Grossmanite

Grossmanite
Classificazione Strunz (ed. 10)	9.DA.15[1]
Formula chimica	Ca(Ti^3+,Mg,Ti^4+)AlSiO6[2] CaTi^3+AlSiO6[3]
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallino	monoclino[4]
Parametri di cella	a = 9,80(1) Å, b = 8,85(1) Å, c = 5,360(5) Å, α = 90°, β = 105,62(10)°, γ = 90°[5]
Gruppo puntuale	2/m[6]
Gruppo spaziale	C2/c (nº 15)[4]
Proprietà fisiche
Densità calcolata	3,41[3] g/cm³
Colore	grigio chiaro – verde[3][5]
Opacità	trasparente[6]
Diffusione	rara
Si invita a seguire lo schema di Modello di voce – Minerale

Il minerale grossmanite (simbolo IMA: Gsm[7]) è un silicato a catena molto raro del gruppo del pirosseno con la composizione chimica idealizzata CaTi^3+AlSiO₆.

In una fase iniziale della formazione del nostro sistema solare, il pirosseno ricco di grossmanite si è cristallizzato ad alte temperature e in condizioni estremamente riducenti durante la risublimazione della nebulosa presolare ed è stato conservato in inclusioni di meteoriti. La località tipo è un'inclusione ricca di calcio e alluminio (CAI) del meteorite Allende, in cui la grossmanite si trova insieme a spinello, gehlenite, perovskite e grossite.[3]

Etimologia e storia

I pirosseni contenenti titanio, ad esempio le augiti, sono noti da molto tempo e nel 1931 Thomas F.W. Barth introdusse l'ipotetico elemento terminale in titanio CaTi^4+Al₂O₆ come spiegazione cristallochimica per il contenuto di titanio delle augiti di Hiva Oa, nelle Isole Marchesi.[8] Nel 1953, E.R. Segnit determinò sperimentalmente il contenuto massimo di biossido di titanio (TiO₂) dell'enstatite a 1 bar (~6 in peso).[9] Ulteriori indagini sperimentali sull'incorporazione di Ti^4+ seguirono, ad esempio, presso l'Università di Hokkaidō in Giappone,[10] e nel 1994 Richard O. Sack e Mark S. Ghiorso introdussero il nome Al-Buffonite, dal nome del naturalista francese Georges-Louis Leclerc de Buffon, per l'ipotetico membro terminale pirosseno CaTiAl₂O₆.[11] I pirosseni naturali di questa composizione non sono ancora stati trovati.

Pirosseni molto ricchi di titanio sono stati trovati nei meteoriti condritici del CAI dalla fine degli anni '60. L'8 febbraio 1969, il meteorite Allende cadde vicino a Parral a Chihuahua, in Messico; Louis H. Fuchs dell'Argonne National Laboratory ha ottenuto 14 g di questo meteorite e ha trovato pirosseni insolitamente ricchi di titanio e alluminio con ~16% in peso di biossido di titanio e ~21% in peso di ossido di alluminio (Al₂O₃) nello stesso anno.[12] La prima descrizione dettagliata di un pirosseno verde dal meteorite Vigarano come una nuova specie minerale con il 17% in peso di biossido di titanio, il 26% in peso di ossido di alluminio e solo il 4% in peso di ossido di magnesio (MgO) è stata pubblicata nel 1970 da Mireille Christophe Michel-Lévy e colleghi dell'Università di Parigi.[13] Fuchs sottolineò che quando calcolò la formula della struttura di questi pirosseni con titanio tetra valente, il contenuto di cationi era troppo basso e assunse che una percentuale significativa del titanio fosse presente come Ti^3+.[14]

La prima sintesi di un membro terminale del pirosseno Ti^3+ fu ottenuta da C.T. Prewitt e collaboratori nel 1972.[15] Un anno dopo, Eric Dowty e Joan R. Clark usarono le proprietà ottiche che avevano determinato come riferimento per la loro rilevazione spettroscopica di Ti^3+ nel clinopirosseno ricco di titanio dal meteorite Allende.[5] I pirosseni ricchi di titanio provenienti da meteoriti, noti fino alla metà degli anni '70, contengono fino a ~40 mol% del componente Ti^3+ di CaTi^3+AlSiO₆.[16]

Nel 2001, il gruppo guidato da S.B. Simon e Lawrence Grossman dell'Università di Chicago ha descritto i clinopirosseni del meteorite Allende (ALH3) come aventi fino a 0,4 Ti^3+ per unità di formula[17] e nel 2007 ha determinato gli stati di ossidazione del titanio e del vanadio nei pirosseni ricchi di titanio di vari meteoriti utilizzando la spettroscopia di assorbimento near-edge a raggi X (XANES). Hanno confermato i contenuti di Ti3+, che sono stati ottenuti matematicamente da composizioni di microanalisi a fascio di elettroni durante la determinazione delle formule strutturali.[18]

Infine, nel 2009, Chi Ma e George R. Rossman del California Institute of Technology di Pasadena, in California, hanno descritto il clinopirosseno Ti^3+ da 2 inclusioni del meteorite Allende come un nuovo minerale. Gli diedero il nome del professore di cosmochimica dell'Università di Chicago Lawrence Grossman, in riconoscimento dei suoi contributi fondamentali alla ricerca sui meteoriti.[3]

Classificazione

Nella classificazione strutturale dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), la grossmanite appartiene ai pirosseni di calcio del gruppo dei pirosseni, insieme ad augite, burnettite, davisite, diopside, esseneite, petedunnite, hedenbergite, johannsenite, kushiroite e tissintite.[3]

Poiché la grossmanite è stata riconosciuta come minerale indipendente solo nel 2008 e non è stata riconosciuta come tale fino al 2009, non è elencata né nell'ottava edizione, che è obsoleta dal 1977, né nella nona edizione della Sistematica dei minerali secondo Strunz.[19] Anche la sistematica dei minerali Dana, che sono utilizzati principalmente nel mondo anglosassone, non elenca ancora la grossmanite.

Nella Sistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß, che è stata rivista e aggiornata l'ultima volta nel 2018 e che si basa ancora sulla vecchia forma della sistematica di Strunz dell'8ª edizione, al minerale è stato assegnato il sistema e il minerale nº VIII/F.01-112. In tale Sistematica ciò corrisponde alla classe dei "silicati" e lì alla sottoclasse "silicati a catena e a bande", dove la grossmanite insieme a egirina, egirina-augite, augite, davisite, diopside, esseneite, hedenbergite, giadeite, jervisite, johannsenite, kanoite, clinoenstatite, clinoferrosilite, cosmocloro, kushiroite, namansilite, natalyite, omfacite, petedunnite, pigeonite, spodumene e tissintite forma il gruppo dei "clinopirosseni" con numero di sistema VIII/F.01 all'interno del gruppo dei pirosseni che va dal gruppo F.01 al gruppo 02.[20]

La classificazione di Strunz, continuata dalla banca dati dei minerali "Mindat.org", secondo lo schema della 9ª edizione, classifica la grossmanite nella divisione dei "silicati a catena e a bande" (inosilicati), più precisamente nella suddivisione "Silicati a catena e a bande con catene singole a 2 periodi Si,2, O₆; famiglia dei pirosseni", dove, insieme ad augite, davisite, diopside, esseneite, hedenbergite, jeffersonite, johannsenite, kushiroite e petedunnite, forma il gruppo dei "Ca-clinopirosseni, gruppo diopside" con il sistema nº 9.DA.15.[1]

Chimica

La grossmanite con la composizione idealizzata ${\displaystyle \mathrm {^{[M2]}Ca\,^{[M1]}Ti^{3+}\,^{[T]}(AlSi)O_{6}} }$ è l'analogo titanio-alluminio del diopside ${\displaystyle \mathrm {(^{[M2]}Ca\,^{[M1]}Mg\,^{[T]}Si_{2}O_{6})} }$, dove ${\displaystyle \mathrm {[M2],[M1]} }$ e ${\displaystyle {\ce {[T]}}}$ sono le posizioni nella struttura del pirosseno.

La composizione del grossmanite appartenente alla località tipo è:[3]

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M2]}Ca_{1,000}\,^{[M1]}(Ti_{0,35}^{3+}Al_{0,18}^{3+}Sc_{0,01}^{3+}V_{0,01}^{3+}Mg_{0,25}Ti_{0,19}^{4+})\,^{[T]}(Si_{1,07}Al_{0,93})O_{6}} }$

La grossmanite contiene quantità variabili di Ti^4+, corrispondenti alle reazioni di scambio:[21]

• ${\displaystyle \mathrm {2^{[M1]}Ti^{3+}=\,^{[M1]}Mg^{2+}+\,^{[M1]}Ti^{4+}} }$
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Ti^{3+}+\,^{[T]}Si^{4+}=\,^{[M1]}Ti^{4+}+\,^{[T]}Al^{3+}} }$ (Al-buffonite)[11]

La grossmanite forma anche cristalli misti con diopside, kushiroite, davisite e burnettite:[21][22]

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Ti^{3+}+\,^{[T]}Al^{3+}=\,^{[M1]}Mg^{2+}+\,^{[T]}Si^{4+}} }$ (diopside)
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Ti^{3+}=\,^{[M1]}Al^{3+}} }$ (kushiroite)
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Ti^{3+}=\,^{[M1]}Sc^{3+}} }$ (davisite)
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Ti^{3+}=\,^{[M1]}V^{3+}} }$ (burnettite)

Il comportamento di miscelazione dei cristalli misti diopside-al-buffonite-kushiroite-grossmanite è complesso con lacune di miscelazione la cui posizione ed estensione dipendono fortemente dal rapporto Ti^3+/Ti^4+.[23]

Abito cristallino

La grossmanite cristallizza con simmetria monoclina nel gruppo spaziale C2/c (gruppo nº 15) con 4 unità di formula per cella unitaria. I parametri reticolari della grossmanite naturale sono a = 9,80(1) Å, b = 8,85(1)Å, c = 5,36(5)Å e β = 105,62(10)°.[5]

La struttura è quella del clinopirosseno. Il silicio (Si^4+) e l'alluminio (Al^3+) occupano la posizione ${\displaystyle {\ce {T}}}$ tetraedrica circondata da 4 ioni ossigeno, il calcio (Ca^2+) occupa la posizione ottaedrica ${\displaystyle \mathrm {M2} }$ circondata da 6 ossigeni e la posizione ${\displaystyle \mathrm {M1} }$, anch'essa coordinata ottaedrica, è occupata dal titanio (Ti^3+).

Origine e giacitura

La grossmanite è stata finora trovata solo in inclusioni ricche di calcio e alluminio (CAI) di alcuni meteoriti condritici. La grossmanite è un prodotto primario di condensazione della nebulosa presolare o cristallizza da fusioni di CAI fuse e rapidamente raffreddate.[3][24][22]

La località tipo è il meteorite Allende, una condrite carbonacea caduta l'8 febbraio 1969 nell'area intorno a Pueblito de Allende vicino a Parral nello stato di Chihuahua in Messico. La grossmanite è stata scoperta qui nei CAI, dove si trova insieme allo spinello e alla perovskite, o allo spinello, alla perovskite e alla grossite, come inclusione nella gehlenite.[3]

In un CAI di tipo A, anch'esso proveniente dal meteorite Allende, è stato trovato un pirosseno ricco di grossmanite insieme a melilite, spinello e hibonite.[17]

Nelle condriti del tipo rumuruti (R-condriti) Dhofar1223 e NWA 1476, sono state rilevate fassaiti ricche di titanio in alcuni CAI, ma lo stato di ossidazione del titanio non è stato determinato.[25]

Nella condrite Ivuna CI1[26] è stata trovata grossmanite con fino al 20% di biossido di titanio in peso. Si trova nel nucleo di un CAI insieme a gehlenite, spinello e piccole quantità di anortite e hibonite.[27]

Davisite e kushiroite ricche di grossmanite sono state trovate anche in un CAI di condrite CV RBT 04143 dal Roberts Massif nella Terra della Regina Maud, nell'Antartide Orientale. I pirosseni ricchi di titanio, alluminio e scandio si trovano isolati o insieme a spinello, perovskite o spinello e perovskite come inclusione nella gehlenite.[22]

Forma in cui si presenta in natura

La grossmanite forma cristalli da incolori a verdi di pochi micrometri di dimensione.[3][5]

Note

1. (EN) Classification of Grossmanite, su mindat.org, Hudson Institute of Mineralogy. URL consultato il 18 settembre 2024.
2. (EN) Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja e et al., The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: January 2024 (PDF), su cnmnc.units.it, gennaio 2024. URL consultato il 3 gennaio 2024 (archiviato dall'url originale l'11 luglio 2024).
3. (EN) Chi Ma e George R. Rossman, Grossmanite, CaTi^3+AlSiO₆, a new pyroxene from the Allende meteorite (PDF), in The American Mineralogist, vol. 94, 2009, pp. 1491–1494. URL consultato il 3 gennaio 2024.
4. (DE) Grossmanite, su mineralienatlas.de. URL consultato il 18 settembre 2024.
5. (EN) Eric Dowty e Joan R. Clark, Crystal Structure Refinement and Optical Properties of a Ti^3+ Fassaite from the Allende Meteorite (PDF), in The American Mineralogist, vol. 58, 1973, pp. 230–242. URL consultato il 3 gennaio 2024.
6. (EN) Grossmanite (PDF), su handbookofmineralogy.org. URL consultato il 18 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 18 settembre 2024.
8. (EN) T.F.W. Barth, Proxen von Hiva Oa, Marquesas-Inseln und die Formel titanhaltiger Augite, in Neues Jahrbuch der Mineralogie Abhandlungen, Beilage, vol. 64, 1931, pp. 217–224.
9. (EN) E.R. Segnit, Some data on synthetic aluminous and other pyroxenes (PDF), in Mineralogical Magazine, vol. 30, 1953, pp. 218–223. URL consultato il 3 gennaio 2024.
10. (EN) Kenzo Yagi e Kosuke Onuma, The Join CaMgSi₂O₆–CaTiAl₂O₆ and its bearing on the Titanaugites (PDF), in Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University. Series 4, Geology and mineralogy, vol. 13, n. 4, 1967, pp. 463–483. URL consultato il 3 gennaio 2024.
11. (EN) Richard O. Sack e Mark S. Ghiorso, Thermodynamics of multicomponent pyroxenes: III. Calibration of Fe^2+(Mg)₋₁, TiAl₂(MgSi₂)₋₁, TiFe^3+₂(MgSi₂)₋₁, AlFe^3+(MgSi)₋₁, NaAl(CaMg)₋₁, Al₂(MgSi)₋₁ and Ca(Mg)₋₁ exchange reactions between pyroxenes and silicate melts, in Contributions to Mineralogy Petrology, vol. 118, 1994, pp. 271–296. URL consultato il 3 gennaio 2024.
12. (EN) Louis H. Fuchs, Occurrence of cordierite and aluminous orthoenstatite in the Allende Meteorite (PDF), in American Mineralogist, vol. 54, 1969, pp. 1645–1653. URL consultato il 3 gennaio 2024.
13. (EN) M. Christophe-Michel-Levy, R. Caye e J. Nelen, A new mineral in the Vigarano meteorite, in Meteoritics, vol. 5, 1970, p. 221.
14. (EN) Louis H. Fuchs, Occurrence of wollastonite, rhönite, and andradite in the Allende Meteorite (PDF), in American Mineralogist, vol. 56, 1971, pp. 2053–2067. URL consultato il 3 gennaio 2024.
15. (EN) C.T. Prewitt, R.D. Shannon e B. White, Synthesis of a pyroxene containing trivalent titanium, in Contributions to Mineralogy and Petrology, vol. 35, n. 1, 1972, pp. 77–82, DOI:10.1007/BF00397379.
16. (EN) Brian Mason, Aluminum-titanium-rich pyroxenes, with special reference to the Allende meteorite (PDF), in American Mineralogist, vol. 59, 1974, pp. 1198–1202. URL consultato il 3 gennaio 2024.
17. (EN) S.B. Simon, A.M. Davis e L. Grossman, Formation of orange hibonite, as inferred from some Allende inclusions, in Meteoritics & Planetary Science, vol. 36, 2001, pp. 331–350. URL consultato il 3 gennaio 2024.
18. (EN) S.B. Simon, S.R. Sutton e L. Grossman, Valence of titanium and vanadium in pyroxene in refractory inclusion interiors and rims (PDF), in Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 71, n. 12, 2007, pp. 3098–3118. URL consultato il 3 gennaio 2024.
19. (EN) Ernest Henry Nickel e Monte C. Nichols, IMA/CNMNC List of Minerals 2009 (PDF), su cnmnc.units.it, IMA/CNMNC, gennaio 2009. URL consultato il 3 gennaio 2024 (archiviato dall'url originale il 10 novembre 2023).
20. (DE) Stefan Weiß, Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018, 7ª ed., Monaco, Weise, 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
21. (EN) Chi Ma, John R. Beckett e George R. Rossman, Grossmanite, Davisite, and Kushiroite: Three Newly-approved Diopside-Group Clinopyroxenes in CAIs (PDF), in Lunar and Planetary Science Conference, vol. 41, 2010. URL consultato il 3 gennaio 2024.
22. (EN) Takashi Yoshizaki, Daisuke Nakashima, Tomoki Nakamura, Changkun Park, Naoya Sakamoto, Hatsumi Ishida e Shoichi Itoh, Nebular history of an ultrarefractory phase bearing CAI from a reduced type CV chondrite (PDF), in Preprint, 2018. URL consultato il 3 gennaio 2024.
23. (EN) Richard O. Sack e Mark S. Ghiorso, Ti^3+– and Ti^4+–rich fassaites at the birth of the solar system: Thermodynamics and applications (PDF), in American Journal of Science, vol. 317, 2017, pp. 807–845, DOI:10.2475/07.2017.02. URL consultato il 3 gennaio 2024.
24. (EN) Lawrence Grossman, Vapor-condensed phase processes in the early solar system, in Meteoritics & Planetary Science, vol. 45, 2010, pp. 7–20. URL consultato il 3 gennaio 2024.
25. (EN) Surya Snata Rout e Addi Bischoff, Ca,Al-rich inclusions in Rumuruti (R) chondrites (PDF), in Meteoritics & Planetary Science, vol. 43, 2008, pp. 1439–1464. URL consultato il 3 gennaio 2024.
26. (EN) Ivuna, in Meteoritical Bulletin, 11 gennaio 2024. URL consultato il 28 aprile 2024.
27. (EN) D. Frank, M. Zolensky, J. Martinez, T. Mikouchi, K. Ohsumi, K. Hagiya, W. Satake, L. Le, D. Ross e A. Peslier, A CAI in the Ivuna CI1 chondrite (PDF), in 42nd Lunar and Planetary Science Conference, 2011, p. 2785. URL consultato il 3 gennaio 2024.

Bibliografia

• (EN) Chi Ma e George R. Rossman, Grossmanite, CaTi^3+AlSiO₆, a new pyroxene from the Allende meteorite (PDF), in The American Mineralogist, vol. 94, 2009, pp. 1491–1494. URL consultato il 3 gennaio 2024.