Zirkon ist ein Mineral aus der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ mit der chemischen Zusammensetzung Zr[SiO4] und damit chemisch gesehen ein Zirconium-Silikat, das strukturell zu den Inselsilikaten zählt. Sehr typisch sind zum Teil hohe Gehalte an Hafnium, Uran, Thorium, Yttrium, Cer und anderen Metallen der Seltenen Erden (Rare Earth Elements, REE). Zirkon bildet eine lückenlose Mischkristallreihe mit seinem wesentlich selteneren hafniumdominanten Analogon Hafnon. Reidit ist eine Hochdruckmodifikation von Zirkon.
Das Mineral kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist kurzprismatische Kristalle mit quadratischem Querschnitt und pyramidalen Kristallenden sowie Kristalle mit dipyramidalem Habitus. Die meist eingewachsenen, nur selten aufgewachsenen Kristalle können bis zu 30 cm Größe erreichen. Zirkon findet sich ferner in radialstrahligen Aggregaten, unregelmäßigen Körnern, massiv sowie in Form von abgerollten, stark verrundeten Kristallen. In reiner Form ist Zirkon farblos und durchsichtig. Durch vielfache Lichtbrechung aufgrund von Gitterfehlern oder polykristalliner Ausbildung kann er aber auch weiß erscheinen, wobei farblose bis weiße Zirkone nur selten zu finden sind. Meist nimmt das Mineral durch verschiedene Fremdbeimengungen eine graue, braune bis rotbraune und seltener auch gelbe, grüne oder blaue Farbe an.
Exemplare, die aufgrund ihrer Größe und Reinheit Edelsteinqualität zeigen, sind aufgrund ihres diamantähnlichen Glanzes ein beliebter Ersatz für Diamanten. Zirkon ist nicht zu verwechseln mit dem synthetisch hergestellten Zirkonia (Formel: ZrO2, Zirconium(IV)-oxid), der ebenfalls als Schmuckstein und Diamantimitation dient.
Etymologie und Geschichte mini|links|Roter Zirkon von einem unbenannten Fundort in Pakistan Der Name Zirkon stammt entweder vom arabischen zarqun für „Zinnober“ oder vom persischen زرگون zargun für „goldfarben“. Verändert finden sich diese Bezeichnungen im Namen Jargon wieder, womit helle Zirkone benannt worden sind.
Der seit der Antike verwendete Name Hyacinth (Hyazinth) bezog sich ursprünglich auf ein blaues oder violettes Mineral. Er stammt vom griechischen Wort Υάκινθος hyakinthos für „Jüngling“ – in der griechischen Mythologie war Hyakinthos eine Blume, die aus dem Blut des gleichnamigen Jünglings entstand. Schon im Jahre 300 vor Christi Geburt war das Mineral von Theophrastos von Eresos nach dem griechischen Wort λυγκύριον lyncurion als Lyncurion bezeichnet worden. Ein mit dem heutigen Zirkon wahrscheinlich identisches Mineral nannte Plinius der Ältere in seiner um 77 n. Chr. entstandenen Naturgeschichte (Naturalis historia) Chrysolithos. Von Georgius Agricola 1546 als Hyacinthus und von Barthélemy Faujas de Saint-Fond 1772 als Hyacinthe bezeichnet.
Jean-Baptiste Romé de L’Isle bildete als Erster die charakteristische Kristallform des Zirkons mit Prisma und Pyramide ab und unterschied säulig-gestreckte und pseudorhombendodekaedrische Varietäten. Martin Heinrich Klaproth wies darauf hin, dass Romé als Erster des Jargon de Ceylan „als einer besondern Steinart … gedacht“ hatte. Erstmals als Zirkon (Silex Circonius) bezeichnet wurde das Mineral 1783 durch Abraham Gottlob Werner, dessen Schüler Christian August Siegfried Hoffmann den Zirkon in das von ihm nach den Vorträgen von Werner verfasste „Handbuch der Mineralogie“ aufnahm.
Martin Heinrich Klaproth analysierte im Jahre 1789 gelbgrüne und rötliche Zirkone von Ceylon (heute Sri Lanka) und entdeckte darin „eine bisher unbekannte, selbständige, einfache Erde“, der er den Namen „Zirkonerde“ (Terra circonia) gab. Dieselbe Erde fand Klaproth in einem Hyazinth von Ceylon, wodurch sich Zirkon einerseits und Hyazinth andererseits „als zwei Arten oder Gattungen eines eigenthümlichen Steingeschlechts“ erwiesen; die neue Erde könnte eventuell auch „Hyacintherde“ genannt werden. Erst René-Just Haüy vereinigte Hyazinth und Zirkon bei exakter Bestimmung der Kristallformen zu einem einzigen Mineral. Das chemische Element Zirconium isolierte erstmals der schwedische Mediziner und Chemiker Jöns Jakob Berzelius.
Im Typmineralkatalog der International Mineralogical Association (IMA) wird als Typlokalität (Fundort des Materials der Erstbeschreibung) für den Zirkon zwar Sri Lanka angegeben, allerdings gibt es keine entsprechend definierten Mineralproben (Typmaterial) beziehungsweise ist deren Aufbewahrungsort nicht dokumentiert.
Da der Zirkon bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt und als eigenständige Mineralart anerkannt war, wurde dies von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet den Zirkon als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral. Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Zirkon lautet „Zrn“.
Klassifikation In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Zirkon zur Mineralklasse der „Silikate“ und dort zur Abteilung „Inselsilikate (Nesosilikate)“, wo er gemeinsam mit Coffinit, Thorit und Thorogummit (diskreditiert) in der „Zirkon-Reihe“ mit der Systemnummer VIII/A.07 steht.
In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer VIII/A.09-010. Dies entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikate mit [SiO4]-Gruppen“, wo Zirkon zusammen mit Atelisit-(Y), Coffinit, Hafnon, Reidit, Stetindit-(Ce), Thorit und Thorogummit die „Zirkongruppe“ mit der Systemnummer VIII/A.09 bildet.
Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Zirkon in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung „Inselsilikate (Nesosilikate)“ ein. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung „Inselsilikate ohne zusätzliche Anionen; Kationen in oktaedrischer er- und gewöhnlich größerer Koordination“ zu finden, wo es zusammen mit Coffinit, Hafnon, Stetindit, Thorit und Thorogummit die „Zirkongruppe“ mit der Systemnummer 9.AD.30 bildet.
In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Zirkon die System- und Mineralnummer 51.05.02.01. Das entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikatminerale“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen nur mit Kationen in >-Koordination“ in der „Zirkongruppe“, in der auch Hafnon, Thorit, Coffinit, Thorogummit und Stetindit eingeordnet sind.
Chemismus mini|REM-Bild (BSE-Modus) eines zonar gewachsenen Zirkons Die Formel des reinen Zirkons mit Endgliedzusammensetzung Zr[SiO4] erfordert Gehalte von 67,1 Gew.-% (Gewichtsprozent) ZrO2 und 32,9 Gew.-% SiO2. Natürliche Zirkone enthalten häufig ein breites Spektrum formelfremder Begleitelemente und Einschlüsse verschiedener anderer Minerale, wozu Entmischungen, Einlagerungen und zonierte Verwachsungen zählen. Die wichtigsten Begleitelemente sind Hafnium, Thorium, Uran, Yttrium, Cer und andere Metalle der Seltenen Erden sowie Phosphor, Niob, Tantal, Aluminium, Eisen und Calcium. Dabei ist die Isotypie von Zirkon (Zr[SiO4]) und Xenotim-(Y) (Y[PO4]) die Ursache für die gekoppelte (heterovalente) Substitution Zr4+ und Si4+ durch Y3+ und P5+. Der größere Teil der teilweise sehr hohen Y-Gehalte ist aber nicht auf einen diadochen Einbau von Yttrium für Zirkon zurückzuführen, sondern auf zonierte, zum Teil sogar epitaktische Verwachsungen mit dem diskreten Fremdmineral Xenotim (vergleiche das nebenstehende REM-Bild und unter Varietäten).
Hafnium wurde erstmals in Zirkonen aus Norwegen röntgenspektroskopisch durch die Physiker Dirk Coster und George de Hevesy 1923 in Kopenhagen nachgewiesen. Es wurde auch sehr schnell klar, dass Hafnium in zirconiumhaltigen Mineralien – und damit in allen Zirkonen – immer enthalten ist, da Hf4+-Ionen aufgrund der Lanthanoidenkontraktion einen zum leichteren Homologen Zr4+ vergleichbaren Ionenradius aufweisen und damit perfekt in die Kristallstrukturen der Zirconium-Verbindungen passen. Mit seinem hafniumdominanten Analogon Hafnon (Hf[SiO4]) bildet Zirkon somit eine lückenlose Mischkristallreihe. Gehalte von 45,30 Gew.-% Hafniumdioxid (HfO2) und von 27,69 Gew.-% Zirconiumdioxid (ZrO2) charakterisieren den Mittelpunkt der Mischkristallreihe mit der Formel (Zr0,50Hf0,50)Σ=1,00SiO4. Bei Kristallen mit Hafniumdioxidgehalten > 45,30 Gew.-% handelt es sich danach um Hafnone, ist der Wert kleiner als 45,30 Gew.-%, liegt ein Zirkon vor. Normalerweise beträgt der HfO2-Gehalt der Zirkone etwa 1 bis 1,5 Gew.-%, das Hf/Zr-Verhältnis 0,02–0,04.
In Extremfällen kann Zirkon ferner bis zu 12 Gew.-% Thoriumdioxid (ThO2) oder 1,5 Gew.-% Uran(V,VI)-oxid (U3O8) enthalten. Eine yttriumhaltige Zirkonvarietät wurde Ribeirit genannt und enthält 7,45 Gew.-% Y2O3 („Yttererden“). In einem graugrünen bis graubraunen Zirkon aus Hayamadake, Präfektur Fukushima, Japan, wurden 10,14 Gew.-% Y2O3 festgestellt.
Die zum Teil beträchtlichen Gehalte an Uran und Thorium machen den Zirkon zum Hauptträger der Radioaktivität in den Gesteinen. Allerdings ist auch formelreiner Zirkon schwach radioaktiv, da er zu 2,8 % aus dem Isotop 96Zr besteht, das mit der extrem langen Halbwertszeit von 24·1018 Jahren unter doppeltem Betazerfall zu 96Mo zerfällt.
Kristallstruktur mini|links|Elementarzelle des Zirkons mini|Struktur des Zirkons mit inselartigen [SiO4]4+-Tetraedern und kanten-verknüpften ZrO8-Dodekaedern Zirkon kristallisiert tetragonal in der mit den Gitterparametern a = 6,61 Å und c = 5,98 Å sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.
Die Struktur des Zirkons enthält inselartig [SiO4]4−-Tetraeder in einer innenzentrierten Elementarzelle aus Zr4+-Ionen, wobei jedes Zr4+-Ion von acht O2−-Ionen umgeben ist. Die [SiO4]4−-Tetraeder sind spiegelsymmetrisch und nach vierzähligen Schraubenachsen angeordnet. Letztere weisen gegenläufigen Drehsinn parallel durch die Mitte der vier Viertelzellen auf. Das prinzipielle Strukturelement im Zirkon sind Zickzack-Ketten aus alternierenden, kantenverknüpften ZrO8-Dodekaedern parallel , die durch gemeinsame Ecken und Kanten mit den [SiO4]4−-Tetraedern zu einem dreidimensionalen Gerüst verbunden sind. Zirkon ist isotyp zu Xenotim-(Y), Béhierit (Ta[BO4]), Chernovit-(Y), Hafnon, Thorit und Wakefieldit-(Y) sowie einer Reihe künstlicher Verbindungen, d. h. er kristallisiert mit der gleichen Struktur wie diese Minerale und Phasen.
In manchen Zirkonen ist der Gitterbau durch die Wirkung hochenergetischer radiogener Teilchen (aus dem radioaktiven Zerfall der im Zirkon enthaltenen Elemente Uran und Thorium) teilweise zerstört (metamiktisiert) – solche Kristalle weisen meist dunklere, braune Farben auf. Durch die Metamiktisierung kann Wasser ins Kristallgitter eingelagert werden. Die Folge ist eine merkliche Verringerung von Brechungsindex, Dichte und Härte. Eine Doppelbrechung ist überhaupt nicht mehr vorhanden. Insofern unterscheidet man Zirkone von ihren Stadien her in Hochzirkone (normale, kristalline Zirkone), Tiefzirkone (metamikte Zirkone), intermediäre Zirkone, die bezüglich ihrer Eigenschaften zwischen den beiden ersten Gruppen liegen. Durch Erhitzen auf über 1000 °C können die Tiefzirkone wieder zu Hochzirkonen rekristallisieren.
Eigenschaften Morphologie Zirkon bildet fast immer ringsum ausgebildete, aber eingewachsene und nur selten aufgewachsene, im Querschnitt oft quadratische Kristalle, deren durchschnittliche Größe, z. B. in granitoiden Gesteinen, zwischen 100 und 300 µm liegt. Gelegentlich erreichen sie aber auch Größen von mehreren Zentimetern, vor allem in Pegmatiten oder Schwermineralseifen. Der bisher größte bekannte Zirkon weltweit maß 10 cm × 10 cm × 30 cm, wog über 7 kg und wurde bei Brudenell in der kanadischen Provinz Ontario gefunden.