Kernowit ist ein hydriertes Kupfer-Eisen-Arsenatmineral mit der idealen chemischen Formel Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. Es handelt sich um ein Arsenatmineral und das ferrige Eisen-dominate Analogon von Liroconit, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂OIm Liroconit-Kernowit-Reihe ersetzt Fe³⁺ Al³⁺ an einer strukturellen Stelle, ohne den gesamten Gerüstbau grundlegend zu verändern. Kernowit ist definiert als Material, bei dem Eisen(III)-Ion der dominante Besetzer dieser Stelle ist; Material mit Aluminiumdominanz bleibt Liroconit, selbst wenn seine Farbe stark grün ist.
Das Mineral ist aus alten Proben bekannt, die vermutlich im Wheal Gorland-Minengelände bei St Day, Cornwall, England gesammelt wurden. Es tritt als sekundäres Mineral in der oxidierten Zone eines kupferhaltigen Erzassembliages auf. Kernowit ist in der Regel grün, während liroconit mit dominierendem Aluminium typischerweise blau bis bläulichgrün ist. Die Farbe kann auf einen erhöhten Eisengehalt hindeuten, kann aber die Mineralidentität nicht feststellen, da viele grüne Proben, die historisch als liroconit bezeichnet wurden, bei der Analyse weiterhin aluminiumdominant sind.
Geschichte und Entdeckung von Kernowit
Kernowit wurde 2020 unter der Vorschlagsnummer IMA 2020-053 als neue Mineralart von der Internationalen Mineralogischen Vereinigung genehmigt. Die formale Mineralbeschreibung wurde 2021 veröffentlicht. Das Typmaterial ist kein kürzlich gesammeltes Exemplar, sondern ein historisches Exemplar, vermutlich im Jahr 1800 bei Wheal Gorland abgebaut. Bevor es erneut untersucht wurde, war das Material als Liroconit bezeichnet und durch mehrere historische Mineraliensammlungen gegangen, einschließlich jener des cornischen Sammlers Philip Rashleigh und Sir Arthur Russell.
Der Mineral wurde nach Kernow, der kornische Name für Cornwall. Die Wahl spiegelt die Typlokalität wider, nicht eine bestimmte Person. Kernowit wurde nach mineralogischen Untersuchungen identifiziert, die zeigten, dass ferrisches Eisen, nicht Aluminium, den relevanten oktahedral koordinierten Bereich in Material dominiert, das zuvor mit Liroconit gruppiert worden war.
Die Erkennung zeigt eine kompositionelle Unterscheidung innerhalb einer bekannten Mineralreihe. Frühere Beobachtungen hatten ergeben, dass grünere Liroconit-Probene häufig mehr Eisen enthalten als blaue Beispiele. Dennoch reicht die Eisenreicherung allein nicht aus, um eine separate Art zu begründen. Kernowit ist auf Material beschränkt, in dem Fe³⁺ den Al³⁺ an der relevanten strukturellen Stelle übertrifft. Diese Artdefinition folgt der dominierenden Bestandteilsregel, die in der modernen Mineralbenennung verwendet wird.
Formation und geologische Vorkommen von Kernowit
Kernowit tritt als sekundäres Mineral in Hohlräumen innerhalb von quarzreichen Gossan auf. Gossan ist ein oxidiertes, verwittertes Material, das sich über oder um schwefelhaltige Erze entwickelt. Im Typmaterial enthalten die Hohlräume schlecht differenzierte mikrokristalline graue Schwefelverbindungen und schlecht kristalline arsenhaltige Phasen, einschließlich Pharmacosiderit und Minerale der Olivenitgruppe. Diese Assoziation ist konsistent mit der Bildung von Mineralien während der Oxidation und Veränderung einer primären Kupfer-Arsen-Schwefel-Assoziation.
Die Bildung von Kernowit erfordert die Verfügbarkeit von Kupfer, ferrigem Eisen, Arsen, Sauerstoff, hydroxylhaltigen Flüssigkeiten und Wasser. Während der Verwitterung können die Oxidation primärer Sulfide Cu²⁺ und Fe³⁺ in saure bis lokal neutralisierte Lösungen freisetzen. Arsen kann aus arsenhaltigen Sulfiden oder Arseniden freigesetzt werden und unter oxidierenden Bedingungen als Arsenatspezies transportiert werden. Wo diese Komponenten in offenen Räumen, wie Rissen und Hohlräumen in Gossan, interagieren, können hydratisierte Kupfer-Eisen-Arsenate ausfallen.
Der Hydratationszustand des Minerals deutet auf eine Bildung in einem oberflächennahen oder niedertemperaturanreichernden Umfeld statt unter hohen Temperaturen magmatischer Bedingungen hin. Seine Ausbildung gemeinsam mit Pharmakosiderit und Mineralien der Olivengruppe spiegelt auch lokale Veränderungen im pH-Wert, Redoxbedingungen, gelösten Metallkonzentrationen und der Wasseraktivität wider. Solche Bedingungen können innerhalb derselben oxidierten Erzzone über kleine Entfernungen variieren, wodurch mehrere Kupfer- und Eisenarsenatmineralien gemeinsam entstehen können.
Kristallstruktur von Kernowit
Kernowit kristallisiert im monoklinen Kristallsystem. Seine Struktur wurde durch Einzelkristall-Röntgenbeugung in Raumgruppe I2/a, eine nicht-standardmäßige Einstellung der konventionellen Raumgruppe C2/cDie Struktur ist eng mit der von Liroconit verbunden, was mit der Substitution von Fe³⁺ für Al³⁺ übereinstimmt, anstatt eine vollständige Neubildung des Mineralgerüsts.
Die Struktur besteht aus verknüpften Arsenat-Tetraedern, Hydroxyl-tragenden Metall-Koordinations-Polyedern und Wassermolekülen. Kupfer besetzt Stellen, die durch die Jahn–Teller-Verzerrung charakteristisch für Cu²⁺-Verbindungen beeinflusst sind, wodurch verlängerte Kupfer-Sauerstoff-Koordinationsumgebungen entstehen. Eisen(III) besetzt eine oktaedrisch koordinierte Stelle, die in Liroconit hauptsächlich von Aluminium eingenommen wird. Die Ersetzung von Al³⁺ durch den größeren Fe³⁺-Kation führt zu messbaren strukturellen Unterschieden, während der gleiche grundlegende Strukturtyp beibehalten wird.
Wasserstoffmoleküle sind strukturell wichtig in Kernowit. Die ideale Formel enthält vier Wasserstoffmoleküle pro Formeleinheit, zusätzlich zu vier Hydroxylgruppen. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasserstoffmolekülen, Hydroxylgruppen und Sauerstoffatomen von Arsenat-Tetraedern tragen zur Stabilität der hydratisierten Struktur bei. Verlust oder Modifikation von strukturellem Wasser kann den Mineral bei Erhitzen, Dehydrierung oder langer Alteration beeinflussen.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Kernowit
Kernowit wird normalerweise als grün bis smaragdgrün beschrieben. Die Farbe ist mit dem Vorhandensein von Cu²⁺ und Fe³⁺ verbunden, obwohl die genaue Schattierung von der Korndicke, der Kristallorientierung, Einschlüssen, der Oberflächenbedingung und dem relativen Verhältnis von Eisen und Aluminium abhängt. Es kann als kleine Kristalle oder Kristallaggregate auftreten, die Hohlräume in Quarz-Gossan-Material bedecken. Da das bestätigte Material aus alten Proben stammt und eng mit anderen sekundären Phasen verflochten ist, sind viele konventionelle physikalische Messungen eingeschränkt.
Die ideale Formel, Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂O, enthält Kupfer, ferrisches Eisen, Arsenat, Hydroxylgruppen und molekulares Wasser. Die Elektronenmikrosonde-Analyse des Typmaterials, ergänzt durch Raman-Spektroskopie, ergab eine empirische Zusammensetzung nahe bei Cu₁.₈₈(Fe₀.₇₉Al₀.₀₉)Σ₀.₈₈(As₁.₁₂O₄)(OH)₄·3.65H₂ODieser Analyse zeigt, dass das Typmaterial nicht chemisch ideal ist: Es enthält geringe Mengen Aluminium und kleine Abweichungen in den Kupfer-, Eisen-, Arsen- und Wassergehalten. Solche Abweichungen sind typisch für sekundäre hydratisierte Minerale und verändern die Artzuordnung nicht, wenn Fe³⁺ über Al³⁺ dominiert.
Kernowit sollte als ein hydratisiertes Mineral betrachtet werden, das empfindlich gegenüber Veränderungen sein kann. Oberflächenentwässerung, Witterung, Mikrorissbildung und Mischungen mit benachbarten Arsenatphasen können die analytischen Ergebnisse komplizieren. Seine optische Erscheinung und die ungefähre Chemie sind nützliche vorläufige Indikatoren, aber eine definitive Identifizierung erfordert quantitative Analyse und strukturelle Bestätigung.
Arten und Varianten des Kernowiten
Kernowite hat keine offiziell anerkannten Varianten. Die folgenden Begriffe beschreiben zusammensetzungs- oder geologische Beziehungen, nicht jedoch separate Varianten:
- Eisen-dominate Kernowit: Material in der Liroconit–Kernowit-Reihe, in dem Fe³⁺ über Al³⁺ an dem relevanten strukturellen Standort dominiert.
- Aluminiumhaltiges Kernowit: Kernowit kann geringe Mengen Al³⁺ enthalten, wie die Typmaterialanalyse zeigt. Es bleibt Kernowit, solange Fe³⁺ dominiert.
- Liroconit–Kernowit Zwischenmaterial: Proben mit variabler Fe³⁺- und Al³⁺-Konzentration treten innerhalb der Solidus-Lösungsserie auf. Der Mineralname hängt von dem dominierenden Kation ab, nicht von der Farbe.
- Grüne Liroconit: Die grüne Farbe allein beweist nicht, dass es sich um Kernowit handelt. Viele grüne Proben sind weiterhin Al³⁺-dominant und sollten nach chemischer Analyse als Liroconit identifiziert werden.
Wo wird Kernowite gefunden?
Die bestätigte Typlokalität ist Wheal Gorland, nahe St Day in Cornwall, England. Wheal Gorland war Teil des historisch wichtigen Kupferbergbaus um St Day und wurde hauptsächlich für Kupfererze abgebaut. Das Typexemplar ist mit altem Bergbaumaterial verbunden, wahrscheinlich um 1800 gesammelt, und wurde später in Museumsbeständen aufbewahrt.
Das Mineral wird aus Hohlräumen in Quarz-Gossan berichtet, nicht aus frischen unveränderten Sulfid-Abraum. Seine direkte Assoziation umfasst schlecht kristallisierte Arsenphasen, Pharmakosiderit, Olivenit-Gruppenmineralien und ununterschiedenes graues Sulfidmaterial. Dieses Umfeld ist typisch für eine oxidierte Kupfer-Arsen-Mineralassemblierung.
Kernowit sollte derzeit nicht als ein weit verbreiteter Mineral mit vielen bestätigten Fundorten betrachtet werden. Seine formelle Definition ist neu, und viele historische grüne Proben aus Cornwall oder anderen oxidischen Kupferlagerstätten wurden möglicherweise nicht mit modernen quantitativen und kristallographischen Methoden untersucht. Material, das historisch als eisenreiches Liroconit beschrieben wurde, muss vor der Zuordnung zu Kernowit neu analysiert werden.
Wie man Kernowit identifiziert
Eine visuelle Untersuchung kann einen ersten Hinweis geben, da Kernowit häufig grün ist und in einer oxidierten Kupfer-Arsenik-Assoziation vorkommt. Allerdings ist die visuelle Identifizierung unzuverlässig. Kupferarsenate, Kupferphosphate, hydratisierte Eisenarsenate und grünes Liroconit können in derselben Umgebung vorkommen und sich in Handproben oder unter dem Mikroskop gegenseitig ähneln.
Die Elektronenmikrosonde ist die primäre Methode zur Bestimmung, ob Fe³⁺ oder Al³⁺ den relevanten Standort dominiert. Die Analyse sollte Kupfer, Eisen, Aluminium, Arsen und andere mögliche austauschbare Elemente messen, während der Wasser- und Hydroxylgehalt aus der Stöchiometrie abgeleitet und bei Gelegenheit durch spektroskopische Methoden ergänzt werden muss. Die Raman-Spektroskopie ist nützlich, um die Anwesenheit von Arsenatgruppen, Hydroxylgruppen und strukturellem Wasser zu bestätigen, insbesondere wenn Kristalle zu klein sind, um konventionelle Bulk-Methoden anzuwenden.
Die einkristalline Röntgenbeugung liefert die direkte Bestätigung der Struktur, wenn ein geeigneter Kristall isoliert werden kann. Pulver-Röntgenbeugung, Elektronenbeugung und Elektronenrückstreiflächenbeugung können ebenfalls bei der Identifizierung helfen, jedoch kann die Interpretation schwierig sein, wenn die Körner klein, schlecht kristallin, hydratisiert oder mit anderen sekundären Phasen vermischt sind. Eine zuverlässige Identifizierung von Kernowit sollte daher Ausbruch, chemische Zusammensetzung, Raman-Daten und kristallographische Beweise kombinieren.
Der wichtigste Mineral, der zu unterscheiden ist, ist Liroconit, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. Kernowit und Liroconit haben den gleichen Gesamtstrukturtyp, ähnliche Hydratation und eng verwandte chemische Formeln. Der entscheidende Kriterium ist der dominante Fe³⁺ in Kernowit im Gegensatz zu dominanter Al³⁺ in Liroconit. Andere assoziierte Arsenate, einschließlich Pharmacosiderit und Olivenit-Gruppenmineralien, unterscheiden sich in Kristallstruktur, Kationenverhältnissen, Hydratation und optischen Eigenschaften.
Anwendungen und Verwendungen von Kernowite
Kernowit hat keine etablierte industrielle, Edelstein-, Schmuck- oder Erzverarbeitungsanwendung. Es kommt in begrenzten Mengen als Sekundärmineral vor und wird nicht separat abgebaut. Sein hohes Arsengehalt macht es zudem ungeeignet für den gewöhnlichen Umgang ohne entsprechende Maßnahmen für Mineralproben.
Seine Verwendung ist primär mineralogisch und analytisch. Kernowit stellt ein definiertes Eisen(III)-Endergebnis für die Liroconit–Kernowit-Reihe bereit und ermöglicht eine präzisere Klassifizierung historischer kornischer Kupfer-Arsenat-Proben. Das Mineral kann auch in Studien zur sekundären Arsenatbildung in oxidierten Kupfervorkommen verwendet werden, insbesondere dort, wo Eisen-Aluminium-Ersatz die Mineralstabilität und Farbe beeinflusst.