PAPP GÁBOR

Az év ásványa: a gránát


Az amerikai Time magazin 1927-ben adományozta először „az év embere” címet. Az első természetesen egy amerikai, éspedig Charles Lindbergh (1902–1974) óceánrepülő volt, a konkrét személyek közt máig a legfiatalabb, aki e címet megkapta. Talán a globalizáció – és, ha úgy tetszik, amerikanizáció – hatására is, azóta megszaporodtak a hasonló címek. Magyarországon már 1979 óta megválasztják az év madarát, 1996 óta az év fáját és így tovább. Míg az „év embere” elvileg az lesz, aki a legnagyobb hatással volt az adott év történéseire, tehát igencsak ismert és jelentős személyiség, az „év madara” és a hasonló címek arra szolgálnak, hogy megismertessék a kiválasztottat a nagyközönséggel, és ezáltal a természeti értékekre irányítsák a figyelmüket. 2015-ben a földtudományok is csatlakoztak ehhez a kezdeményezéshez, és sor került az év ásványának, valamint az év ősmaradványának a megválasztására.

A 2016-os év ásványa, a gránát kétségkívül rászolgált erre a megtisztelő címre: mondhatjuk úgy, nemcsak szép, hanem okos is. Szép, hiszen sok és változatosan színezett drágakőváltozata van, és okos, hiszen kristályait korunk kifinomult műszereivel és eljárásaival megvizsgálva befogadó kőzeteinek története feltárható. De nemcsak szép és okos, hanem ügyes is: a történelem során különböző felhasználási területeken segítette az emberiséget.

Mint ahogy „Az év embere” nem feltétlenül egy konkrét személy (például 1956-ban „a magyar szabadságharcos” volt az), az év ásványa sem egy konkrét példány, sőt, a gránát esetében még csak nem is egy bizonyos ásvány, hanem egy ásványcsoport. A mineralógiában hagyományosan a gránátok közé sorolt legismertebb ásványok olyan szilikátok, amelyeknek általános képlete X3Y2Z3O12, ahol X kétértékű fém vagy alkáliföldfém (Fe, Mg, Ca, Mn), Y háromértékű fém (Al, néha Fe vagy Cr), Z szilícium (Si). Már az X3Y2(SiO4)3 alakban írt képlet jelzi, hogy a gránátszerkezetben a szilikáttetraéderek egymással nem kapcsolódnak, tehát a gránátok a szigetszilikátok közé tartoznak.

Egy szerkezet és következményei

A gránátszerkezetet koordinációs poliéderes modelljét egymással csúcsaikkal érintkező SiO
4 tetraéderek és YO6 oktaéderek építik fel, az X(II) kationokat nyolc O koordinálja torzult kockaszerű elrendeződésben (1. ábra). Ez a szerkezet a legtöbb szilikátos kőzetalkotó ásványéhoz képest „nyomásálló”, így a gránát a földköpenyben jelentős mélységig (~670 km; ~2000 °C, ~25 GPa) stabilis. A szerkezeti tömöttsége miatt a gránátok sűrűsége nagy, aminek a lemeztektonikai mozgások mechanikájában tulajdonítanak jelentőséget. 

1. ábra. A gránátszerkezet koordinációs poliéderes modellje. A poliédercsúcsokat a piros oxigének jelölik ki. Az X3Y2Z3O12 képletet tekintve a világoskék gömbök az X(II) kationnak felelnek meg, a zöld oktaéderek középontjában az Y(III), a kék tetraéderekben a Z(IV) kation ül (Patrick Woodward [Ohio State University] szívességéből)

A szerkezetet általánosítható, vagyis a tetraéderes Z pozíciókban Si helyett egyéb kationok is ülhetnek (például V, As, Zn), sőt az anion is lehet O helyett F. Az így definiált gránát szerkezeti csoportba a szilikátok mellett már különböző ritka tellurát-, arzenát-, vanadát- és oxidásványok is tartoznak. 

A gránátszerkezetű természetes anyagok (ásványok) mellett mesterségesek is léteznek. Ezek közül a legismertebbek az ittrium-alumínium-gránát (YAG, Y3Al2Al3O12) és a gadolínium-gallium-gránát (GGG, Gd3Ga2Ga3O12), melyek megfelelően adalékolva a lézertechnikában alkalmazhatók. Megemlíthetők még az olyan mágneses gránátok, mint az ittrium-vas-gránát (YIG, Y3Fe2Fe3O12), valamint az akkumulátortechnikai kutatások egyik ígéretes anyagcsoportja, a tetraéderes pozícióban Li-ot tartalmazó lítium-oxid-gránátok. 

Néhány fontosabb szilikátgránátról

A pirop [X = Mg, Y = Al], mely nevét vérvörös színéről kapta (püróposz ógörögül tűzszemű), a Föld köpenyéből eredő ultrabázisos kőzetekben (peridotitokban) és igen nagy nyomású (UHP) metamorfitokban található, az utóbbi kőzetekben deciméteres, de csaknem színtelen kristályokat is alkothat. A csehgránát név eredetileg a csehországi szerpentinesedett peridotitokból származó, jóval kisebb szemcséket jelölte, melyeket a késő középkor óta használnak ékszerkészítésre. A csaknem egyharmadrésznyi almandin összetevőt tartalmazó, rózsaszínes-lilás elegykristályait a rodolit (rodon = rózsa, lithosz = kő) drágakőnévvel illetik. 

A leggyakoribb gránát, az almandin [X = Fe(II), Y = Al] szép példányait régóta drágakőként hasznosítják. Jelen tudásunk szerint almandinok a magyar korona abroncsán és függőin lévő vörös kövek is. Maga az ásványnév ókori eredetű, a Plinius által is feljegyzett „alabandai kő” (lapis alabandicus) megjelölésből származik, de korántsem biztos, hogy erre az ásványra vonatkozott. Az almandin jellegzetes képződési környezetét egyes metamorf kőzetek (csillámpala, gneisz, granulit, eklogit) jelentik, de magmás kőzetekben (pl. gránitok) is képződhet. Ilyen eredetűek a Börzsöny hegység andezites vulkáni kőzeteinek eróziója nyomán a patakok hordalékába került almandinkristályok. 

A narancsvörös spessartin [X = Mn(II), Y = Al] németországi típuslelőhelyéről, a Spessart hegységről kapta nevét (2. ábra). SiO2-dús magmás kőzetekben (gránit, riolit), illetve magmás benyomulások által vagy regionális metamorfózis hatására átalakított mangángazdag kőzetekben található. 


2. ábra. Spessartin, Pakisztán. Gál László gyűjteménye (Tóth László felvétele)

A smaragdzöld uvarovit [X = Ca, Y = Cr(III)] Szergej Szemjonovics Uvarov (1786–1855) orosz oktatásügyi miniszter, akadémiai elnök nevét viseli. Ritka ásvány, krómitot (FeCr2O4-) tartalmazó szerpentinitek, illetve karbonátos üledékek hidrotermális átalakulása során keletkezik. 

A grosszulár [X = Ca, Y = Al] fölöttébb változatos színű lehet, így egreszöld is (egres = Ribes grossularia). Jellegzetes előfordulásai a magmás benyomulásokkal érintett karbonátos kőzetekben találhatók. Több drágakő-minőségű változata van, régóta ismert a fahéjbarna hesszonit (az ógörög ésszón = alsóbbrendű szóból, mert más gránátokhoz és a hasonló színű cirkonváltozathoz, a hiacinthoz képest a színe halványabb és a sűrűsége kisebb). A fűzöld tsavoritot alig ötven éve, 1967-ben fedezték fel a tanzániai Tsavo Nemzeti Park közelében. 

Az andradit [X = Ca, Y = Fe(III)], mely José Bonifácio de Andrade e Silva (1763–1838) brazil mineralógus, költő és államférfi nevét viseli. Drágakőváltozatai a fekete melanit (melasz ógörögül = sötét, fekete), a sárgászöld demantoid, mely nevét erős fénye miatt kapta, valamint a színében a nevét adó drágakőhöz hasonló sárgásbarna topazolit. Leggyakoribb előfordulásai megegyeznek a vele gyakran elegykristályokat alkotó grosszuláréival. 

A nagy nyomáson és hőmérsékleten stabilis majorit [X = Mg, Y = (MgSi)0,5] érdekessége, hogy benne a szilícium az oktaéderes koordinációba is belép. A meteoritokban felfedezett ásvány amilyen ritka a Föld felszínén, olyan fontos a földköpenyben: a növekvő mélységgel a piroxének instabillá válnak és a majoritos összetételű gránáttá alakulnak. A híres petrológus, A. E. Ringwood számításai szerint kb. 410–660 km mélységben a köpeny anyagának 1/3-át a majoritos összetételű gránát alkotja. Az ásványt a Ringwood kísérleteiben segédkező technikusról, Alan Majorról nevezték el. 

A szilikátgránátok sajátos csoportját képezik a „hidrogránátok”, bennük az SiO4-et (OH)4 helyettesíti. Legismertebbek és leggyakoribbak a grosszulár Ca3Al2Si3O12 – katoit Ca3Al2(OH)12 elegysor tagjai, melyek többnyire magmás kőzetek és márga érintkezésén, illetve átalakult ultrabázisos kőzetekben keletkeznek. Mesterséges megfelelőik a cement, de különösen a bauxitcement hidratálása során képződnek. 

A „sokoldalú” gránát

A gránát sajátalakú kristályai feltűnően „sokoldalúak”, pontosabban mondva soklapúak. A gránátkristályokon ugyanis a szimmetriaosztályukban lehetséges formák közül csak ritkán jelenik meg a hatlapú kocka vagy a nyolclapú oktaéder. Leggyakoribb formájuk a rombtizenkettős és a deltoidhuszonnégyes (2. ábra), illetve ezek együttes megjelenése (kombinációja, 3. ábra), de olykor még a Móra Ferenc novellájából tetrakontaoktaéder néven ismert negyvennyolc lapú forma, a hexakiszoktaéder is látható rajtuk. A formagazdag kombinációk még a jól kristályosodott gránátoknak is gömbszerű megjelenést kölcsönöznek. Sokszor azonban eleve csak kristálylapok nélküli gömbölyded szemcsék találhatók az anyakőzetben. A befogadó kőzetükből kimállott gránátkristályok – vegyileg ellenállóak lévén – nagy távolságokat tehetnek meg, és a hordalékban koptatódva előbb-utóbb a legszebb kristályok is gömbölyded szemcsékké kopnak. A végső soron a latin granum (szem, mag) szóból eredő név tehát nagyon jól illik ezekre a gránátszemcsékre – de e középkori latin eredetű névadást nemcsak az alak, hanem a szín is ihlette. A régóta drágakőként használt pirop és almandin színe a gránátalma, a malum granatum magvai és virága vöröséhez hasonlít.

3. ábra. Grosszulár (hesszonit), Kanada. Gál László gyűjteménye (Tóth László felvétele)

A sokszínű gránát

Az egyes gránátfajok, amint fentebb említettük, nemcsak szép kristályaikkal, hanem változatos színezésükkel is felhívják magukra a figyelmet. Csaknem teljesen benépesítik a színképi skálát: felöltik a vörös árnyalatait a narancstól a vérvörösön át a lilásig, a sárga, a zöld, sőt ritkán a kék színt is. De lehetnek fehérek, feketék és különböző árnyalatú barnák is. A gránát szerkezetébe beépülő, egymást különböző mértékben helyettesítő kationok közül a változatos színezésért a Fe(II), Mn(II), a Fe(III), Cr(III), V(III) és a Ti(IV) a felelős. Amint más ásványoknál sem ritka, ugyanaz a helyettesítő elem más gránátban (tehát más kristálykémiai környezetben) más színeződést eredményez, például a Cr(III) a piropban lilás, az andraditban zöld színt. Ritkán az úgynevezett alexandrithatás is felléphet, vagyis ugyanazon példány a megvilágítástól függően (napfény vagy műfény) eltérő színben pompázhat. Másfajta „extrát” nyújtanak a csillaggránátok, a színes gránátok szó szerinti „sztárjai”. E gránátokon a rutil (TiO2) szerkezetileg orientáltan elhelyezkedő finom tűinek köszönhetően – pontszerű fényforrással megvilágítás esetén – négy-, illetve hatágú csillag rajzolódik ki.

Sokat tapasztalt gránátok történetei

Az anyakőzetükben néha évmilliókon vagy évtízmilliókon átívelő folyamatok során növekedő gránátkristályok magukba zárják a képződési környezetük változásait tükröző bizonyítékokat. Az eltérő vegyi, illetve izotópos öszszetételű növekedési zónák (4. ábra) elemzésével visszakövetkeztethetünk a képződési körülményekre és folyamatokra. Természetesen nemcsak az évgyűrűszerűen zavartalan növekedés, hanem a repedések, a deformációk, a visszaoldódás, a diffúziós folyamatok jelei is mind-mind értékes információkat szolgáltatnak az értő szemű és megfelelő műszerezettséggel rendelkező geológusoknak. A szélesebb növekedési zónáknak ma már nemcsak fő alkotó elemei vizsgálhatók, hanem a ritkaelem-összetételük is, így koruk is meghatározható a radioaktív izotópok bomlásán alapuló Sm/Nd és Lu/ Hf geokronológiával, az előbbi eljárással ±1 millió éves pontosság is elérhető.


4. ábra. Zónás andraditkristály. Az alumíniumtartalom változása, pásztázó elektronmikroszkóppal készített hamisszínes képen (Charles A. Geiger [Universität Salzburg] szívességéből)

A gránát mint ékkő

A gránátfajok bemutatásánál is láthattuk, hogy a gyakoribb gránátok mindegyikének van drágakőváltozata. A vörös gránátokat régóta csiszolják ékkőnek. Az egykor karbunkulus (latinul: izzó széndarab) néven ismert drágakövek a rubin és a spinell mellett gránátok is lehettek (almandin, esetleg pirop). Amint Kecskeméti W. Péter 1660-ból származó kéziratos ötvöskönyvében is olvasható: „noha az karbunkulusok nemei közzé való, de mindeniknél alá való és homályosb (…), mert ollyan az gránát, mint ha az rubinton valami homályos köd fekünnék, vagy zordon szabású temérdek veres szint mutat, avvagy mint ha az rubintot bekented volna valami zsírral.” A kora középkorban a rekeszdíszes (cloisonné) almandin ékszer dívott, az 1500-as évektől a már fazettázott (lapokra csiszolt) pirop (csehgránát, 5. ábra) terjedt el, mely fénykorát a XIX. században élte. A divat azonban változik, ma a sárgás és zöldes kövek is keresettek, sőt keresettebbek, mint a vörösek. A ma malaja néven forgalmazott rózsás narancsszínű pirop-almadin-grosszulár elegykristályt a hetvenes évek elején a tanzániai drágakő-kereskedők még undorral dobtak vissza a bányásznak (szuahéliül malaya = kitaszított, prostituált), jelenleg a jó minőségű kő karátonként 300–400 dollárt is ér.


5. ábra. Csehgránát (pirop) ékszer
(Clarisse Shechter, a BeJewelled tulajdonosa [Rubylane.com] szívességéből)

Kemény és jó vágású

A gránát valamivel keményebb a kvarcnál, szintén nem hasad, hanem kagylós felületek mentén törik, szemcséi izometrikusak, nagy mennyiségben előfordul, így nem meglepő, hogy ipari ásványként az abrazív eljárások fontos segédanyaga. Homokfúvásos felülettisztítási technológiákban és vízsugaras vágásnál egyaránt alkalmazzák. A famegmunkáláshoz előszeretettel alkalmaznak gránát anyagú csiszolópapírt. Az ásvány, vegyileg és fizikailag ellenálló és nagy sűrűségű lévén, nagy mennyiségben dúsulhat fel tengerparti torlatokban. E gránáthomokból nyerhető ki a legolcsóbban, de szemcséi koptatottak. A metamorf kőzetekből kitermelt és törőkben előkészített, friss törésű gránátszemcsék jobb minőségű, de drágábban előállítható nyersanyagot jelentenek. Itt említjük meg, hogy a Kárpát-medencei aranymosók a folyami hordalékokban a gránátszemcsék feldúsulása által vörösre festett „vezetőszinteket” keresték, mert azok volt általában az aranyban legdúsabb rétegek.

 6. ábra. Almandinkristályok a Börzsönyből (Papp Gábor felvétele)


Természet Világa, 147. évfolyam, 2. szám, 2016. február
http://www.termeszetvilaga.hu