Zugshunstit-(Ce)

Zugshunstit-(Ce) ist ein sehr selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Organischen Verbindungen“. Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem mit der chemischen Formel (Ce,Nd,La)Al(SO₄)₂(C₂O₄)·12H₂O, ist also chemisch gesehen ein kristallwasserhaltiges Cer-Aluminium-Sulfat-Oxalat.

Zugshunstit-(Ce)
Zugshunstit-(Ce)-Kristalle (Größe: ≈ 1–1,5 mm) in einer Matrix aus magnesiumhaltigem Apjohnit (meist dehydratisiert) und Epsomit
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Nummer	1996-055
IMA-Symbol	Zug-Ce
Chemische Formel	(Ce,Nd,La)Al(SO4)2(C2O4)·12H2O
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Organische Verbindungen
System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana	IX/A.01 IX/A.01-130 10.AB.75 50.01.09.02
Kristallographische Daten
Kristallsystem	monoklin
Kristallklasse; Symbol	monoklin-prismatisch; 2/m
Raumgruppe	C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15
Gitterparameter	a = 8,718 Å; b = 18,313 Å; c = 13,128 Å β = 93,90°
Formeleinheiten	Z = 4
Häufige Kristallflächen	{010}, {012}, {111}
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	nicht bestimmbar
Dichte (g/cm3)	2,121 (berechnet)
Spaltbarkeit	undeutlich nach {010}
Bruch; Tenazität	spröde; uneben
Farbe	blassrosa (Glühlampenlicht) bis cremeweiß, blassblau (Leuchtstoffröhrenlicht)
Strichfarbe	farblos (also weiß)
Transparenz	halbdurchsichtig, glasklar-durchsichtig
Glanz	Glasglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes	nα = 1,455 nβ = 1,485 nγ = 1,528
Doppelbrechung	δ = 0,073
Optischer Charakter	zweiachsig positiv
Achsenwinkel	2V = 85° (gemessen), 82° (berechnet)
Weitere Eigenschaften
Chemisches Verhalten	leicht wasserlöslich
Besondere Merkmale	alexandritartiger Farbwechsel in unterschiedlichen Lichtarten; schneller Zerfall unter dem Elektronenstrahl

Zugshunstit-(Ce) von der Typlokalität bildet isometrische bis blockige, leicht parallel [100] gestreckte Kristalle bis fast 2 mm Größe mit einer sehr charakteristischen Morphologie, ferner subparallele Aggregate bis 2 mm Durchmesser.

Das Mineral stammt vom „Alum Cave Bluff“, einer als Touristenattraktion bekannten Lokalität im Great Smoky Mountains National Park, Tennessee, wo es bei der Verwitterung eines pyrithaltigen Phyllits entsteht. Der Name kann mit „Alaunhöhlensteilklippe“ übersetzt werden, jedoch gibt es hier keine Höhle, sondern lediglich die genannte, ca. 30 m hohe Steilklippe, die einen 10 m tiefen Überhang bildet, in deren Schutz die hier gebildeten wasserlöslichen Sulfat- und Oxalatminerale erhalten bleiben.

Etymologie und Geschichte

Im Jahre 1981 begann T. Dennis Coskren aus Columbia/Maryland mit der Untersuchung einer ungewöhnlichen Mineralisation an der „Alum Cave Bluff“. Diese Untersuchungen führten zur Identifizierung einer Vielzahl ungewöhnlicher, für ein Verdunstungsmilieu typischer Minerale. Einige Phasen konnten anfänglich allerdings nicht charakterisiert werden und wurden zur Identifizierung in das Mineralogische Labor an der University of Michigan gegeben, wo sich herausstellte, dass es sich bei drei dieser Phasen um seltenmetall- und Sulfat-haltige Oxalate handelt. Alle drei wurden nach der Einreichung bei der International Mineralogical Association (IMA) anerkannt, so auch das unter der Nummer IMA 1996-055 bestätigte Mineral, welches im Jahre 2001 von einem US-amerikanischen Forscherteam mit Roland C. Rouse, Donald R. Peacor, Eric J. Essene, T. Dennis Coskren und Robert J. Lauf im amerikanischen Wissenschaftsmagazin „Geochimica et Cosmochimica Acta“ als Zugshunstit-(Ce) beschrieben wurde.

Benannt wurde das Mineral nach der Bezeichnung der Cherokee-Indianer für die zu den Appalachen gehörenden Great Smoky Mountains, die etwa als „Tsu-g-shv-sdi“ wiedergegeben werden kann. Der Levinson Modifier [das Suffix „-(Ce)“] weist auf das dominierende Seltenerdmetall (hier: Cer) hin, wie es die Richtlinien der IMA bei der Namensgebung von seltenmetallhaltigen Mineralen verlangen.

Das Typmaterial für Zugshunstit-(Ce) wird an der University of Michigan, Ann Arbor/Michigan, und im zur Smithsonian Institution gehörenden National Museum of Natural History, Washington, D.C., aufbewahrt.

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Zugshunstit-(Ce) zur Mineralklasse der „Organischen Verbindungen“ und dort zur Abteilung der „Salze organischer Säuren“, wo er zusammen mit Caoxit, Coskrenit-(Ce), Glushinskit, Humboldtin, Levinsonit-(Y), Lindbergit, Minguzzit, Moolooit, Natroxalat, Novgorodovait, Oxammit, Stepanovit, Weddellit, Wheatleyit, Whewellit und Zhemchuzhnikovit die eigenständige „Gruppe der Oxalate“ mit der System-Nr. IX/A.01 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Zugshunstit-(Ce) ebenfalls in die Klasse der „Organischen Verbindungen“ und dort in die Abteilung der „Salze von organischen Säuren“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Art der salzbildenden Säure, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Oxalate“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe 10.AB.75 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Zugshunstit-(Ce) in die Klasse der „Organische Minerale“ und dort in die gleichnamige Abteilung ein. Hier ist er mit Coskrenit-(Ce) und Levinsonit-(Y) in der nach im benannten „Zugshunstitgruppe“ mit der System-Nr. 50.01.09 innerhalb der Unterabteilung „Salze organischer Säuren (Oxalate)“ zu finden.

Chemismus

Mittelwerte aus Mikrosondenanalysen an Zugshunstit-(Ce) von der „Alum Cave Bluff“ führten zu Gehalten von 2,16 % La₂O₃, 13,17 % Ce₂O₃, 1,68 % Pr₂O₃, 6,50 % Nd₂O₃, 0,80 % Sm₂O₃, 0,27 % Eu₂O₃, 0,14 % Gd₂O₃, 6,92 % Al₂O₃, 1,11 % Fe₂O₃, 0,04 % CaO, 24,01 % SO₃, [10,80] % C₂O₃ und [32,41] % H₂O (die beiden letzten wurden aus der Stöchiometrie berechnet). Daraus ergab sich die empirische Formel (Ce_0,54Nd_0,26La_0,09Pr_0,07Sm_0,03Eu_0,01Gd_0,01)_Σ=1,01Al_1,00(SO₄)_2,00(C_2,00O₄)·12,00H₂O, die zu (Ce,Nd,La)Al(SO₄)₂(C₂O₄)·12H₂O vereinfacht wurde.

Zugshunstit-(Ce) ist das cerdominante Analogon zum yttriumdominierten Levinsonit-(Y), die beide in der „Alum Cave Bluff“ nebeneinander auftreten. Die Metalle der Seltenen Erden weisen eine starke Fraktionierung zwischen diesen beiden Mineralen auf. Die leichten Seltenerdmetalle (englisch: „Light Rare Earth Elements“, LREE) Cer und Praseodym sind im Zugshunstit-(Ce) konzentriert, Neodym ist gleichermaßen in beiden Oxalaten enthalten, während Yttrium und die mittleren bis schweren Seltenerdmetalle („Medium Rare Earth Elements“ und „Heavy Rare Earth Elements“, MREE und HREE) Samarium, Europium, Gadolinium, Dysprosium und Erbium an Levinsonit-(Y) gebunden sind.

Kristallstruktur

Zugshunstit-(Ce) kristallisiert monoklin in der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 mit den Gitterparametern a = 8,718 Å; b = 18,313 Å; c = 13,128 Å und β = 93,90° sowie vier Formeleinheit pro Elementarzelle.

Die Struktur des Zugshunstit-(Ce) basiert auf einem Grundbaustein, nämlich Ketten von miteinander alternierenden REE-Polyedern und Oxalat-Gruppen, wobei eine Oxalat-Gruppe gemeinsame Kanten mit den benachbarten Polyedern aufweist. Der Grundbaustein wird durch zwei Sulfat-Tetraeder komplettiert, von denen jedes eine gemeinsame Ecke mit dem REE-Polyeder besitzt. Das REE-Polyeder im Zugshunstit-(Ce) ist ein [9]fach koordiniertes, d. h. mit neun Liganden versehenes überkrontes Antiprisma mit quadratischem Querschnitt, das den Polyedern in Monazit ähnelt. Der zusätzliche Ligand an der Spitze des Antiprismas, ein Wassermolekül, führt zu Verschiebungen der Ketten, isolierten Wassermoleküle und isolierten Al(H₂O)₆-Oktaeder im Vergleich zu deren Positionen in der sehr ähnlichen Struktur des Levinsonit-(Y). Die Al-Oktaeder besitzen ungewöhnlicherweise nur H₂O-Liganden, und keines von ihnen ist mit einem anderen Polyeder der Struktur verbunden. Es handelt sich also um isolierte Einheiten, die mit den Grundbausteinen nur über Wasserstoffbrückenbindungen verknüpft sind.

Eigenschaften

Morphologie

Zugshunstit-(Ce) bildet idiomorphe, typisch isometrische bis blockige Kristalle bis zu fast 2 mm Größe, die hinsichtlich Kristalltracht und Kristallhabitus an blockige Feldspatkristalle erinnern. Die Kristalle sind leicht parallel nach der a-Achse [100] gestreckt und zeigen das Prisma {012} als tragende Form. Untergeordnet entwickelt sind das Pinakoid {010} und das Prisma {111}. Häufig treten die Kristalle zu subparallel aggregierten Gebilden zusammen.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Zugshunstit-(Ce)-Kristalle zeigen – wie Coskrenit-(Ce), nur etwas weniger intensiv – alexandritartige Farbeffekte mit blass blaugrauer Färbung im fluoreszierenden Licht der Leuchtstoffröhren und weißer Farbe im Glühlampenlicht, die auf die Gehalte an Cer zurückzuführen sind. Im Sonnenlicht sind die Kristalle farblos. Ihre Strichfarbe wird als farblos angegeben. Da die Strichfarbe der Pulverfarbe entspricht und das Mineralpulver nicht farblos ein kann, dürfte die Farbe des Strichs am besten mit weiß beschrieben sein. Die Oberflächen der glasklar-durchsichtig Kristalle zeigen einen deutlichen glasartigen Glanz.

Das Mineral zeigt unvollkommene Spaltbarkeit nach {010}, bricht aber aufgrund seiner Sprödigkeit ähnlich wie Amblygonit, wobei die Bruchflächen uneben ausgebildet sind. Aufgrund der geringen Kristallgröße ließen sich weder seine Mohshärte noch die Vickershärte ermitteln. Gemessene Werte für die Dichte des Zugshunstit-(Ce) existieren nicht, die berechnete Dichte für das Mineral beträgt 2,121 g/cm³.

Zugshunstit-(Ce) ist in Wasser leicht und rückstandsfrei löslich.

Bildung und Fundorte

Als sehr seltene Mineralbildung konnte Zugshunstit-(Ce) bisher (Stand 2016) nur von einem Fundpunkt beschrieben werden. Seine Typlokalität ist die Gesteinsklippe der „Alum Cave Bluff“ im Great-Smoky-Mountains-Nationalpark, Sevier County, Tennessee, Vereinigte Staaten. Begleitminerale sind Levinsonit-(Y), Coskrenit-(Ce), Epsomit und das „Haarsalz“ Halotrichit, wobei der Zugshunstit-(Ce) entweder in Epsomit und/oder Halotrichit eingebettet auftritt oder freistehende Kristalle in Hohlräumen in diesen Mineralen bildet.

Zugshunstit-(Ce) ist eine typische Sekundärbildung, die in den Böden der „Alum Cave Bluff“ auftritt. Der Name der Lokalität ist irreführend, da es sich nicht um eine Höhle, sondern um eine steile, überhängende Gesteinsklippe handelt. Das Kliff und das umgebende anstehende Gestein sind Teil der präkambrischen Anakeesta-Formation, einem Metapelit mit der Textur eines Phyllits, dessen Hauptminerale Muskovit, Biotit, Chlorit, Quarz und Pyrit sind. Dieses Gebiet ist mit Niederschlagsmengen von 2000 mm pro Jahr außerordentlich niederschlagsreich. Die resultierende Verwitterung des am Kliff anstehenden Gesteins beinhaltet auch die Oxidation des Pyrits und die Auflösung der hauptsächlichen gesteinsbildenden Silikate. Dies führt wiederum zu sulfatreichen Lösungen mit niedrigen pH-Werten, die reich an Elementen aus den aufgelösten Silikaten wie Eisen, Magnesium, Aluminium, Kalium, Natrium, Calcium und Mangan sind. Die Seltenerdmetall stammen wahrscheinlich aus alterierten Phasen wie Monazit und Xenotim. Wenn diese Lösungen die Wände des Kliffs heruntertropfen, gelangen sie unter die geneigte Oberfläche des Gesteinsüberhanges, wo eine teilweise Verdunstung zur Fällung von Sulfaten, insbesondere von denen des Eisens, führt. Der größte Teil des Wassers läuft dann weiter auf den Boden an der Basis des Kliffs, wo die vollständige Verdunstung die Entstehung einer großen Mineralvielfalt mit hauptsächlich hydrierten und/oder hydratisierten Sulfaten bewirkt. Diese Ausfällungen bestehen hauptsächlich aus Epsomit und Vertretern der Haarsalz-Familie, unter denen Apjohnit das am weitesten verbreitete Mineral ist.

Verwendung

Zugshunstit-(Ce) ist aufgrund seiner Seltenheit lediglich für Mineralsammler interessant.

Siehe auch

• Systematik der Minerale
• Liste der Minerale

Literatur

• Zugshunstite-(Ce). In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org Online [PDF; 68 kB; abgerufen am 29. Juni 2019]). 
• Joseph A. Mandarino: New Minerals. In: The Canadian Mineralogist. Band 39, 2001, S. 1502, doi:10.2113/gscanmin.39.5.1473 (rruff.info [PDF; 422 kB; abgerufen am 29. Juni 2019]). 
• Roland C. Rouse, Donald R. Peacor, Eric J. Essene, T. Dennis Coskren, Robert J. Lauf: The new minerals levinsonite-(Y) [(Y,Nd,Ce)Al(SO₄)₂(C₂O₄)·12H₂O] and zugshunstite-(Ce) [(Ce,Nd,La)Al(SO₄)₂(C₂O₄)·12H₂O]: Coexisting oxalates with different structures and differentiation of LREE and HREE. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 65, 2001, S. 1101–1115, doi:10.1016/S0016-7037(00)00568-8. 

Weblinks

Commons: Zugshunstite-(Ce) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mineralienatlas: Zugshunstit-(Ce) (Wiki)
• David Barthelmy: Zugshunstite-(Ce) Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 29. Juni 2019 (englisch). 
• Zugshunstite-(Ce). In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy; abgerufen am 29. Juni 2019 (englisch). 
• American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Zugshunstit-(Ce)