Strukturelle, kristallchemische und phasenpetrologische Untersuchungen an synthetischen und natürlichen Zoisit- und Klinozoisit-Mischkristallen
Brunsmann, Axel
Syntheseexperimente bei 2,0 GPa/750°C im System CaO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-H2O (CFASH) ergaben homogen zusammengesetzte Zoisitkristalle mit Eisengehalten zwischen 0 und 14 Mol% Al2Fe. Diese wurden röntgenographisch untersucht. Rietveld-Strukturverfeinerungen zeigen, daß innerhalb der orthorhombischen Mischkristallreihe zwei Modifikationen Zoisit I und Zoisit II existieren. Sowohl in Zoisit I als auch in Zoisit II sind die Eisengehalte strukturell begrenzt. IR-Spektren dieser Proben zeigen, daß das Proton in Zoisit zwei Wasserstoffbrücken ausbildet, von denen eine gegabelt ist. Eine Bande bei ~ 2170 cm-1 wird als erster Oberton der "in-plane" Biegeschwingung dieser Wasserstoffbrücke interpretiert. Bandenlagen und integrale Intensitätsverhältnisse erlauben eine Bestimmung der Eisengehalte in Zoisit aus IR-Spektren. Mit Hilfe von Syntheseexperimenten im CFASH-System bei 0,5 GPa/500-650°C und 2,0 GPa/600-800°C wurden die Phasenbeziehungen zwischen Zoisit und Klinozoisit sowie innerhalb der monoklinen Mischkristallreihe konstruiert. Zoisit ist die Hochtemperatur/Hochdruckmodifikation. Die eisenfreie Endgliedreaktion Klinozoisit = Zoisit hat eine negative Steigung von - 8 MPa/°C. Mit steigenden Temperaturen werden koexistierender Zoisit und Klinozoisit eisenreicher. Das Zoisit-Klinozoisit 2-Phasenfeld ist sehr schmal. Es konnten zwei monokline Modifikationen Klinozoisit I und Klinozoisit II nachgewiesen werden, zwischen denen ein weiteres 2-Phasenfeld existiert. Natürliche, bei Hochdruckbedingungen gebildete Zoisitsegregationen zeigen, daß Zoisit signifikante Mengen an Sr, Pb und SEE einbauen kann und eine wichtige Rolle bei hochdruckfaziellen Fluid-Gesteinswechselwirkungen spielt. Berechnete Verteilungskoeffizienten für die LSEE zwischen Zoisit und Fluid belegen, daß die LSEE mit abnehmendem Ionenradius bevorzugt in Zoisit eingebaut werden.
Synthesis experiments at 2.0 GPa/750°C in the system CaO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-H2O (CFASH) yielded homogeneous zoisite crystals with iron contents between 0 and 14 mol% Al2Fe. Run products were examined by X-ray diffractometry. Rietveld structural refinements show, that there exist two modifications zoisite I and zoisite II in the orthorhombic solid solution series. Iron contents in zoisite I as well as in zoisite II are structurally limited. IR-spectra of run products show that in zoisite the proton forms two hydrogen bridges, one of which is bifurcated. One band at ~ 2170 cm-1 is interpreted as the first overtone of the "in-plane" bending vibration of the bifurcated hydrogen bridge. The positions and the relative integral intensities of the IR-bands allow an estimation of the iron content in zoisite based on IR-spectra. Based on synthesis experiments in the system CFASH at 0.5 GPa/500 - 650C and 2.0 GPa/600 - 800°C the phase relations between zoisite and clinozoisite as well as within the monoclinic solid solution series has been constructed. Zoisite is the high-temperature and high-pressure modification. The iron-free endmember reaction clinozoisite = zoisite has a negative slope of - 8 MPa/°C. With increasing temperature iron contents in coexisting zoisite and clinozoisite increase. The zoisite-clinozoisite two-phase field is relatively narrow. Within the monoclinic solid solution series two monoclinic modifications clinozoisite I and clinozoisite II has been found. Between them there is a second two-phase field. Natural high-pressure zoisite segregations show, that zoisite is able to incorporate significant amounts of Sr, Pb and REE and plays an important role during high-pressure fluid-rock interactions. Calculated distribution coefficients for the LREE between zoisite and fluid show that the LREE are increasingly compatible in zoisite with decreasing ionic radius.
