Eine neue Methode für die Bestimmung unbekannter Turmaline

Ziel dieses Projektes ist, unter Verwendung von röntgenographisch aufgenommenen Strukturdaten auf die chemische Zusammensetzung bzw. auf die Elementverteilung im Turmalin Rückschlüsse zu ziehen. Dies erscheint aufgrund der zum Teil komplexen chemischen Zusammensetzung der Turmaline, in denen auch wechselnde Anteile von leichten Elementen wie H, Li und B, vorkommen können, besonders wichtig. Eine komplette chemische Charakterisierung eines Turmalins bedeutet immer einen relativ großen Zeitaufwand (z.B. Analysen mit Elektronenstrahlmikrosonde, Sekundärionen-Massenspektrometrie, Mössbauer Spektroskopie) und oft ist auch noch aufgrund der Elementverteilung innerhalb der Struktur eine Strukturbestimmung erforderlich. Eine indirekte chemische Bestimmung eines Turmalins nur über die Strukturdaten würde hingegen einen relativ geringen Zeitaufwand benötigen. Schon in wenigen Stunden könnten röntgenographische Daten eines Turmalinkristalls, die von einem Kristallbruchstück oder einem Dünnschliff aufgenommen werden, einer raschen Klassifikation mit Hilfe eines Computerprogramms zugeführt werden. Zur Durchführung dieses Projektes werden Turmalinphasen komplexer Mischkristallreihen röntgenographisch (Einkristallstrukturen) und chemisch (einschließlich Mössbauer Spektroskopie, sowie H-, Li- und B-Analysen) charakterisiert, um dann Korrelationen zwischen der chemischen Zusammensetzung und den Strukturdaten herzuleiten. Somit ließen sich in Zukunft Turmaline aus den unterschiedlichsten geologischen Einheiten relativ rasch charakterisieren und bestimmten Kombinationen von Endgliedern zuordnen. Dies erscheint besonders interessant, da Turmalin als wichtiger petrologischer Indikator der verschiedenen geologischen Einheiten gilt. Da die Elementverteilung in der Turmalinstruktur auch von PT- Bedingungen und Fluiddurchsatz abhängig sind, können somit auch auf die Entstehungsbedingungen der jeweiligen Lithologien Rückschlüsse gezogen werden.

Es wurden Untersuchungen an der häufig vorkommenden Mineralgruppe der Turmaline durchgeführt. Turmaline sind Borsilikate mit stark varierender chemischer Zusammensetzung. Verschiedene Korrelationen zwischen der Kristallchemie und Strukturdaten, wie auch mit Temperatur- und Druckbedingungen, wurden gefunden. In Aluminium-reichen Turmalinen wurden größere Anteile von Bor, welches Silizium substituiert, bei niedrigen Bildungs-temperaturen, nachgewiesen werden. Oberhalb von Druckbedingungen von 1000-1500 MPa gibt es bei einer bestimmten Temperatur keine signifikante Änderung des höchsten beobachteten Anteils von [4] B. Weitere Untersuchungen wurden an Li-, Fe2+- und Mn 2+-reichen Turmalinen durchgeführt. Wenn in einem pegmatitischen System praktisch kein Fe, Mn, Ti and Mg verfügbar ist, ist der Li-Anteil ein bedeutender Faktor, der den Si-Anteil im Turmalin zu kontrollieren scheint. Ist der Li-Anteil niedriger, müssen stattdessen Al-Kationen diese Position besetzen. Für eine ladungsneutrale Formel müssen daher die anderen Atompositionen mit Kationen niedrigerer Ladung besetzt werden. Das kann einerseits durch zunehmende Leerstellen auf den verschiedenen Positionen erreicht werden, aber auch durch dreiwertige Kationen auf der Si-Position. Weitere Untersuchungen wurden an Mg-reichen Turmalinen aus Pegmatit-Marmor-Kontaktbereichen durchgeführt. Turmaline der Kontaktzone von permischen pegmatitischen Gesteinen zu Glimmerschiefern und Marmoren der Austroalpinen Basement Einheit der Steiermark, Österreich, wurden charakterisiert. All diese Turmaline haben geringe, aber signifikante Li-Anteile und können als Fe-haltige Dravite beschrieben werden. Es gibt eine positive Korrelation zwischen dem MgO-Anteil der Turmaline und der umgebenden Glimmerschiefer. Eine Erklärung dafür wäre, dass sich diese Turmaline im Kontaktbereich der pegmatitischen Schmelze, welche durch lokale Anatexis und Kontaktprozesse während der Platznahme der Pegmatite entstanden ist, mit den angrenzenden Gesteinen gebildet haben. Eine weitere Studie wurde an Turmalinen aus Gesteinen von metamorphen Vorkommen durchgeführt, die unter Ultrahochdruck- Bedingungen (UHP) gebildet wurden. Diese Turmaline wurden strukturell und chemisch analysiert, um Korrelationen in Bezug zu Temperatur und Druck herauszufinden. Es gibt keine Evidenz für eine signifikante Substitution von Si durch Al oder B in diesen Turmalinen, auch nicht bei den Hochtemperatur Turmalinen aus dem Sächsischen Erzgebirge. Dies ist in Kontrast zu Hochtemperatur-Niedrigdruck-Turmalinen, welche typischerweise signifikante Anteile von [4] Al aufweisen. Es gibt eine exzellente positive Korrelation zwischen dem totalen Al- Anteil und den Temperatur-Bedingungen der Turmalin-Bildung an den verschiedenen Lokalitäten. Außerdem gibt es eine ausgeprägte negative Korrelation zwischen dem Fluor-Anteil und den Temperatur-Bedingungen während der Bildung der UHP-Turmaline. Weitere Korrelationen wurden mittels chemischer, struktureller und spektroskopischer Daten an Turmalinen der Elbait-Schörl-Mischkristallreihe bestimmt. Intensive Arbeiten wurden auch an der Turmalin-Nomenklatur durchgeführt. Ein neuer F- und Fe2+-reicher Turmalin wurde kürzlich als neues Mineral Fluor-Schörl bestätigt.