Majorit

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 700 km und somit ein recht häufiges Mineral. 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.

Natürliche majoritreiche Granate kristallisieren mit kubischer Symmetrie in der Raumgruppe Ia3d (Raumgruppen-Nr. 230)Vorlage:Raumgruppe/230 mit 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität hat dem Gitterparameter a = 11,524 Å. Die Struktur ist die von Granat. Magnesium (Mg) besetzt die dodekaedrisch von 8 Sauerstoffionen umgebenen X-Positionen und die Hälfte der oktaedrisch von 6 Sauerstoffionen umgebene Y-Position. Silicium (Si) besetzt die andere Hälfte der Y-Position und die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebenen Z-Position. Für synthetisch hergestellten, reinen Majorit wird tetragonale Symmetrie in der Raumgruppe I41/a (Raumgruppen-Nr. 88)Vorlage:Raumgruppe/88 angegeben mit den Gitterparametern a = 11,491 bis 11,516 Å und b = 11,406 bis 11,480 Å und weitgehender Ordnung von Si und Mg auf zwei verschiedenen Oktaederpositionen. Synthesen von Majorit-Pyrop-Mischkristallen bei 2000 °C und 19 GPa ergaben, dass Majorit mit mehr als 20 mol-% 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. 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. Bei Anwesenheit von Calcium bildet sich Majorit und Calcium-Silikat-Perowskit aus Diopsid bei Temperaturen oberhalb 1400 °C und Drucken oberhalb 14 GPa. Bei steigenden Druck baut sich Majorit ab 20 GPa ab zu Akimotoit.

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. 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. Die ersten Synthesen von reinem Majorit gelang Ringwood und Major 1971, nachdem sie mit verbesserten Hochdruckpressen Drucke von 25-30 GPa erreichen konnten. Mößbauerspektroskopische Untersuchungen zeigten, dass Eisen als Fe vorwiegend auf der Dodekaederposition und als Fe auf der Oktaederposition sitzt, woraufhin Grew und Mitarbeiter die Endgliedzusammensetzung von Majorit auf Mg(MgSi)SiO12 festlegten.