Kernowite est un minéral d'arsenate hydraté de cuivre et de fer de formule chimique idéale Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. C'est un minéral arseniate et l'analogue dominé par le fer ferrique de liroconite, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂ODans la série liroconite-kernowite, le Fe³⁺ remplace l'Al³⁺ à un site structural sans modifier fondamentalement le cadre global. La kernowite est définie lorsque le fer ferrique est le principal occupant de ce site ; les matériaux dominés par l'aluminium restent la liroconite, même si leur couleur est fortement verte.
Le minéral est connu à partir d'échantillons anciens probablement collectés dans la mine de Wheal Gorland près de St Day, dans le Cornouailles, en Angleterre. Il se présente comme un minéral secondaire dans la partie oxydée d'un assemblage de minerais contenant du cuivre. La kernowite est généralement verte, alors que la liroconite dominée par l'aluminium est typiquement bleue à bleu-vert. La couleur peut suggérer une augmentation de la teneur en fer, mais elle ne permet pas d'établir l'identité du minéral, car de nombreux échantillons verts historiquement étiquetés comme étant de la liroconite restent dominés par l'aluminium lorsqu'ils sont analysés.
Histoire et découverte du Kernowite
Kernowite a été approuvé comme nouvelle espèce minérale par l'Association Internationale de Minéralogie en 2020 sous le numéro de proposition IMA 2020-053. Sa description minérale formelle a été publiée en 2021. Le matériel type n'est pas un spécimen récemment collecté ; il s'agit plutôt d'un spécimen historique probablement extrait vers 1800 à Wheal Gorland. Avant sa réexamen, le matériau avait été étiqueté comme liroconite et avait traversé plusieurs collections minérales historiques, notamment celles du collectionneur cornique Philip Rashleigh et de Sir Arthur Russell.
Le minéral a été nommé d'après Cornouailles, le nom en langue cornique de la Cornouaille. Le choix reflète le lieu type plutôt qu'une personne particulière. Kernowite a été identifié après une examination minéralogique qui a montré que le fer ferrique, plutôt que l'aluminium, domine le site octaédrique pertinent dans un matériau qui avait auparavant été regroupé avec la liroconite.
Sa reconnaissance illustre une distinction compositionnelle au sein d'une série minérale connue. Les observations précédentes avaient établi que les spécimens de liroconite plus verts contiennent habituellement plus de fer que les exemples bleus. Toutefois, l'enrichissement en fer seul ne justifie pas une espèce séparée. Kernowite est restreinte aux matériau dans lesquels Fe³⁺ dépasse Al³⁺ au site structural pertinent. Cette définition d'espèce suit la règle du constituant dominant utilisée dans la nomenclature minérale moderne.
Formation et occurrence géologique de la kernowite
Le kernowite se présente comme un minéral secondaire dans des cavités présentes dans le gossan riche en quartz. Le gossan est un matériau oxydé et altéré formé au-dessus ou autour de minerais contenant des sulfures. Dans le matériel type, les cavités contiennent des sulfures microcristallins gris peu différenciés et des phases arsenicées peu cristallisées, notamment la pharmacosidérite et des minéraux du groupe de l'olivénite. Cette association est cohérente avec la formation minérale lors de l'oxydation et de la modification d'un assemblage primaire de sulfures cuivre-arsenic.
La formation du Kernowite nécessite la disponibilité de cuivre, de fer ferrique, d'arsenic, d'oxygène, de fluides hydroxyles et d'eau. Lors de l'altération, l'oxydation des sulfures primaires peut libérer des Cu²⁺ et Fe³⁺ dans des solutions acides à localement neutralisées. L'arsenic peut être libéré à partir des sulfures ou des arséniures contenant de l'arsenic et transporté sous forme d'espèces d'arsénate dans des conditions oxydantes. Là où ces composants interagissent dans des espaces ouverts, tels que les fractures et les cavités dans le gossan, des arsénoates hydratés de cuivre-fer peuvent précipiter.
L'état d'hydratation du minéral indique une formation dans un environnement aquatique proche de la surface ou à basse température, plutôt qu'en conditions magmatiques à haute température. Son occurrence avec la pharmacosiderite et les minéraux du groupe olivine reflète également des changements locaux de pH, de conditions de réduction, de concentrations en métaux dissous et d'activité de l'eau. De tels conditions peuvent varier sur de petites distances au sein de la même zone de minéralisation oxydée, permettant ainsi le développement conjoint de plusieurs minéraux d'arséniate de cuivre et de fer.
Structure cristalline de la kernowite
Le kernowite cristallise dans le système cristallin monoclinique. Sa structure a été déterminée par diffraction des rayons X sur monocristal dans le groupe spatial I2/a, un réglage non standard du groupe spatial conventionnel C2/cLa structure est étroitement liée à celle de la liroconite, conformément à la substitution de Fe³⁺ pour Al³⁺ plutôt qu'à une reconstruction complète du cadre minéral.
La structure est composée de tétraèdres d'arséniate liés, de polyèdres de coordination métallique porteurs de groupes hydroxyles et de molécules d'eau. Le cuivre occupe des sites affectés par la distorsion de Jahn-Teller caractéristique des composés de Cu²⁺, produisant des environnements de coordination cuivre-oxygène allongés. Le fer ferrique occupe un site de coordination octaédrique principalement occupé par l'aluminium dans la liroconite. Le remplacement de Al³⁺ par le cation Fe³⁺ plus grand produit des différences structurelles mesurables tout en conservant le même type structural fondamental.
Les molécules d'eau sont importantes structuralement dans le Kernowite. La formule idéale contient quatre molécules d'eau par unité de formule, en plus de quatre groupes hydroxyles. Les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau, les groupes hydroxyles et les atomes d'oxygène des tétraèdres d'arsénate contribuent à la stabilité de la structure hydratée. La perte ou la modification de l'eau structurale peut affecter le minéral lorsqu'il est chauffé, déshydraté ou soumis à une altération prolongée.
Propriétés physiques et chimiques du Kernowite
Le Kernowite est généralement décrit comme vert à vert émeraude. Sa couleur est associée à la présence de Cu²⁺ et Fe³⁺, bien que la teinte exacte dépende de l'épaisseur des grains, de l'orientation cristalline, des inclusions, de l'état de surface et des proportions relatives du fer et de l'aluminium. Il peut apparaître sous forme de petits cristaux ou d'agrégats cristallins bordant des cavités dans un matériau quartz-gossan. En raison du matériau confirmé provenant d'échantillons anciens et étant étroitement intercroisés avec d'autres phases secondaires, de nombreuses mesures physiques conventionnelles sont limitées.
La formule idéale, Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂O, contient du cuivre, du fer ferrique, de l'arsénate, des groupes hydroxyles et de l'eau moléculaire. L'analyse par microsonde électronique du matériau type, complétée par la spectroscopie Raman, a donné une composition empirique proche de Cu₁.₈₈(Fe₀.₇₉Al₀.₀₉)Σ₀.₈₈(As₁.₁₂O₄)(OH)₄·3.65H₂O. Cette analyse montre que le matériel type n'est pas chimiquement idéal : il contient un petit quantité d'aluminium et présente de petites déviations dans les teneurs en cuivre, en fer, en arsenic et en eau. De telles déviations sont typiques des minéraux hydratés secondaires et n'affectent pas l'attribution de l'espèce lorsque Fe³⁺ reste dominant par rapport à Al³⁺.
Le Kernowite doit être traité comme un minéral hydraté pouvant être sensible à la modification. La déshydratation de surface, l'altération, la microfracturation et les mélanges avec des phases arsenates adjacentes peuvent compliquer les résultats analytiques. Son apparence optique et sa chimie approximative sont des indicateurs préliminaires utiles, mais une identification définitive nécessite une analyse quantitative et une confirmation structurale.
Types et variétés du Kernowite
Kernowite n'a pas de variétés officiellement reconnues. Les termes suivants décrivent des relations compositionnelles ou géologiques plutôt que des variétés distinctes :
- Kernowite dominé par le fer : Matériau de la série liroconite–kernowite dans lequel Fe³⁺ est dominant sur Al³⁺ au site structural pertinent.
- Kernowite à teneur en aluminium : Le Kernowite peut contenir des quantités mineures d'Al³⁺, comme le montre l'analyse du matériau type. Il reste de la Kernowite tant que le Fe³⁺ reste dominant.
- Matériau intermédiaire Liroconite-Kernowite : Les échantillons présentant des teneurs variables en Fe³⁺ et Al³⁺ se situent dans la série de solution solide. Leur nom de minéral dépend du cation dominant, et non de la couleur.
- Liroconite vert: La couleur verte seule ne prouve pas que c'est un Kernowite. De nombreux échantillons verts restent dominés par Al³⁺ et doivent être identifiés comme liroconite après analyse chimique.
Où le Kernowite est-il trouvé ?
La localité type confirmée est Wheal Gorland, près de St Day dans le Cornouailles, en Angleterre. Wheal Gorland faisait partie de la région historiquement importante de l'exploitation minière de cuivre autour de St Day et était principalement exploitée pour les minerais de cuivre. Le spécimen-type est associé à des matériaux miniers anciens, probablement collectés vers 1800, et a été ensuite préservé dans des collections de musées.
Le minéral est signalé dans des cavités dans le quartz-gossan plutôt que dans des minerais sulfures frais non altérés. Son association immédiate comprend des phases d'arsenic peu cristallines, la pharmacosiderite, les minéraux du groupe de l'olivine et un matériau sulfureux gris indifférencié. Ce contexte est caractéristique d'un assemblage minéral cuivre-arsenic oxydé.
Kernowite ne doit pas actuellement être considéré comme un minéral répandu avec de nombreuses localités confirmées. Sa définition formelle est récente, et de nombreux spécimens verts historiques provenant du Cornouailles ou d'autres gisements de cuivre oxydé n'ont peut-être pas été examinés à l'aide de méthodes quantitatives et cristallographiques modernes. Le matériau décrit historiquement comme étant une liroconite riche en fer nécessite une reanalyse avant qu'il ne puisse être attribué au Kernowite.
Comment identifier le Kernowite
L'examen visuel peut fournir une indication initiale car le Kernowite est généralement vert et se présente dans un assemblage de cuivre oxydé et d'arsénic. Cependant, l'identification visuelle n'est pas fiable. Les arséniates de cuivre, les phosphates de cuivre, les arséniates d'hydroxyde de fer et le liroconite vert peuvent se présenter dans le même environnement et peuvent se ressembler dans un échantillon à l'œil nu ou sous un microscope.
L'analyse par microsonde électronique est la méthode principale pour déterminer si le Fe³⁺ ou l'Al³⁺ domine le site pertinent. L'analyse doit mesurer le cuivre, le fer, l'aluminium, l'arsenic et d'autres éléments substituants possibles, tandis que les teneurs en eau et en groupes hydroxyles doivent être déduites par stoechiométrie et complétées si possible par des méthodes spectroscopiques. La spectroscopie Raman est utile pour confirmer la présence de groupes arsénate, de groupes hydroxyle et d'eau structurale, notamment lorsque les cristaux sont trop petits pour les méthodes conventionnelles en masse.
La diffraction des rayons X en monocristal fournit la confirmation la plus directe de la structure lorsque un cristal approprié peut être isolé. La diffraction des rayons X en poudre, la diffraction électronique et la diffraction par rétrodiffusion électronique peuvent également aider à l'identification, bien que l'interprétation puisse être difficile lorsque les grains sont petits, peu cristallins, hydratés ou intermêlés avec d'autres phases secondaires. Une identification fiable du Kernowite devrait donc combiner la présence, la composition chimique, les données Raman et les preuves cristallographiques.
Le minéral principal nécessitant une distinction est liroconite, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. La kernowite et la liroconite ont le même type structural global, une hydratation similaire et des formules chimiques étroitement liées. Le critère décisif est la dominance du Fe³⁺ dans la kernowite par rapport à la dominance de l'Al³⁺ dans la liroconite. D'autres arséniates associés, notamment la pharmacosiderite et les minéraux du groupe olivenite, diffèrent par leur structure cristalline, leurs rapports de cations, leur hydratation et leurs propriétés optiques.
Applications et utilisations du Kernowite
Le Kernowite n'a aucune application industrielle, de pierre précieuse, ornementale ou de traitement des minerais établie. Elle se présente en quantités limitées en tant que minéral secondaire et n'est pas extraite séparément. Son contenu élevé en arsenic la rend également inadaptée à un maniement ordinaire sans précautions appropriées pour les spécimens minéraux.
Son utilisation est principalement minéralogique et analytique. Kernowite fournit un membre terminal ferrique défini pour la série liroconite-kernowite et permet de classer plus précisément les spécimens historiques de cuivre-arséniate corniques. Le minéral peut également être utilisé dans les études sur la formation secondaire des arsénates dans les gisements de cuivre oxydés, en particulier là où la substitution fer-aluminium affecte la stabilité et la couleur du minéral.