Elbrusite

Elbrusite
Classificazione Strunz (ed. 10)	4.CC.32[1]
Formula chimica	Ca3U^5+ZrFe3O12[2][3]
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallino	cubico[4]
Parametri di cella	a = 12,49 Å[5]
Gruppo puntuale	4/m 3 2/m
Gruppo spaziale	Ia3d (nº 230)[4]
Proprietà fisiche
Densità calcolata	4,801[1] g/cm³
Frattura	irregolare[6]
Colore	da marrone scuro a nero[5]
Lucentezza	da vitrea a opaca, resinosa[6]
Opacità	da trasparente a traslucida[6]
Striscio	marrone[5]
Diffusione	rara
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L'elbrusite (simbolo IMA: Ebs[7]) è un minerale e un ossido molto raro del supergruppo del granato e del gruppo della bitikleite con la composizione idealizzata Ca₃U^5+ZrFe₃O₁₂.

L'elbrusite è stata rilevata solo in due siti. La località tipo è uno xenolite calcio-silicato proveniente da un'ignimbrite del Monte Lakargi e altri due xenoliti provenienti dalla Caldera di Chegem nella Circondario federale del Caucaso Settentrionale di Cabardino-Balcaria in Russia.[5][8][9] Il secondo sito è un affioramento della Formazione Hatrurim in Giordania.[2]

Etimologia e storia

L'elbrusite è stata descritta da Irina O. Galuskina e collaboratori con il nome di elbrusite-(Zr) con la composizione idealizzata Ca₃ZrU^6+Fe^3+₂Fe^2+O₁₂ ed è stata riconosciuta come nuovo minerale dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) nel 2009. Prende il nome dal vicino Monte Elbrus, la montagna più alta d'Europa con i suoi 5642 m.[5] Nel riarrangiamento del supergruppo del granato nel 2013, la composizione idealizzata dell'elbrusite pura è stata modificata in Ca₃Zr_1.5U^6+_0.5Fe₃O₁₂ e il minerale è stato rinominato elbrusite.[10]

Per la descrizione delle composizioni misurate, è stato introdotto un ipotetico elemento terminale granato: U^6+Fe^2+.[10] Alti livelli di Fe^2+ sono messi in dubbio a causa delle condizioni di formazione ossidante e, dopo aver studiato altri granati di uranio, è stato proposto di cambiare la formula dell'elbusite in Ca₃U^5+ZrFe^3+₃O₁₂.[2][3] Una decisione dell'IMA in merito è ancora in sospeso (2017).

I granati sono spesso molto resistenti agli agenti atmosferici, possono incorporare attinidi nel loro reticolo cristallino e sono stati quindi studiati come un possibile gruppo di sostanze per l'immobilizzazione e lo stoccaggio di scorie radioattive ad alta attività. Nel corso di questa ricerca, nel 2002 è stato descritto un equivalente sintetico dell'elbrusite con la composizione Ca₃Zr_1.5U^6+_0.5Fe₃O₁₂ introdotta da Grew et al. nel 2013.[11] Studi sui granati sintetici all'uranio privi di silicio presentati nel 2016 hanno confermato che contengono solo ferro trivalente e che l'uranio si trova sia in quantità 6 che 5 valenti.[12]

Classificazione

Secondo l'attuale classificazione dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), l'elbrusite appartiene al supergruppo dei granati, dove forma il gruppo della bitikleite con 9 cariche positive nella posizione del reticolo coordinato tetraedrico, insieme a dzhuluite, bitikleite e usturite.[10]

La 9ª edizione della sistematica minerale di Strunz, in vigore dal 2001, non elenca l'elbrusite. Sebbene l'elbrusite non sia un silicato, sarebbe (come la katoite) classificata nel gruppo dei granati con numero 9.AD.25 nella classe "9. Silicati (germanati)"; da lì è nella sottoclasse 9.A Nesosilicati che è suddivisa in base alla coordinazione dei cationi e alla presenza dei anioni, in modo che possa essere trovata nella suddivisione "9.AD Nesosilicati senza anioni aggiuntivi; cationi in coordinazione [6] e/o maggiore" dove è elencata insieme a bitikleite, dzhuluite, usturite, eltyubyuite, eringaite, goldmanite, grossularia ,holtstamite, irinarassite, katoite, kimzeyite, knorringite, majorite, menzerite-(Y), morimotoite, spessartina, uvarovite, wadalite, almandine, andradite, calderite, piropo, schorlomite, toturite, hibschite e henritermierite[5]

Chimica

L'uranio può essere incorporato nella struttura del granato con cariche diverse (U^3+, U^4+, U^5+ e U^6+) in diverse posizioni reticolari (${\displaystyle {\ce {X}}}$ e ${\displaystyle {\ce {Y}}}$). L'elbrusite si trova nella sua località tipo insieme ad altri minerali contenenti U^6+ e la sua composizione è stata inizialmente data come:

${\displaystyle \mathrm {^{[X]}(Ca_{3.040}Th_{0.018}Y_{0.001})\,^{[Y]}(U_{0.658}^{6+}Zr_{1.040}^{4+}Sn_{0.230}^{4+}Mg_{0.004}Hf_{0.009})\,^{[Z]}(Fe_{1.575}^{3+}Al_{0.539}Si_{0,099}Ti_{0,199}^{4+}Fe_{0,559}^{2+}Sn_{0,025}^{4+}V_{0,004}^{5+})} }$[5]

L'incorporazione dell'uranio nel granato è favorita da composizioni ricche di ferro. Ciò è indicato dall'alto contenuto di ferro dei granati naturali contenenti uranio. I calcoli sono stati in grado di confermare questa correlazione almeno per l'incorporazione di U^3+ e U^4+ in posizione ${\displaystyle {\ce {X}}}$[13] e U^5+ in posizione ${\displaystyle {\ce {Y}}}$[14] e recenti indagini sull'elbrusite naturale mostrano che l'uranio è presente come U^5+ e l'intero ferro come Fe^3+.[2][3][12]

L'elbrusite forma cristalli misti complessi, specialmente con granati ricchi di ferro del gruppo delle schorlomiti secondo la reazione di scambio (${\displaystyle {\ce {R}}}$ sta per qualsiasi catione con la carica specificata):

${\displaystyle \mathrm {^{[Y]}U^{5+}+\,^{[Z]}Fe^{3+}=\,^{[Y]}R^{4+}+\,^{[Z]}R^{4+}} }$

e un analogo dello stagno (Sn) dell'elbrusite secondo la reazione di scambio:

${\displaystyle \mathrm {^{[Y]}Zr^{4+}=^{[Y]}Sn^{4+}} }$

Per i granati di uranio sintetico, l'incorporazione di U^6+ nella posizione dell'ottaedro è documentata, almeno in condizioni ossidanti e in assenza di Si^4+ e Ti^4+:[12]

${\displaystyle \mathrm {^{[Y]}U^{5+}=0.5\,^{[Y]}U^{6+}+0.5\,^{[Y]}Zr^{4+}} }$

Abito cristallino

L'elbrusite cristallizza nel sistema cubico nel gruppo spaziale Ia3d (gruppo nº 230) con 8 unità di formula per cella unitaria. Il cristallo misto naturale della località tipo ha la costante di reticolo a = 12.49 Å.[5]

Sono stati esaminati granati contenenti uranio sintetico della serie Ca₃U^6+_0.5Zr_1.5Fe^3+₃O₁₂ - Ca₃U^5+ZrFe^3+₃O₁₂ con un massimo di 0.7U apfu. L'estrapolazione delle loro costanti di reticolo all'apfu 1U produce a = 12.8 Å per il termine finale U^5+.[12]

La struttura dell'elbrusite è quella del granato. Il calcio (Ca^2+) occupa la posizione ${\displaystyle {\ce {X}}}$ dodecaedrica circondata da 8 ossigeni, l'uranio (U^5+, U^6+) e lo zirconio (Zr^4+) occupano la posizione ${\displaystyle {\ce {Y}}}$ circondati da 6 ossigeni in modo ottaedrico e la posizione ${\displaystyle {\ce {Z}}}$ tetraedrica circondata da 4 ossigeni è occupata dal ferro (Fe^3+).[2][3][5][12]

Origine e giacitura

La località tipo dell'elbrusite è uno xenolite calcio-silicato proveniente da un'ignimbrite del Monte Lakargi e da altri due xenoliti provenienti dalla caldera di Chegem nella Repubblica Caucasica settentrionale di Kabardino-Balkaria in Russia.[8][9] Qui, l'elbrusite si trova in aggregati a grana fine di wadalite o forma croste intorno alla lakargiite. Altri minerali compagni includono kimzeyite, spurrite, larnite e rondorfite.[5]

Un evento documentato nel 2017 è un affioramento della Formazione Hatrurim in Giordania. Qui, la calce bituminosa e la marna sono state convertite pirometamorficamente in un tipo di cemento Portland naturale durante la combustione del bitume, la cui composizione minerale ricorda gli xenoliti impressi per contatto metamorfico.[2]

Forma in cui si presenta in natura

I cristalli, che hanno una dimensione massima da 10 a 30 μm, si presentano in aggregati con wadalite, spurrite e lakargiite o come zone e macchie in kerimasite.[2][3][5]

Note

1. (EN) Elbrusite, su mindat.org. URL consultato il 27 settembre 2024.
2. (EN) I. Galuskina, E. Galuskin, S. Utsunomiya, Y. Nakamatsu, M. Murashko e Y. Vapnik, Uranian garnet from pyrometamorphic rocks of the Hatrurim Complex, Jordan. Problem of crystal chemical formula of elbrusite, in Abstracts of 21st General Meeting of IMA, South Africa, 2014, p. 378.
3. (EN) Irina O Galuskina, Biljana Krüger, Evgeny Galuskin, Thomas Armbruster, Viktor M. Gazeev, Roman Włodyka, Mateusz Dulski e Piotr Dzierżanowski, Flourchengemite, Ca₇(SiO₄)₃F₂, a new Mineral from the Edgerwite-Bearing Endoscarn Zone of an Altered Xenolith in Ignimbrites from Upper Chegem Caldera, Northern Caucasus, Kabardino-Balkaria, Russia: Occurrence, Crystal Structure, and new Data on the Mineral Assemblages (PDF), in The Canadian Mineralogist, vol. 53, n. 2, ottobre 2015, pp. 325-344, DOI:10.3749/canmin.1400084. URL consultato il 15 novembre 2017.
4. (DE) Elbrusite, su mineralienatlas.de. URL consultato il 24 agosto 2024.
5. (EN) Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin, Thomas Armbruster, Biljana Lazic, Joachim Kusz, Piotr Dzierżanowski, Viktor M. Gazeev, Nikolai N. Pertsev, Krystian Prusik, Aleksandr E. Zadov, Antoni Winiarski, Roman Wrzalik e Anatoly G. Gurbanov, Elbrusite-(Zr) - A new uranium garnet from the the Upper Chegem caldera, Kabardino-Balkaria, Northern Caucasus, Russia (PDF), in American Mineralogist, vol. 95, n. 7, 2010, pp. 1172–1181. URL consultato il 29 luglio 2017 (archiviato dall'url originale il 31 luglio 2017).
6. (EN) Elbrusite (PDF), su handbookofmineralogy.org. URL consultato il 27 settembre 2024.
7. (EN) Laurence N. Warr, IMA–CNMNC approved mineral symbols (PDF), in Mineralogical Magazine, vol. 85, 2021, pp. 291–320, DOI:10.1180/mgm.2021.43. URL consultato il 24 agosto 2024.
8. (DE) Elbrusite (Occurrences), su mineralienatlas.de. URL consultato il 3 aprile 2024.
9. (EN) Localities for Elbrusite, su mindat.org. URL consultato il 3 aprile 2024.
10. (EN) Edward S. Grew, Andrew J. Locock, Stuart J. Mills, Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin e Ulf Hålenius, IMA Report - Nomenclature of the garnet supergroup. (PDF), in American Mineralogist, vol. 98, 2013, pp. 785–811. URL consultato l'8 luglio 2017 (archiviato dall'url originale il 6 giugno 2020).
11. (EN) S. Utsunomiya, L.M. Wang, S. Yudintsev e R.C. Ewing, Ion irradiation-induced amorphization and nano-crystal formation in garnets (PDF), in Journal of Nuclear Materials, vol. 303, n. 2, 2002, pp. 177-187. URL consultato il 29 luglio 2017.
12. (EN) Xiaofeng Guo, Alexandra Navrotsky, Ravi K. Kukkadapu, Mark H. Engelhard, Antonio Lanzirotti, Matthew Newville, Eugene S. Ilton, Stephen R. Sutton e Hongwu Xu, Structure and thermodynamics of uranium-containing iron garnets, in Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 189, 2016, pp. 269–281. URL consultato il 15 novembre 2017.
13. (EN) Zs. Rak, R. C. Ewing e U. Becker, Role of iron in the incorporation of uranium in ferric garnet matrices (PDF), in Physical Review B, vol. 84, n. 155128, 2011, pp. 1-10. URL consultato il 30 luglio 2017.
14. (EN) Zs. Rak, R. C. Ewing e and U. Becker, Electronic structure and thermodynamic stability of uranium-doped yttrium iron garnet (PDF), in Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 25, n. 495502, 2011, pp. 1-10. URL consultato il 30 luglio 2017.

Collegamenti esterni

• (EN) Elbrusite, su mindat.org. URL consultato il 24 agosto 2024.