Almandine jewelry garnet from the Kitelya deposit (Karelia): composition and spectroscopic properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

   Research subject. The chemical composition and spectroscopic properties of almandine jewelry garnets from the Kite-lya deposit in the Northern Ladoga region (Karelia).   Materials and methods. The chemical composition, impurity elements, mineral inclusions and spectroscopic properties of almandine jewelry crystals were studied using IR and Mössbauer spectroscopy.   Results. Garnet crystals were found to exhibit a weakly pronounced zonal composition, varying from Alm75Pir15Sps7Grs3 in the center to Alm80Pir14Sps4Grs2 at their edges. Therefore, the Ca and Mn contents decrease towards the grain edges. This zonality of garnets is characteristic of the processes of progressive metamorphism of their host rocks. The garnet crystals feature small inclusions of quartz, chlorite, mica FACI (biotite), ilmenite, rutile, monazite, zircon and pyrrhotite. The composition of chlorite, biotite and zircon was established. The parameter of the cube unit cell ao = 11.522 ± 0.003 Å was calculated. The IR absorption spectra of 995, 966, 901, 878, 638, 568, 528, 476 and 455 cm–1 are characteristic of the pyrope-almandine difference. Mössbauer spectroscopy revealed an insignificant admixture of trivalent iron (Fe3+) in the structure of Kitelya garnets (≈1 % of the amount of isomorphic iron). The obtained optical absorption spectra of garnet plates in the visible light spectrum indicate that Fe2+ ions in dodecahedral positions, to a lesser extent dodecahedral Mn2+ ions, as well as possibly octahedral Fe3+ ions are responsible for the bright red-crimson color of pyrop-almandine from the Kitelya deposit.   Conclusions. A “portrait” of typomorphic features (composition and properties) of the pyrope-almandine jewelry garnet from the Kitelya deposit was obtained. This portrait can be used when analyzing the historical finds of faceted or cabochonized differences of almandine in jewelry, church utensils in both Russia and Europe (where this jewelry material was exported during the 17th century). The preservation of garnet jewelry differences in the host rock is due to the presence of thin amorphous kelefite shells or soft minerals (sericite, chlorite, kaolinite etc.).

About the authors

V. P. Lyutoev

Institute of Geology, FRC Komi SC UB RAS

Email: vlutoev@geo.komisc.ru

A. B. Makeyev

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS

Email: abmakeev@igem.ru

E. N. Terekhov

Geological Institute RAS

Email: tereh@ilran.ru

References

  1. Азимов П. Я. Проявление позднесвекофеннского метаморфизма повышенных давлений в зональном метаморфическом комплексе Северного Приладожья (юго-восток Фенноскандинавского щита) / П. Я. Азимов, Н. Г. Ризванова // Петрология. – 2021. – 29 (3). – 292-308.
  2. Борисов И. В. Каменное ожерелье Ладоги / И. В. Борисов. – Сортавала: Герда, 2010. – 190 с.
  3. Киевленко Е. Я. Декоративные коллекционные минералы / Е. Я. Киевленко, В. И. Чупров, Е. Е. Драмшева. – М.: Недра, 1987. – 223 с.
  4. Окулов А. В. Ювелирные гранаты Кительского месторождения из археологических раскопок в Твери / А. В. Окулов]// Отеч. геол. – 2015. – (4). – 50-62.
  5. Перчук Л. Л. Петрология слюдистых сланцев пояса Тана в южном тектоническом обрамлении Лапландского гранулитового комплекса / Л. Л. Перчук, А. В. Кротов // Петрология. – 1998. – 6 (2). – 165-196.
  6. Платонов А. Н. Природа окраски самоцветов / А. Н. Платонов, М. Н. Таран, В. С. Балицкий. – М.: Недра, 1984. – 196 с.
  7. Рундквист Н. Д. О кительских альмандинах / Н. Д. Рундквист, Г. П. Москалeва // Зап. ВМО. – 1985. – 114 (5). – 581-585.
  8. Ручьев А. М. Карельский гранат – перспективный источник скандия и редкоземельных металлов / А. М. Ручьев. // Тр. КарНЦ РАН. – 2017. – (11). – 30-42. doi: 10.17076/geo621
  9. Самсонов Я. П. Самоцветы СССР / Я. П. Самсонов, А. П. Туринге ; Под ред. В. И. Смирнова). – М.: Недра, 1984. – 335 с.
  10. Терехов Е. Н. Тектоническое положение и генезис месторождений ювелирного корунда Высокой Азии / Е. Н. Терехов, А. П. Акимов // Литосфера. – 2013. – (5). – 141-159.
  11. Ahmad I., Serbaya S. H., Rizwan A., Mehmood M. S. (2021) Spectroscopic Analysis for Harnessing the Quality and Potential of Gemstones for Small and Medium-Sized Enterprises (SMEs). J. Spectroscopy, Article ID 6629640, 12 p. doi: 10.1155/2021/6629640
  12. Amthauer G., Annersten H., Hafner S. S. (1976) The Mössbauer spectrum of 57Fe in silicate garnets. Zeit. Kristallogr., 143, 14-25.
  13. Brigatti M. F., Galli E., Poppi L. (1991) Effect of Ti substitution in biotite-1M crystal chernistry. Amer. Miner., 76, 1174-1183.
  14. Burns R. G. (1993) Mineralogical applications of crystal field theory. Cambridge: Cambridge University Press, 551 p.
  15. Dyar M. D. (1984) Precision and interlaboratory reproducibility of measurements of the Mössbauer effect in minerals. Amer. Miner., 69 (11-12), 1127-1144.
  16. Dyar M. D., Breves E. A., Emerson E., Bell S. W., Nelms M., Ozanne M. V., Peel S. E., Carmosino M. L., Tucker J. M., Gunter M. E., Delaney J. S., Lanzirotti A., Woodland A. B. (2012) Accurate determination of ferric iron in garnets by bulk Mössbauer spectroscopy and synchrotron micro-XANES. Amer. Miner., 97 (10), 1726-1740. doi: 10.2138/am.2012.4107
  17. Geiger C. A. (1998) A powder infrared spectroscopic investigation of garnet binaries in the system Mg3Al2Si3O12–Fe3 Al2Si3O12–Mn3Al2Si3O12–Ca3Al2Si3O12. Eur. J. Miner., (3), 407-422.
  18. Geiger C. A., Armbruster Th., Lager G. A., Jiang K., Lottermoser W., Amthauer G. (1992) Combined Temperature Dependent 57Fe Mössbauer and Single Crystal X-ray Diffraction Study of Synthetic Almandine: Evidence for the Golʼdanskii-Karyagin Effect. Phys. Chem. Miner., 19 (2),
  19. -126. doi: 10.1007/BF00198609
  20. Geiger C. A., Feenstra A. (1997) Molar volumes of mixing of almandine-pyrope and almandine-spessartine garnets and the crystal chemistry and thermodynamic-mixing properties of the aluminosilicate garnets. Amer. Miner., 82 (5-6), 571-581. doi: 10.2138/am-1997-5-617
  21. Geiger C. A., Rossman G. R. (1994) Crystal Field Stabilization Energies of Almandine-Pyrope and Almandine-Spessartine Garnets Determined by FTIR Near Infrared Measurements. Phys. Chem. Miner., 21, 516-525.
  22. Geiger C. A., Newton R. C., Kleppa O. J. (1987) Enthalpy of mixing of synthetic almandine-grossular and almandine-pyrope garnets from high-temperature solution calorimetry. Geochim. Cosmochim. Acta, 51, 1755-1763.
  23. Hofmeister A. M., Chopelas A. (1991) Vibrational spectroscopy of end-member silicate garnets. Phys. Chem. Miner., 17, 503-526.
  24. Hofmeister A. M., Fagan T. J., Campbell K. M., Schaal R. B. (1996) Single-crystal IR spectroscopy of pyrope-almandine garnets with minor amounts of Mn and Ca. Amer. Miner., 81 (3-4), 418-429. doi: 10.2138/am-1996-3-416
  25. Khomenko V. M., Langer K., Wirth R., Weyer B. (2002) Mie scattering and charge transfer phenomena as causes of the UV edge in the absorption spectra of natural and synthetic almandine garnets. Phys. Chem. Miner., 29, 201-209. doi: 10.1007/s00269-001-0225-2
  26. Krzemnicki M. S., Hanni H. A., Reusser E. (2001) Colourchange garnets from Madagascar: comparison of colorimetric with chemical data. J. Gemmol., 27 (7), 395-408.
  27. Locock A. J. (2008) An Excel spreadsheet to recast analyses of garnet into end-member components, and a synopsis of the crystal chemistry of natural silicate garnets. Comput. Geosci., 34, 1769-1780. doi: 10.1016/j.cageo.2007.12.013
  28. Loh E. (1975) Thermally Modulated Absorption of Fe2+, Fe3+, and Mn2+ in Spessartine and Almandine Garnets. Amer. Miner., 60, 79-83.
  29. Manning P. G. (1967) The optical absorption spectra of the garnets atmandine-pyrope, pyrope and spessartine and some structural interpretation of mineralogical significance. Canad. Miner., 9 (2), 237-251.
  30. Mittani J. C. R., Watanabe S. (2004) TL, OA and ESR of spessartine garnet. Radiat. Eff. Defects So lids, 159 (8-9), 483-489. doi: 10.1080/10420150412331296853
  31. Moore R. K., White W. B. (1972) Electronic spectra of transition metal ions in silicate garnets. Canad. Miner., 11 (4), 791-811.
  32. Moore R. K., White W. B., Long T. V. (1971) Vibration spectra of the common silicates: The Garnet. Amer. Miner., 56, 54-71.
  33. Mössbauer Mineral Handbook (2005) (Eds J. G. Stevens, A. M. Khasanov, J. W. Miller, H. Pollak, Z. Li). Asheville, North Carolina: Mössbauer Effect Data Center, University of North Carolina at Asheville, 624 p.
  34. Novak G. A., Gibbs G. V. (1971) The crystal chemistry of the silicate garnets. Amer. Miner., 56, 791-825.
  35. Oliveira J. C .P. de (1989) Magnetic properties of the natural pyrope-almandine garnets. J. Magn. Magn. Mater., 79. 1-7.
  36. Ottonello G., Bokreta M., Sciuto P. F. (1996) Parameterization of energy and interactions in garnets: End-member properties. Amer. Miner., 81 (3-4), 429-447. doi: 10.2138/am-1996-3-417
  37. Rancourt D. G., McDonald A. M., Lalonde A. E., Ping J. Y. (1993) Mössbauer absorber thicknesses for accurate site populations in Fe-bearing minerals. Amer. Miner., 78 (1-2), 1-7.
  38. Slack G. A., Chrenko R. M. (1971) Optical Absorption of Natural Garnets from 1000 to 30000 Wavenumbers. J. Optic. Soc. Amer., 61 (10), 1325-1329. doi: 10.1364/JOSA.61.001325
  39. Sripoonjan T., Maneekrajangsaeng M., Jakkawanvibul J., Leelawatanasuk T. A (2016) New “Purple Rhodolite” Garnet from Mozambique: Its Characteristics & Properties. Gem & precious metal deposits, exploration and responsible mining. GIT-2016 Conference. Pattaya, Thailand, 77-83.
  40. Vandenberghe R. E., Grave E. de (2013) Application of Mössbauer Spectroscopy in Earth Sciences. Mössbauer Spectroscopy. Tutorial Book. (Eds Y. Yoshida, G. Langouche). Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 91-186.
  41. White W. B., Moore P. K. (1972) Interpretation of the spinallowed bands of Fe2+ in silicate garnets. Amer. Miner., 57 (11-12), 1692-1710.
  42. Woodland A. B., Ross II C. R. (1994) A Crystallographic and Mössbauer Spectroscopy Study of Fe2+3Al2Si3O12 – Fe2+3Fe3+2Si3O12 (Almandine-“Skiargite”) and Ca2+3F3+e2 Si3O12 – Fe2+ 3Fe3+ 2Si3O12 (Andradite-“Skiargite”) Garnet Solid Solutions. Phys. Chem. Miner., 21, 117-132.
  43. Yang P., Guo Y. (2022) New Insights into Coloration Mechanism in Violet-Red Pyrope-Almandine. Crystals, 12 (3), 379. doi: 10.3390/cryst12030379

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Lyutoev V.P., Makeyev A.B., Terekhov E.N.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».