In den 1960er Jahren wurden die experimentellen Grundlagen entwickelt, mit denen es möglich wurde, Versuche unter den hohen Drucken des Erdmantels durchzuführen. Die Arbeitsgruppe um Alfred Edward Ringwood aus Australien gehörte zu den ersten, die die Strukturänderungen der den Erdmantel dominierenden Verbindungstypen A2BO4 (Olivin, Spinell) und ABO3 (Pyroxen, Ilmenit, Perowskit, Granat) experimentell untersuchte. Sie legte damit die mineralogische Grundlage für das Verständnis seismischer Messungen und den daraus abgeleiteten Vorstellungen vom Aufbau der Erde. Neben dem Übergang von Olivin in die Spinellstruktur beobachteten Ringwood und Major 1966 auch den Übergang von (Fe,Mg)SiO3 von der Pyroxenstruktur in die Granatstruktur, wobei ein Teil des Silicium auf der Oktaederposition eingebaut wird.[10]
Der erste Fund eines solchen Hochdruckgranates außerhalb eines Labors gelang vier Jahre später Smith und Mason im Coorara-Meteoriten. In durch Impaktmetamorphose entstandenen Rissen fanden sie neben Ringwoodit einen Granat, dessen Zusammensetzung sie mit (Mg2,86 Na0,10)(Fe1,02Al0,23Cr0,03Si0,78)Si3O12 angaben. Sie benannten das neue Mineral nach Alan Major, der diese Verbindung zuvor mit Ringwood synthetisiert hatte.[5][6]
Die ersten Synthesen von reinem Majorit gelang Ringwood und Major 1971, nachdem sie mit verbesserten Hochdruckpressen Drucke von 25-30GPa erreichen konnten.[7]
Mößbauerspektroskopische Untersuchungen zeigten, dass Eisen als Fe2+ vorwiegend auf der Dodekaederposition und als Fe3+ auf der Oktaederposition sitzt,[11] woraufhin Grew und Mitarbeiter die Endgliedzusammensetzung von Majorit auf [X]Mg[Y](MgSi)[Z]SiO12 festlegten.[3]
In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Majorit die System- und Mineralnummer 51.04.03a.05. Das entspricht ebenfalls der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikatminerale“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen nur mit Kationen in [6] und >[6]-Koordination“ in der „Granatgruppe (Pyralspit-Reihe)“, in der auch Almandin, Spessartin, Knorringit und Calderit eingeordnet sind.
Majorit mit der Endgliedzusammensetzung[X]Mg3[Y](Si4+Mg2+)[Z]Si3O12 ist das Mg-Si-Analog von Morimotoit ([X]Ca3[Y](Ti4+Fe2+)[Z]Si3O12) und bildet Mischkristalle vor allem mit Pyrop entsprechend der Austauschreaktion
Die Struktur ist die von Granat. Magnesium (Mg2+) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffionen umgebenen X-Positionen und die Hälfte der oktaedrisch von 6 Sauerstoffionen umgebene Y-Position. Silicium (Si4+) besetzt die andere Hälfte der Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen Z-Position.[5][6]
Druck-Temperatur-Phasendiagramm für die Verbindung MgSiO3
Für synthetisch hergestellten, reinen Majorit wird tetragonale Symmetrie in der RaumgruppeI41/a(Raumgruppen-Nr. 88)Vorlage:Raumgruppe/88 angegeben mit den Gitterparametern a=11,491 bis 11,516Å und b=11,406 bis 11,480Å und weitgehender Ordnung von Si und Mg auf zwei verschiedenen Oktaederpositionen.[13][14] Synthesen von Majorit-Pyrop-Mischkristallen bei 2000 °C und 19GPa ergaben, dass Majorit mit mehr als 20mol-% Pyrop kubisch ist. Die Art der Zwillinge der tetragonalen Granate deutet darauf hin, dass auch die tetragonalen Majorite unter den Versuchsbedingungen kubisch gewesen sein könnten und die Phasenumwandlung in tetragonalen Majorit möglicherweise erst bei der Abkühlung der Proben erfolgte.[15]
Die Verbindung MgSiO3 macht bei zunehmenden Druck eine ganze Reihe von Phasenumwandlungen durch. Bei Temperaturen über 1800 °C folgen mit zunehmenden Druck die Strukturtypen von Orthopyroxen, Klinopyroxen, tetragonalem Majorit und Bridgmanit (Silikat-Perowskit) aufeinander. Bei niedrigeren Temperaturen ist das die Folge Orthopyroxen, Klinopyroxen, Majorit, Wadsleyit + Stishovit, Ringwoodit + Stishovit, Akimotoit (Silikat-Ilmenit) und Bridgmanit.[16][17]
Bei Anwesenheit von Calcium bildet sich Majorit und Calcium-Silikat-Perowskit aus Diopsid bei Temperaturen oberhalb 1400 °C
und Drucken oberhalb 14GPa. Bei steigenden Druck baut sich Majorit ab 20GPa ab zu Akimotoit.[17]
Majoritreiche Granate bilden sich unter den Bedingungen der Mantelübergangszone bei Temperaturen ab ~1000 °C und sehr hohem Druck aus Pyroxenen ähnlicher Zusammensetzung. Im Erdmantel ist Majorit ein wichtiger Bestandteil der Gesteine in Tiefen zwischen 300 und 700km und somit ein recht häufiges Mineral.[18][8][16][19] Material aus diesen Tiefen gelangt jedoch fast nie an die Erdoberfläche, wo Majorit extrem selten gefunden wird. Die meisten Funde stammen aus Meteoriten, in denen sich Majorit nicht beim Einschlag auf der Erde, sondern durch Schockmetamorphose bei Kollisionen im Weltraum gebildet hat.[20][17][9]
Der Tenham-Meteorit, der 1879 nahe der Tenham Station bei Windorah in Barcoo Shire, Queensland, Australien nieder ging, ist ein durch Schockmetamorphose stark veränderter L6 Chondrit und Typlokalität der Hochdruckminerale Ringwoodit, Akimotoit und Bridgmanit.[9] Er ist von zahlreichen Schmelzgängen durchzogen, deren Grundmasse aus Majorit, Magnesiowüstit, Eisen, Eisenoxid und Eisensulfid besteht.[21]
Auch im Catherwood-Meteorit, ebenfalls ein L6 Chondrit, der sich Mitte der 1960er Jahre in den Gerätschaften der Lorne E. Horton Farm bei Catherwood in Saskatchewan, Kanada verfing, tritt extrem feinkörniger Majorit zusammen mit Ringwoodit und Maskelynit in feinen Gängen und Rissen auf.[20]
In zahlreichen weiteren Meteoriten weltweit, vorwiegend L6 Chondrite, wurde Majorit in ähnlichen Gefügen und Paragenesen gefunden.[9]
Funde terrestrisch gebildeter Majorite sind extrem selten und nur aus Kimberliten bekannt. Sie haben ihren Ursprung tief im oberen Erdmantel und die Magmen steigen schnell genug auf um mitgerissene Hochdruckminerale weitgehend unverändert an die Erdoberfläche zu transportieren.
Der Anteil von Majorit an der Zusammensetzung von Granaten des Erdmantels nimmt mit steigendem Druck (Tiefe) zu und wird als Geobarometer für die Abschätzung der Bildungsbedingungen von Mantelgesteinen und Meteoriten verwendet.[22][23]
Der Kimberlit von der Insel Malaita in der Malaita Provinz der Salomonen wurde bekannt für seine Xenolithe aus der Mantelübergangszone in 400 bis 670km Tiefe. Die Granitit-Xenolithe enthalten roten Majorit mit den höchsten bisher gemessenen Si-Gehalten terrestrischer Granate sowie Ca-Mg-Silikatperowskit, verschiedene Alumosilikatminerale und Mikrodiamanten. Für die Majoritbildung wird ein Druck von mindestens 22GPa angenommen.[24]
Alle weiteren majorithaltigen Granate, meist aus Einschlüssen in Diamant, weisen geringere Si-Gehalte auf und liegen mit ihren Zusammensetzungen, weniger als 3,5apfu Si, nicht mehr im Bereich von Majorit.[3][23] Granate aus eklogitischen oder peridotitischen Diamanten zeigen Drucke von 7-10GPa an. Nur einige Granate aus einigen südafrikanischen Kimberlithen weisen höhere Drucke von 14GPa (Kankan, Monastery) bzw. 13 - 15GPa (Jagersfontein) aus.[23]
Majorite In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy (englisch).
Majorite Mineral Data.In:webmineral.com.David Barthelmy;abgerufen am 10.September 2024(englisch).
Majorite search results.In:rruff.info.Database of Raman spectroscopy, X-ray diffraction and chemistry of minerals (RRUFF);abgerufen am 10.September 2024(englisch).
123456Edward S. Grew, Andrew J. Locock, Stuart J. Mills, Irina O. Galuskina, Evgeny V. Galuskin, Ulf Hålenius:IMA Report – Nomenclature of the garnet supergroup. In: American Mineralogist. Band98, 2013, S.785–811 (rruff.info[PDF; 1,1MB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
12Stefan Weiß:Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
12345678910Michael Fleischer:New Mineral Names: Majorite. In: The American Mineralogist. Band55, Nr.12, 1970, S.1815 (rruff.info[PDF; 600kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
12345678910J. V. Smith, Brian Mason:Pyroxene-Garnet Transformation in Coorara Meteorite. In: Science. Band168, Nr.3933, 1970, S.832–833, doi:10.1126/science.168.3933.832.
12A. E. Ringwood, Alan Major:Synthesis of majorite and other high pressure garnets and perovskites. In: Earth and Planetary Science Letters. Band12, 1971, S.411–418, doi:10.1016/0012-821X(71)90026-4 (pismin.com[PDF; 650kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
12A. E. Ringwood:Phase transformations and their bearing on the constitution and dynamics of the mantle. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band55, 1991, S.2083–2110, doi:10.1016/0016-7037(91)90090-R.
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Fundortliste für Majorit beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 1. Oktober 2024.
↑A. E. Ringwood, Alan Major:High-pressure transformations in pyroxenes. In: Earth and Planetary Science Letters. Band1, Nr.5, 1966, S.351–357, doi:10.1016/0012-821X(66)90023-9.
↑C. A. McCammonn, L. Ross:Crystal chemistry of ferric iron in (Mg,Fe)(Si,Al)O3 majorite with implications for the transition zone. In: Physics and Chemistry of Minerals. Band30, Nr.4, 2003, S.206–216, doi:10.1007/s00269-003-0309-3.
↑R. J. Angel, L. W. Finger, R. M. Hazen, M. Kanzaki, D. J. Weidner, R. C. Liebermann, D. R. Velben:Structure and twinning of single-crystal MgSiO3 garnet synthesized at 17 GPa and 1800 °C. In: American Mineralogist. Band74, Nr.3–4, 1989, S.509–512 (minsocam.org[PDF; 511kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
↑Yanbin Wang, Donald J. Weidner, Jianzhong Zhang, Gabriel D. Gwanrnesia, Robert C. Liebermann:Thermal equation of state of garnets along the pyrope-majorite join. In: Physics of the Earth and Planetary Interiors. Band105, 1998, S.59–78, doi:10.1016/S0031-9201(97)00072-1.
↑S. Heinemann, T. G. Sharp, F. Seifert, D. C. Rubie:The cubic-tetragonal phase transition in the system majorite (Mg4Si4O12) – pyrope (Mg3Al2Si3O12), and garnet symmetry in the Earth's transition zone. In: Physics and Chemistry of Minerals. Band24, 1997, S.206–221, doi:10.1007/s002690050034.
12Hiroshi Sawamoto:Phase Diagram of MgSiO3 at Pressures up to 24 GPa and Temperatures up to 2200 °C: Phase Stability and Properties of Tetragonal Garnet. In: High-Pressure Research in Mineral Physics: A Volume in Honor of Syun-iti Akimoto. Band39, 1987, S.209–219, doi:10.1029/GM039p0209.
123Naotaka Tomioka, Masaaki Miyahara:High-pressure minerals in shocked meteorites. In: Meteoritics & Planetary Science. Band52, Nr.9, 2017, S.2017–2039 (Download verfügbar bei researchgate.net[PDF; 1,5MB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
↑A. E. Ringwood:The pyroxene-garnet transformation in the earth's mantle. In: Earth and Planetary Science Letters. Band2, 1967, S.255–263, doi:10.1016/0012-821X(67)90138-0.
↑Kei Hirose, Tetsuya Kornabayashi, Motohiko Murakami, Ken-ichi Funakoshi:In Situ Measurements of the Majorite-Akimotoite-Perovskite Phase Transition Boundaries in MgSiO3. In: Geophysical Research Letters. Band28, Nr.23, 2001, S.4351–4354 (agupubs.onlinelibrary.wiley.com[PDF; 374kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
12Leslie C. Coleman:Ringwoodite and majorite in the Catherwood meteorite. In: Canadian Mineralogist. Band15, 1977, S.97–101 (rruff.info[PDF; 791kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
↑Naotaka Tomioka, Kiyoshi Fujino:Akimotoite, (Mg,Fe)SiO, a new silicate mineral of the ilmenite group in the Tenham chondrite. In: American Mineralogist. Band84, 1999, S.267–271 (minsocam.org[PDF; 108kB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
↑Kenneth D. Collerson, Quentin Williams, Balz S. Kamber, Soichi Omori, Hiroyoshi Arai, Eiji Ohtani:Majoritic garnet: A new approach to pressure estimation of shock events in meteorites and the encapsulation of sub-lithospheric inclusions in diamond. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band74, Nr.20, 2010, S.5939–5957, doi:10.1016/j.gca.2010.07.005.
123C. H. Wijbrans, A. Rohrbach, S. Klemme:An experimental investigation of the stability of majoritic garnet in the Earth’s mantle and an improved majorite geobarometer. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band171, Nr.50, 2016 (Download verfügbar bei researchgate.net[PDF; 1,3MB; abgerufen am 1.Oktober 2024]).
↑Kenneth D. Collerson, Sarath Hapugoda, Balz S. Kamber, Quentin Williams:Rocks from the Mantle Transition Zone: Majorite-Bearing Xenoliths from Malaita, Southwest Pacific. In: Science. Band288, Nr.5469, 2000, S.1215–1223, doi:10.1126/science.288.5469.1215.
