Nel corso di uno studio sistematico dei minerali del gruppo della cancrinite-sodalite, dei proietti vulcanici inclusi nelle formazioni piroclastiche(1) del Lazio, sono stati osservati alcuni cristalli di abito esagonale all'interno delle cavità di un campione proveniente da Farnese, Viterbo.
Dalle analisi ai raggi X su polveri il minerale risultava molto simile alla sacrofanite (Ballirano et al ., 1995); tuttavia lo spettro di assorbimento ai raggi infrarossi, sebbene molto simile a quello della sacrofanite, mostrava alcune significative differenze (Burragato et al., 1980). Sulla base di queste osservazioni preliminari si decise di approfondire gli studi su questo nuovo campione. Tale decisione si è poi dimostrata fruttuosa, dal momento che il minerale di Farnese è poi risultato essere in realtà una nuova specie del gruppo della cancrinite. L'obiettivo di questa breve nota è quello di informare gli amatori e collezionisti di questo nuovo ritrovamento; il lavoro scientifico completo è stato pubblicato recentemente sulla rivista European Journal of Mineralogy (Cámara et al ., 2005).
Gli aspetti strutturali dei minerali del gruppo cancrinite-sodalite sono stati già descritti da numerosi autori (vedi Bellatreccia e Della Ventura, 2005). Questi minerali sono costituiti da strati di anelli di sei tetraedri [SiO4] e [AlO4]; ogni tetraedro centrato dal silicio è legato a quattro tetraedri centrati dall'alluminio e viceversa. Gli strati si possono sovrapporre in un numero teoricamente infinito di sequenze diverse dando luogo alle varie strutture dei minerali del gruppo della cancrinite ( Bonaccorsi & Orlandi , 2003; Bellatreccia e Della Ventura, 2005). Le differenti sequenze d' impilamento danno luogo anche a differenti tipi di canali e cavità (gabbie) strutturali allineate lungo l'asse cristallografico c . All'interno di questi canali sono contenuti i cationi ( Na+, K + e Ca 2+ ) gli anioni (SO42- , Cl- , CO32- , S3- ) e le molecole (H2O e CO2) che caratterizzano la chimica di questi minerali ( Ballirano et al ., 1996).
I diversi minerali del gruppo della cancrinite-sodalite possono essere suddivisi in tre “sottogruppi” sulla base del tipo di sequenza d' impilamento degli strati tetraedrici: ( Bonaccorsi & Orlandi , 2003): il sottogruppo della cancrinite con sequenze AB…, il sottogruppo della sodalite con sequenze ABC… e il sottogruppo delle sequenze complesse . Di quest'ultimo sottogruppo fanno parte i minerali le cui strutture sono costituite da sequenze di 4, 6, 8, 10, 12, 16 e 28 strati impilati lungo l'asse cristallografico c ( Bellatreccia e Della Ventura, 2005). Inoltre, sono stati osservati in alcuni campioni domini cristallini(2) con sequenze a 14, 18 e 24 strati (Rinaldi e Wenk , 1979; Rinaldi, 1982).
La farneseite che descriviamo in questo lavora rappresenta il primo esempio di un campione naturale caratterizzato dallo sviluppo, esteso su tutto il cristallo, di una sequenza a 14 strati.
Il nome farneseite deriva dalla località dove è stato raccolto l'olotipo(3) che è conservato presso il Museo di Mineralogia dell'Università di Roma “ La Sapienza ”, con il numero 33000/1. La specie e il nome sono stati approvati dalla Commissione per i Minerali Nuovi e per i Nomi dei Minerali (Commission on New Minerals and Mineral Names CNMMN) della Associazione Mineralogica Internazionale (International Mineralogical Association Commission IMA) con il numero di protocollo IMA-CNMMN 2004-043.
Giacitura, proprietà fisiche e proprietà ottiche
Il campione è stato raccolto da Francesco S. Stoppani nei pressi del paese di Farnese, in provincia di Viterbo, all'interno di un livello piroclastico legato alle fasi eruttive del collasso della caldera di Latera (Renzulli et al ., 1995).
Figura 1 - Farneseite, Farnese-VT; Coll. Museo di Mineralogia dell'Università di Roma “ La Sapienza ”, foto R. Pucci.
a) cristallo di 1,2 mm ; è evidente l'abito esagonale e la terminazione tronco-piramidale attraversata da striature; b) cristallo di 1,2 mm con altri due individui di 0,2 e 0,4 mm nei quali si osserva un relativo maggiore sviluppo del prisma
Il campione è costituito da un frammento di circa 3 cm di diametro di una roccia a granulometria fine, di aspetto sienitico(4), composto essenzialmente da sanidino con quantità subordinate di granato andradite, clinopirosseno (augite), biotite, ossidi di ferro e feldspatoidi (sodalite e vishnevite). La roccia non presenta bollosità particolari ma solo degli interstizi tra gli individui di sanidino più sviluppati.
La farneseite si presenta in cristalli trasparenti ed incolori, di abito tondeggiante e leggermente allungati secondo [001]. I cristalli, di circa 0,1 cm di lunghezza, mostrano una morfologia esagonale complessa con le caratteristiche striature sulle facce ( figura 1a, 1b).
La farneseite ha lucentezza vitrea e non è fluorescente, la sfaldatura su {001} non è buona, è fragile con frattura concoide.
La densità calcolata dalla chimica e dai dati strutturali è Dcalc = 2,425 g/cm3.
Otticamente la farneseite non è pleocroica, è uniassica positiva con:
w = 1,499(1) e e = 1,503(1).
Composizione chimica
Le analisi chimiche della farneseite (tabella 1) sono state effettuate con la microsonda elettronica CAMEBAX 50X del CNR-IGAG (Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria), presso l'Università di Roma “ La Sapienza ”. Il contenuto in H2O è stato calcolato sulla base dei dati strutturali, e l'analisi in spettroscopia di assorbimento all'infrarosso ha dimostrato l'assenza di gruppi HO.
La formula cristallochimica, riportata in tabella 1, è stata calcolata sulla base di 84 atomi di Si + Al per formula unitaria. La formula ideale è:
[(Na,K)46Ca10] S=56(Si42Al42O168) (SO4) 12 •6H2O
da cui deriva la seguente composizione chimica teorica (% in peso):
Tabella 1. Composizione chimica e formula della farneseite
% in peso
Formula
SiO2
33,00
Si
42,50
Al2O3
27,34
Al
41,50
CaO
6,34
S
84,00
Na2O
14,59
K2O
5,59
Na
36,43
SO3
11,82
K
9,18
F
0,04
Ca
8,75
Cl
0,22
S
54,36
H2O*
0,71
99,65
S
11,43
-O=F
0,07
Cl
0,48
Totale
99,58
F
0,16
H2O
3,03
*Calcolata su base strutturale;
Formula calcolata sulla base di 84 (Si+Al) apfu;
Presenti anche Fe, Ti, Cr, Mg, Mn, Ba (<0.1 % in peso di ossido)
Diffrazione a raggi X e descrizione della struttura
Tabella 2 - Dati diffrattometrici della farneseite
hkl
dcalc
dobs
2q°calc
2q°obs
D2q°
I/I0
1 0 0
11,167
11,196
7,917
7,896
0,021
6
1 1 0
6,447
6,448
13,735
13,733
0,002
15
1 0 5
6,173
6,172
14,348
14,351
-0,003
7
1 1 2
6,089
6,088
14,548
14,550
-0,002
5
2 0 1
5,521
5,525
16,053
16,041
0,012
5
1 0 6
5,403
5,404
16,407
16,404
0,003
20
1 0 8
4,277
4,278
20,768
20,764
0,004
18
2 1 0
4,221
4,220
21,049
21,050
-0,001
7
2 1 1
4,193
4,191
21,186
21,200
-0,014
12
2 1 3
3,994
3,994
22,259
22,256
0,003
15
1 0 9
3,862
3,862
23,031
23,027
0,004
23
2 0 7
3,841
3,842
23,158
23,150
0,008
17
3 0 0
3,722
3,722
23,906
23,909
-0,003
100
2 1 5
3,667
3,668
24,270
24,266
0,004
26
2 1 6
3,484
3,485
25,566
25,563
0,003
65
2 1 8
3,119
3,119
28,618
28,616
0,002
36
3 1 5
2,857
2,857
31,303
31,304
-0,001
18
1 1 12
2,784
2,784
32,150
32,148
0,002
15
1 0 13
2,761
2,761
32,429
32,425
0,004
12
4 0 3
2,723
2,723
32,892
32,895
-0,003
12
3 1 7
2,673
2,674
33,526
33,510
0,016
6
0 0 14
2,646
2,648
33,881
33,856
0,025
32
4 0 5
2,612
2,613
34,327
34,323
0,004
17
3 1 8
2,574
2,574
34,851
34,851
0,000
7
3 2 1
2,556
2,556
35,112
35,110
0,002
7
4 0 6
2,544
2,545
35,284
35,270
0,014
9
4 1 8
2,156
2,156
41,894
41,900
-0,006
17
4 0 11
2,149
2,149
42,041
42,040
0,001
34
2 2 14
2,045
2,045
44,290
44,297
-0,007
5
4 1 14
1,792
1,792
50,948
50,949
-0,001
9
5 2 0
1,788
1,787
51,078
51,100
-0,022
9
2 1 20
1,696
1,696
54,073
54,063
0,010
5
4 4 0
1,612
1,612
57,148
57,149
-0,001
14
4 4 3
1,598
1,598
57,678
57,688
-0,010
5
6 2 2
1,543
1,543
59,942
59,945
-0,003
6
3 0 25
1,377
1,377
68,114
68,111
0,003
11
7 1 10
1,374
1,374
68,281
68,280
0,001
7
dcalc; 2q°calc : valori calcolati in base alla struttura;
D2q°: differenza tra osservato e calcolato
Lo spettro di diffrazione ai raggi X su polveri (tabella 2) è stato raccolto con un diffrattometro automatico per polveri Scintag X1, (radiazione Cu Ka = 1,5418 Å, e rivelatore a stato solido) del Dipartimento di Scienze Geologiche dell'Università Roma Tre.
Il diffrattogramma è stato indicizzato sulla base del gruppo spaziale P63/ m ed i parametri di cella derivati dal raffinamento dei dati sono:
a = 12,894(1) Å,
c = 37,040(7) Å,
V = 5333(1) Å3.
La raccolta dei dati di diffrazione a raggi X per la risoluzione della struttura è stata effettuata su un cristallo di 0,29 x 0,23 x 0,23 mm , con un diffrattometro a cristallo singolo AXS SMART Apex (radiazione MoKa = 0.71073 Å ), presso l'Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR di Pavia.
La struttura della farneseite risulta essere costituita da una sequenza di 14 strati tetraedrici impilati secondo una sequenza ABCABABACBACAC…, ha gruppo spaziale P63/ m, ed i parametri di cella sono:
a = 12,8784(2) Å;
c = 37,0078(12) Å;
V = 5315,5(2) Å3 .
La sequenza degli strati determina lo sviluppo di due diverse sovrapposizioni di gabbie(5) (figura 2): la “I” in cui si sovrappongono una gabbia liottitica, una sodalitica, una cancrinitica ed ancora una sodalitica; la “II” in cui si alternano due gabbie cancrinitiche ad una sodalitica.
Tre gruppi solfato, circondati da Na, K e Ca, occupano le gabbie liottitiche; un altro gruppo SO42- è situato all'interno delle gabbie sodalitiche. Le molecole di acqua sono posizionate all'interno delle gabbie cancrinitiche e sono legate a cationi tipo Na+ e/o Ca2+.
Figura 2. Struttura della farneseite; sono mostrate le gabbie ed i due tipi di colonne (I e II). Le sfere piccole rosa e celesti sono Si e Al. Ca e Na (non mostrati) sono al centro degli anelli esagonali di tetraedri, mentre il K (non mostrato) è all'interno delle gabbie liottitiche tra i gruppi SO42- (sfere e tetraedri gialli). Le sfere verdi piccole sono il Cl- e quelle rosse sono molecole di H2O.
Questa tecnica si sta rivelando uno degli strumenti più utili ed efficaci nello studio delle cancriniti, sia per quanto riguarda la caratterizzazione ed il riconoscimento, sia per l'analisi dei costituenti volatili quali H2O e CO2 ed anionici SO42- e CO32- (Ballirano et al ., 1996; Della Ventura e Bellatreccia 2004).
Lo spettro infrarosso ottenuto su polveri della farneseite è mostrato in figura 3.
Figura 3. Spettri di assorbimento ai raggi infrarossi della farneseite (rosso) e della sacrofanite (nero).
Esso consiste, nella regione di vibrazione dei legami T-O (tetraedro-ossigeno), in due assorbimenti molto intensi e larghi intorno a 1120 e 1000 cm-1 e in quattro assorbimenti meno intensi a 696, 648, 616 e 594 cm-1 (figura 3).
Tale spettro è molto simile a quello della sacrofanite pubblicato da Burragato et al. (1980) riportato per confronto nella figura 3. L'intervallo dove i due minerali si differenziano e possono essere identificati è quello a circa 550 cm-1 dove la farneseite mostra una sola banda, relativamente intensa, a 551 cm-1 , mentre la sacrofanite mostra una tripletta di deboli assorbimenti.
Questa piccola differenza, come si diceva prima, ha suggerito il sospetto che il minerale di Farnese fosse probabilmente diverso dalla sacrofanite, ed ha permesso la scoperta di un nuovo minerale per la Scienza !
Note
I prodotti piroclastici o piroclastiti sono materiali frammentati che si formano nel corso di eruzioni esplosive. Le piroclastiti sono costituite sia da brandelli di magma sia da frammenti di rocce solide strappate dal condotto vulcanico durante l'esplosione. Possono avere dimensioni variabili, da parecchi metri (blocchi e bombe vulcaniche) a pochi cm (lapilli) a frazioni di mm (ceneri vulcaniche).
Un dominio è una porzione submicrometrica di una struttura cristallina; in ogni dominio sussiste un perfetto ordine strutturale. In effetti le strutture dei cristalli reali, essendo costituite da un’insieme più o meno ordinato di domini, rappresentano una “media” delle strutture dei singoli domini. Inoltre, come ad esempio nelle miche, negli anfiboli o nelle cancriniti, possono esistere dei domini con strutture più o meno diverse dalla struttura complessiva del minerale.
L’olotipo è il campione (a volte un singolo cristallo) dal quale sono stai tratti tutti i dati analitici e le proprietà chimico-fisiche riportate nella descrizione originale della specie. Gli eventuali frammenti dell’olotipo vengono definiti “parti dell’olotipo”. Il cotipo è il campione da cui sono stati tratti dati quantitativi aggiuntivi e/o complementari alla definizione della specie. C’è da sottolineare che mentre l’olotipo è unico, i cotipi possono essere più di uno.
La sienite è una roccia magmatica intrusiva simile al granito dal quale però si differenzia per l’assenza del quarzo.
Per la definizione delle gabbie vedi Bellatreccia e Della Ventura 2005.
La spettroscopia di assorbimento all’infrarosso studia l’assorbimento selettivo delle radiazioni elettromagnetiche da parte delle molecole: l’assorbimento di energia provoca vibrazioni delle molecole (allungamento e accorciamento di legami, variazione degli angoli di legame, rotazioni degli atomi). Le energie coinvolte sono di circa 2-10 kcal/mole ovvero nel campo delle energie della radiazione infrarossa. L’assorbimento avviene ad energie, ovvero lunghezze d’onda, specifiche per ogni tipo di molecola e/o legame atomico. Lo spettro di assorbimento di una sostanza è il grafico della variazione dell’assorbimento della radiazione IR in funzione della lunghezza d’onda. L’analisi può essere fatta sia su polveri che su cristalli singoli.
BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
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Ballirano P., Maras A., Buseck P.R., (1996), Crystal chemistry and IR spectroscopy of Cl - and SO 4 - bearing cancrinite-like minerals, Am. Mineral ., 81, 1003-1012.
Bellatreccia F. & Della Ventura G., (2005), I minerali del gruppo della cancrinite. “Il Cercapietre” Notiz. del G.M.R., 1/2, 14-24.
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Burragato F., Parodi G.C. & Zanazzi P. F ., (1980), Sacrofanite - a new mineral of the cancrinite group , N. Jb. Miner. Abh ., 140 : 102-110.
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