Zirkon

Zirkon
Datei:Zirkon mikroskop klein.jpg Lichtmikroskopische Aufnahme eines Zirkons, der Kristall ist ca. 250µm lang. Größeres Bild
Chemismus	ZrSiO4
Kristallsystem	tetragonal
Kristallklasse	${\frac {4}{m}}{\frac {2}{m}}{\frac {2}{m}}$
Farbe	farblos, gelblich, rosa, rot, braun
Strichfarbe	weiß
Härte	6,5-7,5
Dichte	3,9-4,8
Glanz	Diamant- oder Fettglanz
Opazität	durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch	spröde bis muschlig
Spaltbarkeit	unvollkommen
Habitus	häufig prismatisch, sehr unterschiedlich
Flächen	Kombination von [100] und/oder [110] (Prisma) mit [101] (Pyramidenspitzen), auch flächenreichere Kristalle
Zwillingsbildung	nach {131}
Kristalloptik
Brechungsindices	no=(1,848-1,911) - 1,926 ne=(1,855-1,943) - 1,985
Doppelbrechung	δ=(0,007-0,032) - 0,059
optische Orientierung	positiv
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	2vz ~ 10°
weitere Eigenschaften
chemisches Verhalten	in heißer, konzentrierter HF schwach löslich
ähnliche Minerale	Rutil, Monazit, Kassiterit, Xenotim, Monazit, Titanit
Radioaktivität	eine der Hauptquellen der natürlichen Radioaktivität
Magnetismus	nicht magnetisch
besondere Kennzeichen	in Biotit pleochroitische Höfe
Datei:40fach zirkon aus granit am köpfelsberg klein.jpg Zirkon in Biotit - durch radioaktiven Zerfall entstehende α-Teilchen zerstören das Kristallgitter des Biotits - es entstehen sog. pleochroitische Höfe. Größeres Bild

Zirkon ist ein Mineral aus der Gruppe der Silikate (ein Inselsilikat). Die chemische Formel ist ZrSiO₄. Zirkon kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem (Kristallklasse: 4/m 2/m 2/m). Die natürliche Farbe von Zirkon variiert von farblos, goldgelb, rot bis braun. Exemplare, die aufgrund ihrer Größe und Reinheit Edelsteinqualität zeigen, sind ein beliebter Ersatz für Diamanten. Nicht zu verwechseln mit Zirkon ist Zirkonia (Formel: ???), das ein synthetischer Ersatz für Diamant ist.

Der Name stammt entweder vom arabischen zarqun, Zinnober, oder vom persischen zargun, goldfarben. Verändert finden sich diese Worte in Jargon wieder, damit bezeichnet man helle Zirkone. Gelber Zirkon wird Hyazinth genannt, ein Wort ostindischen Ursprungs.

Zirkon ist ein bemerkenswertes Mineral, vielleicht allein schon wegen seines fast allgegenwärtigen Vorkommens in der Erdkruste. Zirkon entsteht primär in magmatischen (als frühes Kristallisationsprodukt) und metamorphen Gesteinen (in Form von neu- oder umkristallisierten Körnern). In Sedimentgesteinen findet man detritische Zirkone (durch Erosion transportierte und abgelagerte Körner). Die durchschittliche Größe von Zirkonen liegt zwischen 100-300µm (z. B. in granitoiden Gesteinen), gelegentlich erreichen sie aber auch Größen von mehreren Zentimetern (vor allem in Pegmatiten oder Schwermineralseifen).

Durch Analyse von Form und Kristallflächenausbildung von Zirkonen können Rückschlüsse auf die Bildungsbedingungen und die weitere Entwicklung des Zirkons gezogen werden.

Chemie

Zirkon enthält häufig Verunreinigungen und Einschlüsse verschiedener Elemente und Minerale. Die theoretische Oxidzusammensetzung von Zirkon ist 67,1% ZrO₂ und 32,9% SiO₂. Nach Rösler (1991) kann er in Extremfällen bis zu 30% Hafniumoxid (HfO₂), 12% Thoriumoxid (ThO₂) oder 1,5% Uranoxid (U₃O₈) enthalten. Dementsprechend schwankt die Dichte zwischen 4,3-4,8 g/cm³.

Struktur

.....

In manchen Zirkonen ist der Gitterbau durch die Wirkung hochenergetischer radiogener Teilchen teilweise zerstört - metamiktisiert - solche Kristalle zeigen meist dunklere, braune Farben. Durch die Metamiktisierung kann Wasser ins Kristallgitter eingelagert werden. Die Folge ist eine merkliche Erniedrigung von Dichte und Härte (siehe Tabelle).

Altersbestimmung

Seit der Entwicklung der radiometrischen Datierung kommt Zirkonen besonders in der Geochronologie Bedeutung zu: sie enthalten Spuren der radioaktiven Isotope ²³⁵U, ²³⁸U und ²³²Th (von 10 ppm bis zu 5 Gewichtsprozent). Alle diese Isotope zerfallen über Zerfallsreihen zu verschiedenen Bleiisotopen. Durch Messen der entsprechenden Uran-Blei bzw. Thorium-Blei Verhältnisse kann das Kristallisationsalter eines Zirkons bestimmt werden.

Zirkone sind gegenüber geologischen Einflüssen wie Verwitterung und selbst hochgradiger Gesteinsmetamorphose äußerst resistent und können solche Ereignisse in ihrer Isotopenzusammensetzung "speichern".

Die bisher ältesten Minerale, die auf der Erde gefunden wurden, sind Zirkone aus dem Narryer Gneiss Terrane, Yilgarn Craton, Westaustralien, mit einem Alter von 4.404 Milliarden Jahren. Dieses Alter wird als das Kristallisationsalter dieser Zirkone interpretiert.

Verwendung

Zirkon ist das wichtigste Zirkonium- und Hafniumerz. Zirkoniumoxid (ZrO₂ hat einen Schmelzpunkt von etwa 3000° und wird zur Herstellung von Schmelztiegeln und abrasionsfesten Werstoffen verwendet. Wichtigste Lagerstätten sind dabei Schwermineralseifen, in denen Zirkon gelegentlich in einzelnen Lagen gesteinsbildend auftritt. Zirkonreiche Seifenlagerstätten werden in Indien, den USA, Australien, Sri Lanka oder Südafrika abgebaut.

Wegen ihrer hohen Lichtbrechung (Brechungsindex von 1.95, im Vergleich dazu Diamant: 2.4, Zirkonia: 2.2 und Quarz: 1.5) sind größere Exemplare geschätzte (Halb)edelsteine. Durch Hitzebehandlung kann die Farbe von braunen oder trüben Zirkonen verändert werden, je nach Hitzezufuhr entstehen so farblose, blaue oder goldgelbe Steine.

Weitere Literatur

• D. J. Cherniak und E. B. Watson (2000): Pb diffusion in zircon. Chemical Geology 172, Seiten 5-24.
• A. N. Halliday (1999): In the beginning... . Nature 409, Seiten 144-145.
• Hermann Köhler (1970): Die Änderung der Zirkonmorphologie mit dem Differentiationsgrad eines Granits. Neues Jahrbuch Mineralogische Monatshefte 9, Seiten 405 - 420.
• K. Mezger und E. J. Krogstad (1997): Interpretation of discordant U-Pb zircon ages: An evaluation. Journal of metamorphic Geology 15, Seiten 127-140.
• J. P. Pupin (1980): Zircon and Granite petrology. Contributions to Mineralogie and Petrololgy 73, Seiten 207-220.
• Gunnar Ries (2001): Zirkon als akzessorisches Mineral. Aufschluss 52, Seiten 381-383.
• H.J. Rösler (1991): Lehrbuch der Mineralogie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 5. Auflage, ISBN 3-342-00288-3
• Christoph Töpfner (1996): Brasiliano-Granitoide in den Bundesstaaten Sao Paulo und Minas Gerais, Brasilien - eine vergleichende Studie. Zirkontypologie, U-(Th)-Pb- und Rb-Sr-Altersbestimmungen. Münchner Geologische Hefte 17, Reihe A Allgemeine Geologie, Dissertation an der LMU München.
• P. Tondar (1991): Zirkonmorphologie als Charakteristikum eines Gesteins. Dissertation an der Ludwig-Maximilians-Universität München, 87 Seiten
• W. E. Tröger, U. Bambauer, F. Taborsky und H. D. Trochim (1981): Optische Bestimmung gesteinsbildender Minerale, Teil 1: Bestimmungstabellen. Stuttgart (Schweizerbarth).
• G. Vavra (1990): On the kinematics of zircon growth and its petrogenetic significance: a cathodoluminescence study. Contrib. Mineral. Petrol. 106, Seiten 90-99.
• G. Vavra (1994): Systematics of internal zircon morphology in major Variscan granitoid types. Contrib. Mineral. Petrol. 117, Seiten 331-344.
• S. A. Wilde et. al. (2001): Titel. Nature 409, Seiten 175-178.

Weblinks

• http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/1008/Zirkon.html - der Artikel von Gunnar Ries, siehe Weitere Literatur im Internet
• http://www.a-m.de/deutsch/lexikon/mineral/inselsilicate/zirkon-bild1.htm - Photo eines Zirkons