Cafarsit ist ein sehr selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung (Ca7,8Na0,8Mn0,5REE0,4)Σ=9,5(Ti3,9Fe3+2,1Fe2+0,9Mn2+0,1)Σ=7,0(AsO3)14F0,5 und damit chemisch gesehen ein Calcium-Natrium-Titan-Eisen-Arsenit mit zusätzlichen Fluor-Ionen.
Cafarsit kristallisiert im kubischen Kristallsystem und entwickelt im Allgemeinen kuboktaedrische oder dodekaedrische Kristalle bis etwa drei Zentimeter Größe. Die Oberflächen der nur in dünnen Splittern durchscheinenden Kristalle zeigen bei frischen Proben einen starken, halbmetallischen Glanz.
Die Typlokalität von Cafarsit ist das Gebiet Wannigletscher – Westflanke des Scherbadung (Monte Cervandone) () im Kriegalptal, einem sich nach Südosten erstreckenden Seitental des Binntals im Kanton Wallis in der Schweiz. Hier konnte das Mineral in Form bis 4,5 cm großer, flächenreicher Kristalle gefunden werden, deren tragende Form vom Hexaeder {100}, vom Oktaeder {111} oder vom Pentagondodekaeder {310} gebildet wird. Auf der Kluftwand oder auf anderen Mineralen sitzen für gewöhnlich Einzelkristalle des Minerals. In der Goldlagerstätte „Hemlo“ in Ontario/Kanada tritt Cafarsit hingegen in Form von derben, feinkörnigen Aggregaten auf.
Etymologie und Geschichte mini|links|Kuboktaedrischer Cafarsit-Kristall aus dem Gebiet Wannigletscher-Scherbadung, Kriegalptal, Binntal, Wallis, Schweiz (Größe: 2,5 cm × 1,6 cm × 1,5 cm)
Das später Cafarsit benannte Mineral ist erstmals im Jahre 1880 aus der Lärcheltini-Zone, Binntal, Wallis, Schweiz, beschrieben worden:
Heinrich Adolph Baumhauer schlug 1913 für das kubisch kristallisierende Vorläufermineral des auch von ihm als Pseudomorphose betrachteten rostbraunen Minerals den Namen Arsenoferrit vor. Noch Henri Balder beschrieb den Arsenoferrit in Form von maximal 2 cm großen Kristallen, die von etwas verändertem Pyrit schwer zu unterscheiden und mit Quarz, Adular und Hämatit vergesellschaftet sind. Dieses Mineral glaubten auch William F. Foshag & Maxwell Naylor Short im Jahre 1930 in Erzen aus Jáchymov, Tschechien, gefunden zu haben – jedoch konnte Martin J. Buerger das von ihnen beschriebene Mineral als Löllingit identifizieren, der bekanntlich im orthorhombischen System kristallisiert. Der Name Arsenoferrit wurde damit hinfällig und das hypothetische Mineral verschwand von der mineralogischen Landkarte.
Am 16. September 1963 fand der schweizerische Mineraloge und spätere Professor am Mineralogisch-Petrographischen Institut der Universität Basel Stefan Graeser in Klüften der Zweiglimmergneise der nach dem Monte Leone benannten Monte-Leone-Decke im Gebiet Wannigletscher – Scherbadung zwei unbekannte Minerale, von denen eines bis 3 cm große, dunkelbraune kubische Kristalle mit rauen Oberflächen und das andere zitronengelbe, 0,5 mm große Tafeln bildet. Bereits nach ersten chemischen und röntgendiffraktometrischen Untersuchungen stellten sich beide als neue Minerale heraus. Diese Arbeiten standen in Zusammenhang mit Untersuchungen zur Klärung der Herkunft der arsenhaltigen Lösungen, die an der Entstehung der Arsen-Sulfosalze der Lagerstätte Grube Lengenbach beteiligt waren.
Nach intensiven weiteren Untersuchungen wurde das dunkelbraune kubische Kristalle bildende Mineral der International Mineralogical Association (IMA) vorgelegt, die es 1965 als neues Mineral anerkannte. Im Jahre 1966 erfolgte die wissenschaftliche Erstbeschreibung dieses Minerals durch Stefan Graeser im schweizerischen Wissenschaftsmagazin Schweizerische mineralogische und petrographische Mitteilungen als Cafarsit (). Der Autor benannte es nach den wichtigsten an der Zusammensetzung des neuen Minerals beteiligten chemischen Elementen Calcium (Ca), Eisen () (F) und Arsen (Ars) als CaFArs-it. Die Identität von Cafarsit mit dem Arsenoferrit aus dem Kollergraben (Chollergraben) der Lärcheltini-Zone hatte bereits Stefan Graeser in der Typpublikation angenommen – endgültig erwies sie sich bei Untersuchungen von Arsenoferrit-Kristallen aus Museumssammlungen in den 1970er Jahren.
In der Typpublikation war der Cafarsit noch als wasserhaltiges Arsenat angesehen worden. Erst 1977 konnten Andreas Edenharter und Kollegen zeigen, dass der Cafarsit kein Arsenat mit der funktionellen [As5+O4]3−-Gruppe, sondern ein Arsenit mit der sauerstoffärmeren funktionellen [As3+O3]3−-Gruppe darstellt. Dass das Mineral kein Kristallwasser, sondern Fluor-Ionen enthält, ist sogar erst 2018 von zwei verschiedenen Arbeitsgruppen gezeigt worden.
Das Typmaterial für Cafarsit (Holotyp) wird unter der Katalognummer SG749 in der Sammlung des Naturhistorischen Museums Basel, Schweiz, aufbewahrt. Eine weitere Typstufe befindet sich in der Sammlung des Natural History Museum in London, Vereinigtes Königreich (Sammlungsnummer 1966,434).
Bereits im Sommer 1965 fand der Strahler Anton Imhof aus Binn auf der italienischen Südostseite des Scherbadung (korrekterweise also am Monte Cervandone) Kristalle von über 3 cm Kantenlänge und einem Gewicht von maximal 48 Gramm.
Klassifikation In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Cafarsit zur Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und dort zur Abteilung „Wasserfreie Phosphate, Arsenate und Vanadate mit fremden Anionen“, wo er zusammen mit Bøggildit, Brasilianit und Lacroixit sowie dem Cirrolit (auch Kirrolith) mit zweifelhaftem Mineralstatus die „Kirrolith-Brasilianit-Gruppe“ mit der Systemnummer VII/B.12 bildete.
Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich im Aufbau noch nach dieser alten Form der Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. IV/J.04-020. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies der Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort der Abteilung „Arsenite (mit As3+)“, wo Cafarsit zusammen mit Armangit, Ekatit, Magnussonit, Segerstromit, Tooeleit und Zimbabweit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer IV/J.04 bildet.
Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Cafarsit ebenfalls in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Arsenite, Antimonite, Bismutite, Sulfite, Selenite und Tellurite“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach der möglichen Anwesenheit von Kristallwasser und/oder zusätzlicher Anionen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Arsenite, Antimonide, Bismutide, ohne zusätzliche Anionen, mit H2O“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe 4.JC.05 bildet.
Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Cafarsit wie die veraltete Strunz’sche Systematik in die Klasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und dort in die Abteilung der „Sauren und normalen Antimonite, Arsenite und Phosphite“ ein. Hier ist er als einziges Mitglied in der unbenannten Gruppe 45.01.04 innerhalb der Unterabteilung „Saure und normale Antimonite, Arsenite und Phosphite mit verschiedenen Formeln“ zu finden.
Chemismus Achtzehn Mikrosondenanalysen an Cafarsit von der Typlokalität lieferten 11,91 % TiO2; 0,07 % V2O3; 8,06 % FeO; 1,62 % MnO; 16,65 % CaO; 0,95 % Na2O; 0,12 % SnO2; 56,87 % As2O3; 0,56 % Y2O3; 0,17 % La2O3; 0,95 % Ce2O3; 0,15 % Pr2O3; 0,46 % Nd2O3 (Summe 98,56 %), woraus sich auf der Basis von 16,5 Kationen bzw. 14 Arsen-Atomen pro Formeleinheit die empirische Formel (Ca7,79Na0,81Mn0,50REE0,40)Σ=9,50(Ti3,91Fe3+2,1Fe2+0,9Mn2+0,10)Σ=7,0(AsO3)14F0,5 errechnen lässt.
Die erste, am Institut für Kristallographie und Petrologie der ETH Zürich durchgeführte Analyse durch P. Thommen und Max Weibel ergab 13,0 % CaO; 5,0 % MnO; 11,0 % Fe2O3; 8,5 % TiO2; 60,0 % As2O5 und 2,4 % H2O (Summe 99,9 %). Diese Analyse war von Graeser zur theoretischen Zusammensetzung Ca5,6Fe3,3Ti2,5Mn1,7(AsO4)12·4H2O vereinfacht worden, welche 13,14 % CaO; 5,15 % MnO; 11,31 % Fe2O3; 8,52 % TiO2; 58,81 % As2O5 und 3,07 % H2O (Summe 100,00 %) erfordert hätte. Im Gegensatz zur Typpublikation und zur ersten Arbeit über die Kristallstruktur des Cafarsits von Andreas Edenharter und Kollegen im Jahre 1977 haben Georgia Cametti und Kollegen (2018) am Cafarsit von der Typlokalität rund 2,5 Gew.-% REE2O3 mit hauptsächlich Cer sowie Yttrium, Lanthan, Praseodym und Neodym nachgewiesen. Yttrium war in der Typpublikation zwar qualitativ über Röntgenfluoreszenzanalyse, nicht aber bei der quantitativen nasschemischen Analyse festgestellt worden.
Im Verlaufe der zahlreichen Arbeiten über die chemische Zusammensetzung des Cafarsits hat sich gezeigt, dass Cafarsite von unterschiedlichen Fundorten zum Teil beträchtliche Variationen in ihrer chemischen Zusammensetzung zeigen. Cafarsit von „Hemlo“ in Ontario/Kanada weist im Gegensatz zu den Cafarsiten aus schweizerischen und italienischen Fundorten hohe Gehalte an Vanadium und Mangan (4,7 % V2O3; 6,3 % MnO), etwas Aluminium (0,7 % Al2O3) sowie keine nachweisbaren REE-Gehalte auf. Die Cafarsite aus den Alpen zeigen hingegen deutliche REE-Gehalte sowie kaum Vanadium. Sie sind auch manganärmer als Cafarsit aus „Hemlo“ – jedoch besitzen die Cafarsite aus dem Mättital wesentlich höhere Mangan-Gehalte als diejenigen aus der Lärcheltini-Zone. Ferner sind die alpinen Cafarsite chemisch nicht homogen. Sie lassen mit zwei Wachstumsgenerationen mit jeweils unterschiedlichen REE-Gehalten einen charakteristischen zonaren Aufbau erkennen.
Die Elementkombination Ca–Na–Ti–Fe–As ist unter den derzeit bekannten Mineralen einzigartig; damit existieren keine Minerale, die eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Cafarsit aufweisen.
Kristallstruktur mini|Kristallstruktur von Cafarsit in kationenzentrierter polyedrischer Darstellung und Standardorientierung. Farblegende: As Ca Ti Fe Mn O F
Bereits in der Typpublikation wurde Cafaesit als kubisch-disdodekaedrisch erkannt. Auch neueste Untersuchungen zeigen, dass Cafarsit im kubischen Kristallsystem in der mit dem Gitterparameter a = 15,9614 Å sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle kristallisiert.
Entsprechend den ersten Vorstellungen bestand die Kristallstruktur des Cafarsits aus trigonalen AsO3-Pyramiden, die mit MΦ4–6-Polyedern verbunden sind, wobei für „M“ Ca, Ti, Fe und Mn stehen. Obwohl das Mineral als hydratisiert angesehen wurde, konnte keine Position für das H2O-Molekül in der verfeinerten Struktur lokalisiert werden; darüber hinaus war im entsprechenden Strukturmodell auch kein Raum vorhanden, in dem potentielle H2O-Moleküle Platz finden.
Im neuesten, von der IMA verwendeten Modell besteht die Struktur des Cafarsits ebenfalls aus trigonalen AsO3-Pyramiden, die mit MO6-Polyedern (M = Ca,Mn, Fe, Ti) verknüpft sind. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten ist im Strukturmodell eine F-Position enthalten. Vier Ca1-Atome bilden hier ein Pseudo-Tetraeder um das Fluor-Ion. Die MO6–8-Polyeder sind mit den trigonalen AsO3-Pyramiden verbunden. Die Ca1-Position ist siebenfach koordiniert mit sechs O-Positionen (3 × O7 und 3 × O2) sowie einer F-Position, die in den bisherigen Strukturverfeinerungen noch nicht nachgewiesen war.