Barytocalcit ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse „Carbonate und Nitrate“ (ehemals Carbonate, Nitrate und Borate). Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung BaCa[CO3]2, ist also chemisch gesehen ein Barium-Calcium-Carbonat.
Barytocalcit entwickelt kurz- oder langprismatische, typischerweise parallel gestreifte Kristalle bis zu 5 cm Größe, seltener auch massige, spaltbare Mineral-Aggregate.
Die Typlokalität des Barytocalcits ist die „Blagill Mine“ () bei Alston in der Civil Parish Alston Moor, Unitary Authority Westmorland and Furness, Grafschaft Cumbria in England im Vereinigten Königreich.
Etymologie und Geschichte mini|links|Barytocalcit aus der „Nentsberry Haggs Mine“, Alston Moor, Cumbria, England, Vereinigtes Königreich. Stufengröße: 5,9 × 4,3 × 3,4 cm Das Mineral wurde erstmals 1824 von dem britischen Kristallographen und Mineralogen Henry James Brooke sowie dem britischen Chemiker, Mineralogen und Zoologen John George Children in einem Brief an die Herausgeber der in London erscheinenden Annals of Philosophy beschrieben. Das Material hatte Brooke von einem Mr. Broughton erhalten.
Brooke benannte das Mineral nach der durch Children ermittelten chemischen Zusammensetzung mit „Barium“ und „Calcium“ und der Tatsache, dass es sich um ein „Carbonat“ (Calcit) handelt, als Baryto-Calcite.
Typmaterial für den Barytocalcit ist nicht definiert, wie auch ein Blick in den von der „Commission on Museums“ der International Mineralogical Association (IMA) geführten „Catalogue of Type Mineral Specimen“ zeigt. Aufgrund der Entdeckung und Erstbeschreibung vor 1959 zählt Barytocalcit zu den Mineralen, die von der IMA als Grandfathered bezeichnet werden.
Die wichtigsten früher verwendeten Synonyme für Barytocalcit sind Hemidomatischer Barytocalcit, Hemiëdrites syntheticus, Hemiprismatischer Hal-Baryt und Hemiprismatischer Hal-Barytin.
Zwei in der Vergangenheit als Baryto-Calcit bezeichnete Minerale stellten sich später als andere Spezies heraus: eine von Richard Kirwan als „Barytocalcite“ benannte Phase erwies sich als Gemenge von Calcit und Baryt, während ein von James Finlay Weir Johnston als „Barytocalcite“ beschriebenes Mineral identisch mit Alstonit ist. Nicht verwechseln darf man Barytocalcit mit „Baryto-Calcit“, der lediglich eine bariumhaltige Varietät von Calcit bildet, und „Calciobarit“ oder „Calcio-Baryt“, bei dem es sich um Mischkristalle zwischen Anhydrit und Baryt mit der Formel (Ba,Ca)[SO4] handeln soll.
Klassifikation In der 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Barytocalcit zur gemeinsamen Mineralklasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort zur Abteilung der „Carbonate“, wo er der aus Alstonit, Aragonit, Cerussit, Strontianit und Witherit bestehenden „Aragonit-Reihe“ mit der System-Nr. Vb/A.04 innerhalb der Unterabteilung „Wasserfreie Carbonate ohne fremde Anionen“ angehängt wurde.
Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser veralteten Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. V/B.04-60. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies der Abteilung „Wasserfreie Carbonate [CO3]2−, ohne fremde Anionen“, wo Barytocalcit zusammen mit Alstonit, Aragonit, Cerussit, Olekminskit, Paralstonit, Strontianit und Witherit ebenfalls die „Aragonitgruppe“ (V/B.04) bildet.
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) bis 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Barytocalcit in die um die Borate reduzierte Klasse der „Carbonate und Nitrate“ und dort in die Abteilung der „Carbonate ohne zusätzliche Anionen; ohne H2O“ ein. Diese ist weiter unterteilt nach der Gruppenzugehörigkeit der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Erdalkali- (und andere M2+) Carbonate“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied die unbenannte Gruppe mit der System-Nr. 5.AB.45 bildet.
Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Barytocalcit wie die alte Strunz’sche Systematik in die gemeinsame Klasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort in die Abteilung der „Wasserfreien Carbonate“ ein. Hier ist er als einziges Mitglied in der unbenannten Gruppe 14.02.06 innerhalb der Unterabteilung „Wasserfreie Carbonate mit der Formel A+B2+(CO3)2“ zu finden.
Chemismus Mikrosondenanalysen an Barytocalcit aus dem ultrabasischen Alkaligesteins-Massiv Vuoriyärvi, Nord-Karelien, Oblast Murmansk in Russland, lieferten 18,75 % CaO; 48,92 % BaO; 1,81 % SrO; 0,50 % MgO; 29,95 % CO2 (aus der Stöchiometrie berechnet); Summe 99,93 %. Auf der Basis von sechs Sauerstoff-Atomen errechnet sich daraus die empirische Formel Ba0,92Ca1,03Sr0,08MgO0,03(CO3)2,00, die sich zu BaCa(CO3)2 idealisieren lässt. Diese idealisierte Formel erfordert 51,56 % BaO; 18,85 CaO und 29,59 % CO2. Die idealisierte Formel entspricht der offiziellen Formel der IMA für den Barytocalcit, in der Formel nach Strunz, BaCa[CO3]2, ist der Anionenverband in einer eckigen Klammer angegeben.
Mikrosondenanalysen an Barytocalcit aus Carbonat-Zeolith-Gängen (mit Manganonsiderit-Nordstrandit-Natrolith) im Chibinen-Massiv () auf der Halbinsel Kola in Russland lieferten 18,96 % CaO; 51,82 % BaO; 0,28 % SrO; 0,06 % Na2O; 29,90 % CO2 (aus der Stöchiometrie berechnet); sowie 0,00 % MgO (Summe 101,02 %). Diese Barytocalcite sind deutlich strontiumärmer als die aus Vuoriyärvi und darüber hinaus magnesiumfrei.
Bei Umgebungsdruck ist Barytocalcit in einem relativ engen Zusammensetzungsbereich stabil, wobei nur wenige Mol-% SrCO3 in diese Struktur eingebaut werden können. Die Löslichkeit von SrCO3 in Barytocalcit nimmt mit dem Druck zu, jedoch können selbst Drucke von mehr als 20 kbar nicht die 13 bis 22 Mol-% SrCO3 erklären, die in primärem Barytocalcit ais dem Murunskii-Massiv (Aldanhochland, Republik Sacha (Jakutien), Föderationskreis Ferner Osten, Russland) nachgewiesen worden sind. Im Allgemeinen sind Barytocalcite jedoch strontiumarm bis -frei. Barytocalcit mit Sr-Gehalten bis 2 Gew.-% SrO stammen aus russischen Carbonatit-Massiven. Nach Friedrich Kolbeck soll Barytocalcit stets etwas MnCO3 enthalten.
Die alleinige Elementkombination Ba–Ca–C–O bzw. die chemische Zusammensetzung BaCa(CO3)2 weisen unter den derzeit bekannten Mineralen neben dem monoklinen Barytocalcit noch der trikline Alstonit und der trigonale Paralstonit auf. BaCa(CO3)2 ist folglich polymorph. Zu den drei Mineralen mit der chemischen Zusammensetzung BaCa(CO3)2 tritt noch eine neue synthetische Phase, die wie Barytocalcit monoklin, allerdings in der Raumgruppe , kristallisiert.
Chemisch ähnlich sind z. B. Podlesnoit, BaCa2(CO3)2F2, Benstonit, Ba6Ca6Mg(CO3)13, und Carbocernait, (Ca,Na)(Sr,Ce,Ba)(CO3)2. Aus chemischer Sicht kann Barytocalcit als das Calcium-dominante Analogon zum Mg-dominierten Norsethit, BaMg(CO3)2, aufgefasst werden. Ein nur synthetisch bekanntes Analogon ist die Radium-dominierte Phase RaCa(CO3)2, die bei der Endlagerung radioaktiver Abfälle eine Rolle spielen könnte. Würde sie sich unter Endlagerbedingungen bilden, könnte sie sehr effektiv zur Verfügung stehendes Radium immobilisieren.
Mischkristallbildungen, wie z. B. mit einem hypothetischen BaSr(CO3)2-Endglied oder einem hypothetischen SrCa(CO3)2-Endglied, konnten für den Barytocalcit nicht nachgewiesen werden.
Kristallstruktur mini|200px|Räumliche Darstellung der Struktur von Barytocalcit parallel zur b-Achse. Gleiche Farblegende wie in der nebenstehenden Abbildung. mini|links|300px|Räumliche Darstellung der Struktur von Barytocalcit in der kristallographischen Standardausrichtung. Der blaue Umriss zeigt die Einheitszelle. Farblegende: Ba Ca C O
Barytocalcit kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der mit den Gitterparametern a = 8,092 Å, b = 5,2344 Å, c = 6,544 Å und β=106,05° sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.
Die Kristallstruktur des Barytocalcits wurde erstmals 1930 durch Balthasar Gossner & Franz Mussgnug bestimmt, die allerdings eine falsche Raumgruppe wählten. Seitdem wurde die Struktur mehrere Male verfeinert, u. a. durch Knut-F. Alm. Die modernste Arbeit stammt von Brian Dickens & Joy S. Bowen – nach ihren Daten wurde die nebenstehende räumliche Darstellung der Barytocalcit-Struktur gezeichnet.
Seine Kristallstruktur besteht aus Ba … CO3- sowie Ca … CO3-Ketten, beide parallel zu , wobei die Kationen Ba und Ca mit den Sauerstoff-Atomen einer Kante einer CO3-Gruppe in der Kette sowie dem Sauerstoff-Atom des Apex der benachbarten anderen CO3-Gruppe koordiniert sind. Die C(2)O3-Gruppe befindet sich in der CaCO3-Kette, die mit ihrer Ebene parallel zu (100) liegt, während die C(1)O3-Gruppe in der BaCO3-Kette liegt, deren Ebene nahezu parallel zu (101) ist – sie wird allerdings aufgrund des großen Ionenradius des Ba-Ions aus der Kette herausgedrückt. Die Ketten liegen in Schichten parallel (210), was die sehr vollkommene Spaltbarkeit des Barytocalcits in dieser Richtung erklärt.
Die Barytocalcit-Struktur weist eine … ABCABC …-Stapelung von Kationenschichten auf, die sich alle drei Schichten wiederholt. Die Calcitphase von CaCO3 hat eine ABC-Kationen-Schichtenfolge und wiederholt sich alle sechs Schichten. Im Barytocalcit existieren zwei kristallographisch unterschiedliche CO3-Gruppen, die beide nicht planar ausgebildet sind. Die Orientierungen dieser CO3-Gruppen entsprechen der Orientierung der CO3-Gruppen in der Aragonitphase des CaCO3 und sind gegenüber der Orientierung der CO3-Gruppen im Calcit um etwa 30° gedreht. Die Kationenschichtfolge in Aragonit ist … ABAB … und die Struktur wiederholt sich in jeder zweiten Schicht. Das Ca2+-Ion im Barytocalcit wird durch sieben Sauerstoffatome koordiniert (Ca), einschließlich der Kante einer CO3-Gruppe. Das Ba2+-Ion wird durch fünf Kanten und eine Spitze der CO3-Gruppen koordiniert, weist also einer 11er-Koordination mit Ba auf.
Insgesamt kann die Struktur des Barytocalcits auch so beschrieben werden, dass Schichten aus CO3-Gruppen mit Kationen-Schichten koordiniert sind. Auf diese Art zeigt sich die Verwandtschaft mit der Calcit-Struktur, wobei (201) im Barytocalcit (001) im Calcit entspricht.
Eigenschaften Morphologie Barytocalcit bildet gewöhnlich nach der Achse kurz- bis langprismatische Kristalle oder auch nach der c-Achse kurzprismatische sowie isometrische Kristalle. Die Kristalle weisen zumeist auf den Flächen zweier Formen eine deutliche Streifung auf. Die Flächen der Form {100} sind vertikal, die in der Zone [21:12] parallel der Zonenachse gestreift. Die wichtigsten zur Tracht des Barytocalcits gehörenden Flächenformen sind {100} mit Streifung nach , {11}, {31} mit Streifung nach , {51} sowie {210}. Untergeordnet treten auch {001}, {110} und {101} auf. Trachtbestimmend sind {100}, {31} oder {11}. Die Kristalle erreichen Größen bis zu 5 cm. Es dominieren die Flächen der Zone [121:12], so dass die Kristalle in der Richtung dieser Zonenachse prismatisch verlängert sind (vergleiche die Kristallzeichnung von Alfred Des Cloizeaux). An den Enden der Kristalle finden sich die Formen {100} und {110} mit meist nur kleinen Flächen.
Bekannt sind epitaktische (orientierte) Verwachsungen mit Baryt derart, dass Baryt mit {001} parallel auf Barytocalcit mit {001} zu liegen kommt (vgl. dazu auch die nebenstehende Abbildung). Es existieren auch Epitaxien von Calcit auf Barytocalcit, wobei die Flächen (101), (101) und (011) des Calcits ungefähr parallel zu (101), (11) und (1) des Barytocalcits liegen. Aus der „Blagill Mine“ kennt man auch Witherit-Kristalle in parallelen Verwachsungen mit Barytocalcit. Schließlich wurde unter Laborbedingungen ein Parallelwachstum von Natriumnitrat auf allen Spaltflächen von Barytocalcit-Kristallen – m (110) und c (001) – erreicht.