# Esseneit

Das Mineral Esseneit (IMA-Symbol Ess) ist ein sehr seltenes Kettensilikat aus der Pyroxengruppe mit der Endgliedzusammensetzung CaFe$^{3+}$AlSiO$_6$.
Esseneit kristallisiert mit monokliner Symmetrie und bildet rotbraune prismatische Kristalle von 2-8 mm Länge.
Gebildet wird Esseneit unter oxidierenden Bedingungen bei Temperaturen über ~1000 °C und niedrigen Druck in eisenreichen Kalksilikatgesteinen. Die Typlokalität ist die Durham Ranch Paralava (Wyoming, USA), ein durch ein natürliches Kohlenfeuer aufgeschmolzenes Sediment, in der Esseneit zusammen mit Anorthit, Melilith und Magnetit-Hercynit-Mischkristallen auftritt.

## Etymologie und Geschichte

Aluminium- und Fe$^{3+}$-haltige Pyroxene sind seit Beginn des 19. Jahrhunderts unter den Bezeichnungen Fassait und Salit bekannt. Bezeichnete man anfangs mit Fassait noch rotbraune Zeolithe aus dem Fassatal, führte Abraham Gottlob Werner 1817 dem Namen Fassait für lauch- bis dunkelgrüne Pyroxene aus dem Fassatal ein, die sich durch stark ausgebildete [110]-Prismenflächen auszeichnen.
Die charakteristischen Gehalte an Aluminium und ferrischen Eisen (Fe$^{3+}$) ohne entsprechende Gehalte an Natrium belegte 60 Jahre später Cornelio August Doelter durch die ersten chemischen Analysen dieser Fassaite, die die beiden Oxidationsstufen des Eisens berücksichtigten. In der Folge wurde die Bezeichnung Fassait ausgeweitet auf alle Aluminium- und Fe$^{3+}$-haltigen, natriumarmen Calciumpyroxene aus metamorphen Kalksandsteinen.
Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurden experimentell die maximalen Gehalte dreiwertiger Kationen von Diopsid ausgelotet. E. R Segnit z. B. von der University of Cambridge synthetisierte 1953 Diopside mit 8 Gew-% Fe$_2$O$_3$ und Ken-ichi Hijikata synthetisierte 1968 an der Universität Hokkaidō Diopsid (CaMgSi$_2$O$_6$)- Esseneite (CaFe$^{3+}$AlSiO$_6$)- Mischkristalle über den gesamten Zusammensetzungsbereich.
Auch in natürlichen Vorkommen wurden Diopside mit immer höheren Fe- und Al-Gehalten gefunden. Knopf & Lee beschrieben 1956 einen Fassait aus einem spinellhaltigen, metamorphen Kalkstein, bei dem 0,463 Atome pro Formeleinheit (apfu) Si durch Al ersetzt wurden und Donald R. Peacor beschrieb 1967 die Struktur eines Pyroxens aus einem Karbonatit mit 0,494 apfu Al auf der Siliziumposition. Im Jahr 1977 dokumentierte S. Gross einen Fassait aus einem Pyroxen-Wollastonit-Anorthit-Fels der pyrometamorphen Hatrurim-Formation bei Tarqumiya (Palestina) mit 0,6 apfu Al auf der Si-Position und 0,41 apfu Fe$^{3+}$.
Pyroxene mit einer Zusammensetzung nahe der Endgliedzusammensetzung CaFe$^{3+}$AlSiO$_6$ wurden erstmals 1987 vom Michael A. Cosca und Donald R. Peacor in der Durham Ranch Paralava aus Wyoming, USA beschrieben. Sie benannten das neue Mineral nach seinem Entdecker Dr. Eric J. Essene, Professor an der University of Michigan in Anerkennung seiner zahlreichen Beiträge zur Mineralogie und Mineralgleichgewichten.
Der Mineralname Fassait wurde 1989 von der Commission on New Minerals and Mineral Names (CNMMN) der International Mineralogical Association (IMA) diskreditiert.

## Klassifikation

In der strukturellen Klassifikation der International Mineralogical Association (IMA) gehört Esseneit zusammen mit Augit, Burnettit, Davisit, Diopsid, Grossmanit, Hedenbergit, Johannsenit, Kushiroit, Petedunnit und Tissintit zu den Kalziumpyroxenen in der Pyroxengruppe.
In den klassischen Mineralsystematiken gehört der Esseneit zur Mineralklasse der „Silikate und Germanate“.
Da der Esseneit erst 1985 als eigenständiges Mineral anerkannt wurde, ist er in der zuletzt 1977 überarbeiteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz nicht verzeichnet.
Die von der IMA zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Esseneit dort in die Abteilung der „Ketten- und Bandsilikate (Inosilikate)“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach der Art der Kettenbildung, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „Ketten- und Bandsilikate mit 2-periodischen Einfachketten Si$_2$O$_6$; Pyroxen-Familie“ zu finden ist, wo es zusammen mit Augit, Davisit, Diopsid, Hedenbergit, Johannsenit, Kushiroit und Petedunnit die „Ca-Klinopyroxene, Diopsidgruppe“ mit der System-Nr. 9.DA.15 bildet.
Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen allerdings noch nach der alten Form der Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. VIII/F.01-110. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies ebenfalls der Abteilung „Ketten- und Bandsilikate“, wo Esseneit zusammen mit Aegirin, Aegirin-Augit, Augit, Davisit, Diopsid, Grossmanit, Hedenbergit, Jadeit, Jervisit, Johannsenit, Kanoit, Klinoenstatit, Klinoferrosilit, Kosmochlor, Kushiroit, Namansilit, Natalyit, Omphacit, Petedunnit, Pigeonit, Spodumen und Tissintit die Untergruppe der „Klinopyroxene“ mit der System-Nr. VIII/F.01 innerhalb der von VIII/F.01 bis 02 reichenden Pyroxengruppe bildet.
Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Esseneit in die Abteilung der „Kettensilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Diopsid, Hedenbergit, Augit, Johannsenit, Petedunnite und Davisit in der Gruppe der „C2/c Klinopyroxene (Ca-Klinopyroxene)“ mit der System-Nr. 65.01.03a innerhalb der Unterabteilung „Kettensilikate: Einfache unverzweigte Ketten, W=1 mit Ketten P=2“ zu finden.

## Chemismus

Esseneit mit der Endgliedzusammensetzung $^{[M2]}$Ca$^{[M1]}$Fe$^{3+}$$^{[T]}$(SiAl)O$_6$ ist das Eisen-Aluminium-Analog von Diopsid ($^{[M2]}$Ca$^{[M1]}$Mg$^{[T]}$Si$_2$O$_6$), wobei [M2], [M1] und [T] die Positionen in der Pyroxenstruktur sind.
Die empirische Zusammensetzung von Esseneit aus der Typlokalität ist
* $^{[M2]}$(Ca$_{1,01}$Na$_{0,01}$)$^{[M1]}$(Fe$^{3+}$$_{0,73}$Al$_{0,04}$Mg$_{0,16}$Fe$^{2+}$$_{0,02}$Ti$_{0,03}$)$^{[T]}$(Si$_{1,19}$Al$_{0,81}$)O$_6$.
Die Abweichungen von der idealen Zusammensetzung gehen im Wesentlichen auf folgende Mischkristallreihen zurück. Zum einen wird Fe$^{3+}$ auf der [M1]-Positionen ersetzt durch Al$^{3+}$, entsprechend der Austauschreaktion
* $^{[M1]}$Fe$^{3+}$ = $^{[M1]}$Al$^{3+}$ (Kushiroit),
zum anderen wird Fe$^{3+}$ durch gekoppelte Substitutionen ersetzt durch Mg$^{2+}$, Fe$^{2+}$ oder Ti$^{4+}$
* $^{[M1]}$Fe$^{3+}$ + $^{[T]}$Al$^{3+}$ = $^{[M1]}$Mg$^{2+}$ + $^{[T]}$Si$^{4+}$ (Diopsid)
* $^{[M1]}$Fe$^{3+}$ + $^{[T]}$Al$^{3+}$ = $^{[M1]}$Fe$^{2+}$ + $^{[T]}$Si$^{4+}$ (Hedenbergit)
* $^{[M1]}$Fe$^{3+}$ + $^{[T]}$Si$^{4+}$ = $^{[M1]}$Ti$^{4+}$ + $^{[T]}$Al$^{3+}$
Die Gehalte an Titan-Pyroxen gehen nicht über 18 Gew-% hinaus und in der Natur sind bislang keine Pyroxene gefunden worden, deren Zusammensetzung von dem Ti$^{4+}$-Endglied CaTiAl$_2$O$_6$ dominiert wird.
Bis zu ein Viertel der Kalziumposition M2 kann unbesetzt sein, entsprechend der Austauschreaktion
* $^{[M2]}$Ca$^{2+}$ + 2$^{[T]}$Al$^{3+}$ = $^{[M2]}$□ + 2$^{[T]}$Si$^{4+}$

## Kristallstruktur

Esseneit kristallisiert mit monokliner Symmetrie in der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 mit 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle. Der natürliche Mischkristall aus der Typlokalität hat die Gitterparameter a = 9,79 Å, b =8,822 Å, c = 5,37 Å und β = 105,81°. Die Gitterparameter des synthetischen Endgliedes sind a = 9,783 Å, b =8,787 Å, c = 5,372 Å und β = 105,82°.
Die Struktur ist die von Klinopyroxen. Silizium (Si$^{4+}$) und Aluminium (Al$^{3+}$) besetzen die tetraedrisch von 4 Sauerstoffionen umgebene T-Position, Calcium (Ca$^{2+}$) belegt die oktaedrisch von 6 Sauerstoffen umgebene M2-Position und Eisen (Fe$^{3+}$) die ebenfalls oktaedrisch koordinierte M1-Position. Die Verteilung von Eisen und Aluminium ist auch bei hohen Temperaturen über 1000 °C stark geordnet. In synthetischen Essenit besetzt rund 10 % des Fe$^{3+}$ die Tetraederposition, bei entsprechend großen Al-Gehalten auf M1. In natürlichen Essenit fanden Cosca und Peacor kein Fe$^{3+}$ auf der Siliziumposition, was sie mit einer langsameren Abkühlung und einer dabei einsetzenden Ordnung von Aluminium und Eisen erklären.

## Bildung und Fundorte

Esseneit ist bei hohen Temperaturen bereits bei 1 bar stabil und wird erst bei Drucken über 40-45 kBar und 1100-1500 °C abgebaut zu grossularreichen Granat und hämatitreichen Oxid.
Esseneitreiche Klinopyroxene kristallisieren aus SiO$_2$-untersättigten Magmen oder bilden sich metamorph bei niedrigen Druck und Temperaturen um 1000 °C durch Pyrometamorphose von kalkigen Sedimenten.

### Pyrometamorphose

Die Typlokalität von Esseneit ist eine Paralava, ein durch ein natürliches Kohlenfeuer aufgeschmolzenes Sediment, die 25 km südlich von Gillette im Campbell County (Wyoming), Wyoming, USA zutage tritt. Esseneit findet sich hier zusammen mit Anorthit, Melilith, Magnetit-Hercynit-Mischkristallen und Glas.
In der pyrometamorphen Hatrurim-Formation findet sich esseneitreicher Klinopyroxen bei Tarqumiya nördlich von Hebron im Westjordanland, Palästinensische Autonomiegebiete. Begleitminerale sind hier Anorthit, Wollastonit, Gehlenit und als Einschluss Magnetit.
Vergleichbare Mineralparagenesen bilden sich in Abraumhalden des Kohlebergbaus, wenn diese bei Bränden pyrometamorph verändert wurden.

### Skarne

Aus den Grossular-Wollastonit-Endoskarnen des Cornet Hill im Magureaua Vaţei-Gebiet bei Vaţa Bai im Apuseni-Gebirge, Rumänien wurden relikte Esseneit- und Kushiroit- dominierter Klinopyroxene beschrieben mit Diopsidgehalten von teilweise unter 30 Mol-% und 39 Mol-% Esseneit. Sie treten als kleine Einschlüsse in Wollastonit auf, zusammen mit Kalsilit.
Essenitreiche Klinopyroxene wurden aus den Gesteinen des Colle Fabbri in der Provinz Perugia, Umbrien, Italien beschrieben. In den dort aufgeschlossenen Melilithit enthalten die diopsireichen Klinopyroxene 25-30 Mol-% Essenit und treten zusammen mit Wollastonit, Melilith, Leucit, Kalsilit, Anorthit, zonierten Ti-Garnet, Perovskit, Spinell und Apatit auf. In den kontaktmetamorph veränderten pelithischen Sedimenten weisen die zonierten Klinopyroxene in ihren Randbereichen bis zu 44 Mol-% Essenit auf. Begleitminerale sind hier Anorthit und Wollastonit in einer Grundmasse aus Glas, Fe-reichen Klinopyroxen, Magnetit, Kalifeldspat, Spinell, Titanit und Sulfiden.

## Verwendung

Natürlich auftretender Essenit ist sehr selten und hat keine wirtschaftliche Bedeutung.
Technische Bedeutung hat Essenit als Bestandteil von Glaskeramiken, die aus industriellen Stäuben wie Flugasche, Schleifstaub oder Rotschlamm gewonnen werden können. Diese Essenit-Glaskeramiken sind sehr hart, weisen eine hohe Biegefestigkeit auf und sind chemisch recht stabil, was sie für einige technische Anwendungen interessant macht.