Davisite

La davisite (simbolo IMA: Dav^[7]) è un minerale della classe degli inosilicati estremamente raro del gruppo del pirosseno; possiede la composizione chimica idealizzata CaScAlSiO₆.

Davisite
Classificazione Strunz (ed. 10)	9.DA.15[1]
Formula chimica	CaScAlSiO6
Proprietà cristallografiche
Sistema cristallino	monoclino[2]
Parametri di cella	(minerale sintetico) a = 9,884(2) Å, b = 8,988(1) Å, c = 5,446(1) Å, α = 90°, β = 105,86(1)°, γ = 90°[3]; 465,39 ų[1]
Gruppo puntuale	2/m[4]
Gruppo spaziale	C2/c (nº 15)[2]
Proprietà fisiche
Densità calcolata	sintetico: 3,37[3]; naturale: 3,38[5] g/cm³
Colore	da incolore a grigio[5]
Opacità	trasparente[6]
Diffusione	rara
Si invita a seguire lo schema di Modello di voce – Minerale

La davisite è stata trovata solo in pochi meteoriti. È stata tra i primi minerali a cristallizzare dalla nebulosa presolare durante la formazione del sistema solare ed è stata trovata in inclusioni ricche di calcio e alluminio (CAI) di alcuni meteoriti. La località tipo è il meteorite Allende, in cui la davisite si trova insieme alla perovskite e allo spinello.^[5]

Etimologia e storia

I primi pirosseni di scandio sono stati sintetizzati e descritti nel 1978 da Haruo Ohashi del "National Institute for Researches in Inorganic Material" (NIRIM) di Sakura in Giappone.^{[8][9][3][10]}

La prima descrizione del pirosseno naturale ricco di scandio è stata fornita da Andrew M. Davis dell'Università di Chicago. Nel 1984, descrisse un'insolita inclusione di pirosseno ricco di scandio e zirconio, perovskite ricca di ittrio, spinello e hibonite nelle condriti C3 di Ornan.^[11]

Negli anni che seguirono, pochissimi altri pirosseni ricchi di scandio furono trovati, ad esempio nel meteorite Murchison nel 1996,^[12] nel CAI del meteorite Efremovka^[13] nel 2002, o nei CAI delle condriti carbonacee di Ningqiang nel 2003.^[14]

Nel 2009, venticinque anni dopo la prima descrizione di un pirosseno ricco di scandio naturale, la davisite è stata riconosciuta come minerale a sé stante dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA). Chi Ma e George R. Rossman del California Institute of Technology hanno descritto le davisite da un CAI del meteorite Allende e hanno chiamato il nuovo minerale in onore di Andrew M. Davis, il professore di cosmochimica dell'Università di Chicago che ha descritto il primo pirosseno ricco di scandio e calcio nella condrite di Ornans.^[5]

La davisite è uno dei soli circa 14 minerali di scandio conosciuti e, insieme alla jervisite, il secondo del gruppo dei pirosseni.^[15]

Classificazione

Nella classificazione strutturale dell'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA), la davisite appartiene ai pirosseni di calcio del gruppo dei pirosseni, insieme ad augite, burnettite, diopside, esseneite, petedunnite, grossmanite, hedenbergite, johannsenite, kushiroite e tissintite.^[5]

Poiché la davisite è stata riconosciuta come minerale indipendente solo nel 2008, non è elencata nell'8ª edizione della sistematica mineraria secondo Strunz, che è obsoleta dal 1977.

Nella Sistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß, che è stata rivista e aggiornata l'ultima volta nel 2018 e che si basa ancora su questa vecchia sistematica Strunz per rispetto verso i collezionisti privati e le collezioni istituzionali, il minerale è stato assegnato al sistema e nº VIII/F.01-115. In questa sistematica ciò corrisponde alla classe dei "silicati e germanati" e lì alla sottoclasse "Silicati a catena e a bande", dove la davisite insieme a egirina, egirina-augite, augite, diopside, esseneite, grossmanite, hedenbergite, giadeite, jervisite, johannsenite, kanoite, clinoenstatite, clinoferrosilite, cosmocloro, kushiroite, namansilite, natalyite, omfacite, petedunnite, pigeonite, spodumene e tissintite forma il gruppo dei "clinopirosseni" con sistema nº VIII/F.01.^[16]

Anche la 9ª edizione della sistematica minerale di Strunz, che è stata aggiornata l'ultima volta dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) nel 2024,^[17] classifica la davisite nella classe degli "Inosilicati". Tuttavia, questa è ulteriormente suddivisa in base alla struttura delle catene o bande di silicati, in modo che il minerale sia classificato in base alla sua composizione nella suddivisione "Inosilicati con catene singole di periodo 2, Si₂O₆; famiglia del pirosseno", dove, insieme ad augite, diopside, esseneite, hedenbergite, johannsenite, kushiroite e petedunnite forma il sistema nº 9.DA.15.^[1]

La classificazione dei minerali di Dana, che viene utilizzata principalmente nel mondo anglosassone, colloca la davisite nella classe dei "silicati e germanati" e lì nel dipartimento degli "inosilicati". La si trova insieme ad augite, diopside, esseneite, hedenbergite, johannsenite e petedunnite nel gruppo dei "clinopirosseni C2/c (Ca-clinopirosseni)" con il sistema nº 65.01.03a all'interno della suddivisione "Silicati a catena: Catene semplici non ramificate, W=1 con catene P=2".

Chimica

La davisite con la composizione idealizzata ${\displaystyle \mathrm {^{[M2]}Ca\,^{[M1]}Sc^{3+}\,^{[T]}(AlSi)O_{6}} }$ è l'analogo dello scandio (Sc) della kushiroite ${\displaystyle \mathrm {(^{[M2]}Ca\,^{[M1]}Al\,^{[T]}(AlSi)O_{6})} }$ e dell'esseneite ${\displaystyle \mathrm {(^{[M2]}Ca\,^{[M1]}Fe^{3+}\,^{[T]}(AlSi)O_{6})} }$, dove ${\displaystyle \mathrm {[M2],[M1]} }$ e ${\displaystyle {\ce {[T]}}}$ sono le posizioni nella struttura del pirosseno.^[5]

La composizione della davisite della località tipo è:^[5]

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M2]}Ca_{0,989}\,^{[M1]}(Sc_{0,502}^{3+}Mg_{0,165}Ti_{0,152}^{3+}Ti_{0,105}^{4+}Zr_{0,105}^{4+}V_{0,017}Y_{0,012}Fe_{0,010}^{2+}Dy_{0,003}Gd_{0,002}Er_{0,001})\,^{[T]}(Si_{1,028}Al_{0,972})O_{6}} }$

Il contenuto di magnesio è dovuto alla formazione di cristalli misti con diopside,

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}+\,^{[T]}Al^{3+}=\,^{[M1]}Mg^{2+}+\,^{[T]}Si^{4+}} }$ (diopside)

e l'incorporazione del titanio nella davisite avviene tramite due regni cristallini misti,^[18] corrispondenti alle reazioni di scambio:

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}=\,^{[M1]}Ti^{3+}} }$ (grossmanite)
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}+\,^{[T]}Si^{4+}=\,^{[M1]}Ti^{4+}+\,^{[T]}Al^{3+}} }$ (Al-buffonite)

Nella davisite sintetica, il contenuto di Al-buffonite è limitato a circa 34 mol% a 1 bar e 1420 °C.^[10]

Inoltre, la davisite forma cristalli misti con Zr-pirosseno, burnettite e kushiroite:

• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}+\,^{[T]}Si^{4+}=\,^{[M1]}Zr^{4+}+\,^{[T]}Al^{3+}} }$
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}=\,^{[M1]}V^{3+}} }$ (burnettite)
• ${\displaystyle \mathrm {^{[M1]}Sc^{3+}=\,^{[M1]}Al^{3+}} }$ (kushiroite)^[9][18]

in cui il contenuto di kushiroite non supera i circa 40 mol% a 1 bar e 1400 °C.^[9]

Abito cristallino

La davisite cristallizza con simmetria monoclina nel gruppo spaziale C2/c (gruppo nº 15) con 4 unità di formula per cella unitaria. I parametri reticolari del terminale sintetico sono a = 9,884(2) Å, b = 8,988(1)Å, c = 5,446(1)Å e β = 105,86(1)°.^[3] Anche gli studi strutturali sulle davisiti naturali sono coerenti con questi valori.^[5]

La struttura è quella del clinopirosseno. Il silicio (Si⁴⁺) e l'alluminio (Al³⁺) occupano la posizione ${\displaystyle {\ce {T}}}$ tetraedrica circondata da 4 ioni ossigeno, il calcio (Ca²⁺) occupa la posizione ottaedrica ${\displaystyle \mathrm {M2} }$ circondata da 6 ossigeni e la posizione ${\displaystyle \mathrm {M1} }$, anch'essa coordinata ottaedrica, è occupata dallo scandio (Sc³⁺).^[3]

Origine e giacitura

La davisite è stabile in un'ampia gamma di temperature e pressioni. A 1 bar, la davisite fonde in modo incongruo con ossido di scandio (Sc₂O3) e fonde al di sopra di 1530 °C. Ad alte pressioni superiori a 22 kbar, la davisite si degrada in eringaite, un granato ricco di scandio, e ossidi.^[8]

La davisite è stata finora trovata solo nei meteoriti,^[19][20] dove si trova in inclusioni ricche di calcio e alluminio (CAI). L'elevato arricchimento di elementi rari con alti punti di fusione come lo scandio, lo zirconio e vari metalli delle terre rare consente due meccanismi per la formazione della davisite. Da un lato, la davisite potrebbe essere stata uno dei primi composti a depositarsi a temperature molto elevate durante il raffreddamento della nebulosa presolare. D'altra parte, le davisite può essere un residuo del riscaldamento e della fusione dei CAI, in cui sono evaporati elementi a basso punto di fusione come sodio, magnesio e silicio.

La località tipo è il meteorite Allende, una condrite carbonacea che colpì vicino a Parral a Chihuahua, in Messico, l'8 febbraio 1969. La davisite è stata scoperta qui nei CAI, dove si trova in concomitanza con la perovskite e lo spinello. Si pensa che questo deposito si sia formato dalla condensazione precoce della nebulosa presolare.^[5]

Nella condrite C3 di Ornans, la davisite è stata rilevata nel CAI "OSCAR", insolitamente ricco di scandio. OSCAR è costituito prevalentemente da davisite con inclusioni di perovskite, spinello e hibonite, nonché granuli metallici ricchi di molibdeno, osmio e iridio.^[11]

Nella condrite CM2 di Murchison, la davisite è stata rinvenuta nel CAI "HIB-11", dove presenta anche inclusioni di perovskite e spinello, oltre a numerose piccole cavità. Il modello di distribuzione delle terre rare e degli isotopi del titanio suggerisce anche la formazione per condensazione precoce nella nebulosa presolare.^[12]

Nel CAI 101.1 del meteorite Efremovka, una condrite carbonacea del tipo CV3, la davisite si presenta come un'incrostazione di perovskite, insieme a spinello e melilite ricca di gehlenite, in cui si trovano inclusioni di nichel-ferro metallico. La storia di queste inclusioni è complessa, a partire dalla condensazione precoce di composti calcio-alluminio ricchi di scandio, zirconio e terre rare, la rifusione e l'aggregazione di varie inclusioni e la successiva ossidazione. La davisite si è formata dopo fusione parziale nella reazione della perovskite con un fuso di alluminato di calcio ricco di scandio e zirconio.^[13]

Nel CAI NQJ3-5-7 della condrite carbonacea di Ningqiang, la davisite si trova insieme all'hedenbergite come inclusione nella gehlenite.^[14]

Nel meteorite Vingarano CV3, il davisite è stato trovato insieme a diopside ricco di scandio, hexaferrum e spinello nella forsterite ameboide. La davisite racchiude qui inclusioni di eringaite e tazheranite, da cui si è formata per reazione con lo spinello o il gas della nebulosa presolare.^[21]

Forma in cui si presenta in natura

La davisite forma cristalli incolori di pochi micrometri di dimensione.