Merkwaardige macro mineralen
een informatieve rubriek met handstukken uit de collectie van Raymond Dedeyne, door hemzelf becommentarieerd en door Theo Muller van foto’s voorzien - voor vragen of suggesties, email mmm@minerant.orgPyriet ijzeren kruis tweelingen uit de Matacana Mine, Gachalá, Cundinamarca Dpt, Colombia
Twee- (en meer)lingen komen in de kristallografie vrij frequent voor. We vinden ze bij heel wat mineralen, en bij sommige worden ze zelfs met een eigen naam bedacht: Carlsbad-, Manebach-, Baveno- en albiettweelingen bij de veldspaten; zwaluwstaarttweelingen bij gips; knie- en viziertweelingen bij de rutielgroep; Japanse, Braziliaanse en Dauphinétweelingen bij kwarts; vlinder- en vissenstaarttweelingen bij calciet en ga zo maar door. Ook pyriet moet niet onderdoen: het geeft aanleiding tot een heel specifieke “ijzeren kruis” tweeling (“iron cross” twin).
Niettegenstaande hun frequent voorkomen zijn tweelingen niet zo eenvoudig te definiëren. J.C. Boulliard quoteert op pp 91-92 van zijn “Le cristal et ses doubles” niet minder dan vier omschrijvingen: die van respectievelijk Friedel (1904), Niggli (1919), Hahn en Klapper (2003), Grimmer en Nespolo (2006). De eerstgenoemde is daarbij niet alleen de oudste maar tegelijk ook de eenvoudigste en de beste: een tweeling is een vergroeiing van twee kristallen van eenzelfde mineraal volgens een welbepaalde kristallografische wetmatigheid. De beide samenstellende individuen zijn daarbij geometrisch aan elkaar gerelateerd middels een symmetrie-element, dat niet aanwezig is in het oorspronkelijke, niet vertweelingde kristal: dat kan een tweelingsvlak of –as of –centrum zijn. Eén kristal wordt daarbij respectievelijk gespiegeld, geroteerd of geïnverteerd in het vertweelingde tweede kristal. De overeenkomstige tweelingswet geeft dan aan welke tweelingsoperatie hier aan het werk is: tweelingsvlak, -as of –centrum. De resulterende tweelingen worden dan respectievelijk als reflectie-, rotatie- of inversietweelingen aangeduid.
Beperken we ons tot pyriet ijzeren kruis tweelingen (figuur 1), dan zijn de twee samenstellende
Figuur 1: pyriet ijzeren kruis tweeling van twee {210} pentagondodecaëders bij een 1/1 ratio
{210} pentagondodecaëdrische kristallen aan elkaar gerelateerd door een rotatie over 90° rond een oorspronkelijk tweetallige as, evenwijdig aan de c-as [100 ]. In het tweelingkristal wordt die as daardoor opgewaardeerd naar een viertallige as. Dit is wel degelijk een nieuwe symmetrieas, eigen aan de tweeling, want pyriet behoort tot de kubisch-diploïdale kristalklasse 2/m-3, die enkel drie tweetallige symmetrieassen en vier drietallige inversieassen heeft. Alternatief kan ook gesteld worden dat de tweeling ontstaat door een rotatie van 180° rond [110] (figuur 1): dat is equivalent aan het hiervoor gestelde maar wel een stuk moeilijker voor te stellen.
Bij een ongelijke ratio van de twee samenstellende {210} pentagondodecaëders ziet een ijzeren kruis tweeling er uit zoals in figuur 2.
Figuur 2: ijzeren kruis tweeling van twee {210} pentagondodecaëders met ongelijke ratio
Figuur 3 stelt dan weer een ijzeren kruis tweeling voor waarbij de twee samenstellende {210} kristallen ook nog een klein aandeel van de {100} kubusvorm bevatten.
Figuur 3: ijzeren kruis tweeling van twee {210} pentagondodecaëders met {100} kubusaandeel bij 1/1 ratio
Pyriet ijzeren kruis tweelingen zijn dan wel niet echt zeldzaam, maar het aantal vindplaatsen is toch wel enigszins beperkt. Frank Ruehlicke geeft op MinDat een overzicht van de wereldwijd bekende vindplaatsen en komt daarbij tot een totaal van 25: https://www.mindat.org/article.php/3872/PYRITE+-+Iron+Cross+Twins. Het valt daarbij op dat de meeste afgebeelde tweelingen klein zijn (maximaal 1 tot 2 cm) en doorgaans sterk vervormd – zodanig zelfs dat het tweelingsbeginsel in veel gevallen door een leek nog maar met moeite kan waargenomen worden. Een uitzondering daarop is in eerste instantie Rio Marina op het Italiaanse eiland Elba, dat zich van de andere vindplaatsen onderscheidt door zowel aantal, kwaliteit als grootte (tot 15 cm!) van zijn tweelingen. Dat is echter verleden tijd: de periode dat de ijzermijnen van Rio Marina als een haast onuitputtelijke bron van mooie mineralenspecimens fungeerden ligt nu helaas ver achter ons. Ook de regio van het Duitse Vlotho – ongeveer halfwel Osnabrück en Hannover – was ooit leverancier van excellente, zij het doorgaans kleinere, ijzeren kruis tweelingen, die er vrij frequent voorkwamen in de lokale mergelgroeven. Ze lieten zich vlot uit de matrix prepareren en werden lokaal als “Mergelnüsse” (“mergelnoten”) bestempeld – voor een reeks indrukwekkende specimenfoto’s verwijzen we naar Steffen Jahn’s uitstekende bijdrage in Mineralienwelt 6/2001, pp 32 – 51. Maar ook hier is het alweer een hele tijd geleden dat ik die nog op beurzen heb aangeboden gezien.
Maar laat dat alles geen reden zijn tot wanhopen: rond 2017-2018 diende de Matacana Mine in Colombia zich aan als een excellente nieuwe vindplaats voor ijzeren kruis tweelingen van een hoogstaande kwaliteit (echte floaters zijn daarbij geen uitzondering!) en respectabele – tot 15 cm – afmetingen. De Matacana Mine situeert zich op zowat 50 km ten oosten van de hoofdstad Bogotá, in het zuidwestelijk deel van de smaragdgordel rond Chivor. Het is een belangrijke smaragdmijn, herontdekt in 1967 en gesitueerd in een wingebied met een indrukwekkend palmares, waartoe de Gachalá smaragd (858 ct, nu in het Smithsonian Institute in Washinton DC), de Emilia smaragd (7 025 ct) en de El Monstro smaragd (16 020 ct) behoren. Minder bekend is dat in de regio ook veelvuldig excellente pyriet wordt gevonden (alles wordt hier nu eenmaal overschaduwd door de smaragd!), die echter slechts zelden onze mineralenbeurzen haalt. Dat hier uiteindelijk ook ijzeren kruis tweelingen werden gevonden mag dan ook geen echte verrassing zijn.
Volgens Lavinsky zou hier in de periode 2017-2018 een éénmalige grote vondst van ijzeren kruis tweelingen gedaan zijn. Voor de rest is hierover uitermate weinig terug te vinden – zelfs op MinDat beperkt de informatie zich –de bijdrage van Ruehlicke niet te na gesproken - tot welgeteld twee foto’s van goethiet ijzeren kruis tweelingen (overigens een onjuiste determinatie - zie verder). Voorts zijn deze specimens onveranderlijk maar met mondjesmaat op de markt verschenen: enkel op grote beurzen zie je er zo nu en dan ééntje of hoogstens enkele de revue passeren. Al sinds ik ze zag stonden ze heel hoog op mijn verlanglijst, maar telkens weer treuzelde ik te lang met mijn beslissing om er een aan te schaffen (de grotere kosten vlot enkele honderden Euros) en liet ik zo de kaas van mijn brood halen.
Op de beurs van Sainte-Marie-aux-Mines 2023 dreigt het weer net zo te verlopen: de eerste dag had ik er drie gelokaliseerd, maar tegen de avond waren ze alweer verdwenen. De tweede dag maak ik kennis met Rafal Buczak van het Poolse Raptor (de man doet ook in fossielen, vandaar de ietwat bloeddorstig aandoende naam): uit zijn aanbod noteer ik de zogenaamde “mango-kwarts” uit Colombia aan redelijke prijzen (doorgaans zijn die dingen onverantwoord duur). Rafal vertelt mij dat hij een lading daarvan rechtstreeks uit Colombia importeerde, wat hem toelaat de prijs te drukken. Als ik hem daarop vraag of hij uit datzelfde Colombia ook pyriet ijzeren kruis tweelingen uit Gachalá kan importeren antwoordt hij doodleuk dat hij daarvan al een kist in zijn wagen heeft staan en dat hij die hij de volgende dag kan meebrengen. ’s Anderendaags ga ik uiteraard in eerste instantie regelrecht terug naar de stand van Raptor, waar de kist in kwestie mij al staat op te wachten. Door de band genomen zijn ze wel kleiner dan verwacht maar er zitten toch ook enkele gave grotere exemplaren bij. Ik krijg de eerste keuze en ik kan mij zodoende een lot samenstellen van acht nagenoeg complete en ongeschonden floaters - waaronder twee grotere van 6 cm, enkele clusters van 2, 3 en 4 tweelingen en een hoogst ongewone kristallisatie (foto 1, 1-8). Aan 30 Eurocent per gram met daarbovenop nog eens een fikse kwantumkorting is dit zonder twijfel mijn beste aankoop: deze beurs kan voor mij alvast niet meer stuk.
Foto 1: ijzeren kruis tweelingen van de Matacana Mine (foto Raymond Dedeyne)
De kristallen zijn alle aan de oppervlakte omgezet in een dun laagje mahoniekleurig goethiet van hoogstens enkele tiende millimeter dik. Daaronder is de massieve, goudgeel glinsterende pyriet zichtbaar – vooral duidelijk op specimen #5 (35x35x35 mm) waar lokaal wat van de coating is afgeschilferd. Dit verklaart waarom de twee specimens op MinDat (400-OET en T8H-JTT) verkeerdelijk als goethiet zijn geïdentificeerd. De specimens #1 en #2 zijn met hun 50x50x55 mm veruit de grootste – #3 is met 40x40x40 mm iets kleiner. Er zijn ook enkele clusters bij: #4 (40x40x30 mm), #6 (50x45x45 mm) en #7 (30x30x30 mm) zijn opgebouwd uit respectievelijk 4, 3 en 2 tweelingen. Alle specimens hebben een ijzeren kruis habitus die zo uit het lesboek is weggelopen, met uitzondering van #8 (30x30x30 mm), de vreemde eend in de bijt (zie verder). Detailopnamen van enkele van deze specimens zijn te zien in de foto’s 2 t.e.m. 5: 2 en 3 zijn opnamen van eenzelfde specimen onder twee verschillende invalshoeken, 4 van een ander specimen en 5 van een cluster van drie tweelingen.
Foto 2 (©Theo Muller)
Foto 3 (©Theo Muller)
Foto 4 (©Theo Muller)
Foto 5 (©Theo Muller)
Uit hoekmetingen aan de specimens blijkt dat het hier in grote lijnen niet gaat om de meest voorkomende {210} vorm, maar wel over de minder courante {310} vorm (figuur 4), waarbij de laatste er ietwat “geblokter” uitziet. Het ribbelig karakter van de vlakken én het voorkomen van vooruitspringende hoekpunten op de vlakken bemoeilijkt echter de metingen, zodat er ook hoeken vastgesteld worden die overeenkomen met {210} en zelfs met {520}, de tussenvorm tussen {210} en {310}. Of die hier echter ook werkelijk voorkomen blijft moeilijk uit te maken. De strepingen op de kristalvlakken wijzen op een oscillerende groei van kubusvlakken met pentagondodecaëdervlakken: het is niet uitgesloten dat een bepaalde vorm zich voordoet afhankelijk van de verhouding tussen deze beide vormen.
 |
 |
 |
 |
Figuur 4: pentagondodecaëders {210} en {310} (linksboven en rechtsboven) en hun respectievelijke 1/1 ijzeren kruis tweelingen (linksonder en rechtsonder)
De habitus van de samenstellende kristallen van het tweeling ”buitenbeentje” #8 op foto 1 wordt overwegend bepaald door de kubusvorm {100}, naast een klein aandeel aan pentagondodecaëder {310} (figuur 5). De striaties op de kubusvlakken zijn voor elk individu van de tweeling anders georiënteerd: ze staan telkens loodrecht op de striaties van de aangrenzende vlakken. (figuur 6). Het is dank zij deze striaties dat de tweeling hier sowieso herkend wordt: moesten ze ontbreken dan zou de tweelingsvorming hier onopgemerkt zijn voorbij gegaan. Dergelijke tweelingen werden al eerder in de literatuur vermeld: zie figuur 7. Beide tekeningen zijn gelicht uit de “Atlas der Krystallformen” van V Goldschmidt, band VI, tafel 105, figuren 50 en 51 en zijn origineel afkomstig uit de “Nouveau Cours De Minéralogie” van G. Delafosse (1858), tafel 12, figuren 21 en 22.
Figuur 5: combinatie pentagondodecaëder {310} (e) met kubus {100} (c)
(SHAPE tekening)
 |
 |
Figuur 6: kristaltekening (SHAPE) en foto (Raymond Dedeyne) van kristal #8
 |
 |
Figuur 7: historische kristaltekeningen van ijzeren kruis tweelingen met overwegende {100} habitus
Pyriet ijzeren kruis tweelingen zijn al langer bekend in mineralogische middens maar toch is weinig geweten over het hoe en waarom van hun ontstaan. Pas in 2016 kwam enige opheldering, toen Aleksander Recnik en collega’s een studie ondernamen over ijzeren kruis tweelingen van Mt Katarina op zowat 15 km noordwest van Ljubljana in Slovenië (A Recnik et al in Mineralogical Magazine, October 2016, Vol 80(6), pp 937-948). IJzeren kruis tweelingen zijn van het penetratietype, waarbij de twee individuele kristallen via een ingewikkeld patroon met elkaar zijn vergroeid. Dergelijke tweelingen vertonen bij pyriet inspringende hoeken, kenmerkend voor doorkruisingstweelingen. Recnik et al stelden vast dat het contactoppervlak tussen de tweelingsindividuen een ingewikkeld driedimensionaal verloop kent en is samengesteld uit zowel {110} als {100} grensvlakken. Die blijken een verschillende samenstelling te hebben: {110} bevat steeds relatief aanzienlijke hoeveelheden koper – wat niet het geval is voor {100}. De hoeveelheid koper komt daarbij overeen met één atoomlaag – andere in pyriet aanwezige sporenelementen worden blijkbaar niet in de grensvlakken opgenomen. De onderzoekers komen uiteindelijk tot het besluit dat de koperrijke {110} grensvlakken de primaire contactoppervlakken zijn die verantwoordelijk zijn voor de vorming van ijzeren kruis tweelingen. Ze toonden aan dat één monolaag koperatomen noodzakelijk is voor de stabilisatie van de {110} tweelingstructuur – wanneer de toevoer van koper wordt onderbroken worden weer uitsluitend {100} grensvlakken gevormd, die de “gewone” pyrietkristalvorming bevoordeligen.
Voor wie meer wil weten over tweelingen zij verwezen naar de excellente bijdrage terzake van Paul Tambuyser in Geonieuws 46(3), maart 2021, pp 60-76. Voor wie (ongeveer) alles wil weten over dit onderwerp kan ik “Le Cristal et ses doubles” aanraden van Jean-Claude Boulliard: een uitstekende monografie van 347 pagina’s, uitgegeven in 2010 bij CNRS Editions – weliswaar in het Frans en bijwijlen niet gemakkelijk verteerbaar.
Alle kristalfiguren werden geproduceerd door middel van het VESTA tekenprogramma (door Paul Tambuyser), uitgezonderd waar expliciet vermeld staat dat het SHAPE programma werd gebruikt (door Etienne Martens). Met dank aan Paul Tambuyser en Etienne Martens voor hun tekenwerk en voor de kristallografische ondersteuning bij deze MMM.
