)4)<1,5][1]
  • Hydroandradit: Ca3Fe23+[(SiO4)>1,5((OH)4)<1,5][1], zählt nicht als eigenständiges Mineral sondern als Varietät von Andradit.
  • Henritermierit: Ca3(Mn3+,Al)2[(SiO4)2(OH)4][1]
Ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt wird der Wadalit: Ca6Al5[O8|(SiO4)2Cl3][1]
Weitere Granate
  • Blythit (Mangan-Granat): Mn32+Mn23+[SiO4]3[5], nicht anerkanntes Mineral, da rein hypothetisches Endglied der Granat-Gruppe als Mn3+-Analogon zu Spessartin.
  • Khoharit (Magnesium-Eisen-Granat): Fe3+-Analogon zu Pyrop und rein hypothetisches Endglied, daher kein anerkanntes Mineral.[6]
  • Skiagit: Fe2+-Analogon zu Andradit bzw. Fe3+-Analogon zu Almandin und rein hypothetisches Endglied, das erst bei Drücken von über 100 kbar kristallisiert[7], daher kein anerkanntes Mineral.

Modifikationen und Varietäten

Achtaragdit vom „Akhtaragda River mouth“, Wiljui-Becken, Russland (Größe: 2,5 × 2,4 × 1,5 cm)
  • Achtaragdit (auch Achtarandit, engl. Akhtaragdit): Pseudomorphose von Grossular-Katoit-Mischkristallen (Hydrogrossular) nach Mayenit[8], möglicherweise auch von Hibschit nach Wadalit[9] vom Wiljui in Russland. Achtaragdit findet sich meist in Form tetraedrischer oder triakistetraedischer Kristalle von weißgrauer bis graubrauner Farbe.
  • Bredbergit (nach James Dwight Dana, um 1900): Veralteter und nicht mehr gebräuchlicher Name für eine magnesiumreiche Andradit-Varietät
  • Demantoid (nach Nils von Nordenskiöld, um 1870): Durch Fremdbeimengungen gelbgrün gefärbte Andradit-Varietät
  • Melanit (nach Abraham Gottlob Werner, 1799[10]): Wird als titanreiche Varietät von Andradit angesehen und wurde nach dem griechischen Wort μέλας für schwarz benannt, da er überwiegend in grauschwarzen bis pechschwarzen Kristallen oder derben Aggregaten vorkommt.
  • Topazolith (nach P. C. Bonvoisin, 1806[11]): Hellgelbe, „topasähnliche“ Andradit-Varietät, die erstmals im Valle di Lanza in der italienischen Region Piemont entdeckt wurde[12]
  • Xalostocit: Bezeichnung für eine dichte Verwachsung von durchscheinend rosafarbenen Grossularen mit weißem Marmor, die nach dem Fundort Xalostoc im mexikanischen Bundesstaat Morelos benannt wurde.[13]

Bildung und Fundorte

Granate kommen in massiver Form oder körnig, häufig aber auch als makroskopische Kristalle vor, die bis zu 700 kg schwer werden können.
Besonders häufig findet man Granate in metamorphen Gesteinen wie Gneis, Glimmerschiefer oder Eklogit; daneben treten sie auch in magmatischen Gesteinen und sedimentär in Schwermineralseifen (Strandsedimente, Flusssedimenten) auf. Die meisten natürlich gefundenen Schmuckstein-Granate stammen heute aus den USA, aus Südafrika und Sri Lanka.
Die genaue chemische Zusammensetzung steht immer mit jener des umgebenden Gesteins im Zusammenhang: So kommt beispielsweise der magnesiumreiche Pyrop häufig in Peridotiten und Serpentiniten vor, während grüner Uwarowit vor allem in chromhaltigem Serpentinitgestein auftritt.

Metapelite (Glimmerschiefer, Gneis)

Bei der Metamorphose von silikatischen Peliten bilden sich almandinreiche Granate ab ca. 450 °C bei der Reaktion von Chloritoid + Biotit + H2O zu Granat + Chlorit. Bei niedrigen Temperaturen sind die Granatmischkristalle reich an Spessartin und werden bei steigenden Temperaturen zunehmend almandinhaltiger. Ab ca. 600 °C bildet sich Granat beim Abbau von Staurolith. Bei weiter steigenden Temperaturen werden die Granate zunehmend reicher an Pyrop und selbst bei beginnender Gesteinsschmelze können Granate noch neu gebildet werden z. B. bei der Reaktion von Biotit + Sillimanit + Plagioklas + Quarz zu Granat + Kalifeldspat + Schmelze. Erst ab Temperaturen von 900 °C baut sich Granat ab zu Spinell + Quarz oder bei hohen Drucken zu Orthopyroxen + Sillimanit[14].

Metabasite (Granulit, Eklogit)

In der Suite der Metabasite (z. B. metamorphe Basalte) tritt Granat gesteinsbildend in Eklogiten auf und die Granatmischkristalle sind reich an Pyrop und Grossular.
Mit steigenden Druck bildet sich Granat beim Übergang von der Granulit-Fazies zur Eklogit-Fazies ab ca. 10kBar, 900 °C bei der Reaktion von Orthopyroxen und Plagioklas zu Granat, Klinopyroxen und Quarz. In Blauschiefern bilden sich zunächst Fe-reiche Granate, die auf dem Weg zur Eklogit-Fazies zunehmend Pyrop- und Grossular-reicher werden.

Zersetzung von Granat (Retrograde Umwandlungen)

schalige Kelyphitbildungen um bereits zersetzte Granatkristalle (schwarz) in einem Serpentinitgestein
Granate erleiden unter bestimmten lithofaziellen Umständen innerhalb von metamorphen Gesteinen eine Umwandlung bzw. Zersetzung. Das Ergebnis dieser Prozesse nennt man Kelyphit. Dabei entstehen zahlreiche neue Mineralien.

Kristallstruktur

Granate kristallisieren im Allgemeinen mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d. Die Elementarzelle enthält 8 Formeleinheiten und hat je nach Zusammensetzung eine Kantenlänge von 1.146 nm (Pyrop) bis 1.256 nm (Katoit)[15][4].

Aufbau der Granatstruktur

O2--Anion
Die Sauerstoffanionen besetzen die allgemeine Gitterposition 96h mit der Punktsymmetrie 1[16]. Jedes O2--Anion ist dort von 4 Kationen umgeben:
  • ein T-Kation, verbunden durch eine starke, vorwiegend kovalente Bindung mit ca. 1 Bindungsvalenz
  • ein G-Kation, zu dem eine vorwiegend ionische Bindung mit ca. 0,5 vu (Valenzeinheiten) besteht
  • zwei E-Kationen, zu denen nur schwache, ionische Bindungen mit jeweils ca. 0,25 vu bestehen.
Die Sauerstoffe bilden nicht, wie bei anderen Oxidstrukturen mit hoher Dichte, eine dichteste Kugelpackung. Große 8-fach koordinierte Ionen würden in einer kubisch oder hexagonal dichtesten Sauerstoff-Kugelpackung keinen Platz finden. Aufgrund der komplexen Verknüpfung aller Koordinationspolyeder über gemeinsame Ecken und vor allem viele gemeinsame Kannten erreicht die Granatstruktur dennoch eine hohe Dichte.
Die Kationen besetzten je nach Größe und Ladung drei verschiedene, spezielle Gitterpositionen, wo sie von 4, 6 oder 8 Sauerstoffen umgeben sind.
TO4-Tetraeder
Granatstruktur 1: TO4-Tetraeder
Die T-Kationen (Si4+) sitzen auf der Gitterposition 24d mit der Punktsymmetrie 4, wo sie von 4 Sauerstoffionen umgeben sind, die an den Ecken eines Tetraeders liegen.[16]
Die ermittelten T-O-Bindungslängen liegen zwischen 0,163 nm (Pyrop, Almandin) und 0,165 nm (Goldmanit). Die TO4- Koordinationstetraeder haben zwei Paare unterschiedlich langer Kanten:[17]
  • zwei einander gegenüberliegende Kanten, die an keine besetzte Gitterposition angrenzen mit Längen zwischen 0,274 nm (Almandin, Andradit) und 0,276 nm (Goldmanit)
  • zwei ebenfalls gegenüberliegende Kannten, die an EO8-Dodekaeder grenzen mit Längen zwischen 0,250 nm (Pyrop, Almandin) und 0,258 nm (Uwarowit, Goldmanit).

GO6-Oktaeder
Granatstruktur 2: GO6-Oktaeder
Die G-Kationen sitzen auf der Gitterposition 16a mit der Punktsymmetrie 3, wo sie von 6 Sauerstoffionen umgeben sind, die an den Ecken eines Oktaeders liegen[16]. Die ermittelten G-O- Bindungslängen liegen zwischen 0,19 nm (Pyrop) und 0,20 nm (Andradit). Der GO6-Koordinationspolyeder hat zwei verschiedene Kanten[17]:
  • 6 Kanten, die an keine besetzte Gitterposition grenzen mit Längen zwischen 0,262 nm (Pyrop) und 0,289 nm (Andratit)
  • 6 Kanten, die an die E-Position grenzen mit Längen zwischen 0,269 nm (Grossular) und 0,283 nm (Andradit)

EO8-Dodekaeder
Granatstruktur 3: EO8-Dodekaeder
Die E-Kationen sitzen auf der Gitterposition 24c mit der Punktsymmetrie 222, wo sie von 8 Sauerstoffern umgeben sind, die an den Ecken eines Dodekaeders liegen[16]. Die ermittelten E-O- Bindungslängen liegen zwischen 0,22 nm (Pyrop) und 0,25 nm (Andradit, Glodmanit). Der EO8-Koordinationspolyeder hat 4 verschiedene Kanten[17]:
  • 2 Kanten, die an benachbarte TO4-Tetraeder grenzen mit Längen zwischen 0,250 nm (Pyrop, Almandin) und 0,258 nm (Uwarowit, Goldmanit).
  • 4 Kanten, die an benachbarte GO6-Oktaeder grenzen mit Längen zwischen 0,269 nm (Grossular) und 0,283 nm (Andradit)
  • 4 Kanten, die an benachbarte EO8-Dodekaeder grenzen mit Längen zwischen 0,27 nm (Pyrop) und 0,297 nm (Grossular)
  • 8 Kanten, die an keine besetzte Gitterposition grenzen mit Längen zwischen 0,278 nm (Pyrop) und 0,287 nm (Grossular, Goldamnit)

Verknüpfung der Koordinationspolyeder
Granatstruktur 4: Verknüpfung der Koordinationspolyeder
Granatstruktur 5: Gesamtansicht
Die TO4-Tetraeder und GO6-Oktaeder sind über gemeinsame Sauerstoffe an ihren Ecken zu einem Gerüst aus alternierenden Tetraedern und Oktaedern verbunden. Granate sind Inselsilikate und ihre TO4-Tetraeder sind untereinander nicht direkt verbunden.
Die EO8-Dodekaeder sind über gemeinsame Kanten zu 3er-Ringen verknüpft, deren Ebene senkrecht zur Raumdiagonale der Elementarzelle liegt. Diese EO8-Dodekaederringe sind untereinander so zu einem Gerüst verknüpft, dass jeder Dodekaeder zu zwei solchen Ringen gehört. Über weitere Kannten sind die Dodekaeder mit den Tetraedern und Oktaedern des TO4-GO6-Gerüstes verbunden, dessen Zwischenräume es ausfüllt.

Symmetrieerniedrigung

Insbesondere Grossular-Andradit-Mischkristalle sind schwach doppelbrechend und optisch zweiachsig[18]. Auch bei Almandin wurde optische Anisotropie boabachtet[19]. Die optischen Eigenschaften sind sehr sensible Indikatoren für Abweichungen von der idealen, kubischen Struktur. Bei Röntgenstrukturuntersuchungen von Granaten konnten sie hingegen nur selten nachgewiesen werden. Einige Arbeiten ergeben für solche Granate trikline (I-1)[20][21] oder ortorhombische (Fddd)[22], aber auch tetragonale (I41/acd)[23][24] oder monokline (C2/m)[22] Symmetrie. Als Ursachen dieser Symmetrieerniedrigung werden zahlreiche Ursachen angeführt:[25]
  • Plastische Deformation
  • Symmetrieerniedrigung durch Gitterspannungen
  • Magnetooptische Effekte durch Einbau von Seltenerdelementen
  • Unterschiedliche Verteilung (Ordnung) von Kationen auf dann verschiedene Oktaederpositionen
  • Symmetrieerniedrigung durch geordneten Einbau von OH-Gruppen

Verwendung

Als Schleifmittel

Granat wird wegen seiner Härte auch als Schleifmittel beim Sandstrahlen und Wasserstrahlschneiden eingesetzt.

In der Technik

Insbesondere künstlich erzeugte Kristalle mit Granatstruktur werden in feinmechanischen und optischen Instrumenten eingesetzt. Im Gegensatz zu den natürlichen Mineralien werden hier auf dem Tetraeder-Platz statt Silicium oftmals andere Elemente eingebaut. Yttrium-Aluminium-Granat (YAG, Y3Al2[Al O4]3), bei dem etwa ein Prozent der Yttrium3+-Ionen durch Neodym3+-Ionen ersetzt wird, ist ein häufig eingesetzter Laserkristall (Nd:YAG-Laser). Der gelbe Lumineszenzkonverter der weißen LEDs ist zu Beginn der Entwicklung ein Cer-dotierter YAG gewesen. Yttrium-Eisen-Granat (YIG) und Verwandte werden als Mikrowellenferrit, Resonator oder Filter in der Hochfrequenztechnik eingesetzt.

Als Schmuckstein

Granate finden in verschiedenen Varianten als Schmucksteine Verwendung. Man unterscheidet unter anderem den dunkelroten Pyrop, der auch Kaprubin genannt wird, den rotschwarzen Almandin, den smaragdgrünen Uwarowit, den gelbgrünen Andradit, den schwarzen Schorlomit und Melanit, den transparent-grünlichen Demantoid und den orangeroten Spessartin. Daneben gibt es noch Grossular. Außerdem gibt es seit einigen Jahren eine neue Variante, den orangefarbenen Mandaringranat. Granate werden auch als Edelsteine des kleinen Mannes bezeichnet.

Siehe auch

Literatur

Monographien
  • Thomas Fehr, Maximilian Glas, Joachim Zang: Granat. Die Mineralien der Granat-Gruppe: Edelsteine, Schmuck und Laser. Weise, München 1995, ISBN 3-921656-35-4 Kommentar=ExtraLapis. Nr. 9.
In Kompendien
Wissenschaftliche Fachartikel
  • S. Geller: Crystal chemistry of the garnets. In: Zeitschrift für Kristallographie., Band 125, 1967, S. 1–47 (PDF-Datei; 2,1 MB)
  • G. A. Novak, G. V. Gibbs: The Crystal Chemistry of the Silicate Garnets. In: American Mineralogist, Vol. 56, 1971, S. 791–825 (PDF-Datei; 2,2 MB).
  • H. Hirai, H. Nakazawa: Visualizing low symmetry of a grandite garnet on precession photograph. In: American Mineralogist, Vol. 71, 1986, S. 1210–1213 (PDF-Datei; 2,2 MB)
  • D. Brown, R. A. Mason: An Occurrence of Sectored Birefringence in Almandine from the Gagnon Terrane, Labrador. In: Canadien Mineralogist, Vol. 32, 1994, S. 105–110 (PDF-Datei; 835 kB)
  • F. M. Allen, P. R. Buseck: XRD, FTIR, and TEM studies of optically anisotropic grossular garnets. In: American Mineralogist, Vol. 73, 1988, S. 568–584 (PDF-Datei; 1,6 MB)
  • D. K. Teertstra: INDEX-OF-REFRACTION AND UNIT-CELL CONSTRAINTS ON CATION VALENCE AND PATTERN OF ORDER IN GARNET-GROUP MINERALS. In: Canadian Mineralogist, Vol. 44, 2006, S. 341–346 (PDF-Datei; 192 kB)
  • K. J. Kingma, J. W. Downs: Crystal-structure analysis of a birefringent andradite. In: American Mineralogist , Vol. 74, 1989, S. 1307–1316 (PDF-Datei; 1,0 MB).
  • D. T. Griffen, D. M. Hatch, W. R. Phillips, S. Kulaksis: Crystal chemistry and symmetry of a birefringent tetragonal pyralspite75-grandite25-garnet. In: American Mineralogist , Vol. 71, 1992, S. 399–406 (PDF-Datei; 1,1 MB)

Weblinks