Examination of garnets and their provenance

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Within my master thesis in the degree course geosciences at the Johannes Gutenberg-University in Mainz I examine the spectroscopic properties of garnets as well as the inclusions in them with different methods. The goal is to get better statements for the provenance of gemstones.

Ullmann_mikroskop
Working at the spectrometer Nicolete 6700 FT-IR to collect spectra in the mid-IR and near-IR spectral ranges.

The term Garnet stands for a group of various minerals, which are seen similarly in the crystal structure and formula. They may be partial mixable among themselves. In this case miscibility means that two or more different minerals from the group of garnets can occur together and form one unit, thus one crystal, because of their similar structural and chemical composition.
Essentially, there are two series, the Pyralspit- and Ugrandit series. The former is aluminum garnets with magnesium (Pyrope), iron [three] (almandine) or manganese (Spessartin), temptation are calcium-grenade with chromium (Uwarowit), aluminum (Grossular) or iron [two] (Andradit). The garnet deposits of the jewels in usual belong to the Pyralspit group.


Through to the large mass of processed garnet in the early European Middle Ages, provides the question for the originated area of the raw material. In addition, the garnets were cut into thin platelets and these were used across the board, but remains of garnet grinding services are not to be found yet. This raises further questions as to whether the garnets were imported already honed and in which direction they were exported as raw material as well as already honed exemplar.

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Examples of garnet platelets from a find in sweden. Foto: Michael Rychlicki

In order to determine possible areas of origin, the chemical compositions of as many garnet platelets are determined by X-ray fluorescence analysis. By this method, groups of garnets indicate which originated most likely in India, Sri Lanka and Bohemia. However, these allocations are based on the comparison with measurement results of garnets, which origin is not 100% guaranteed, because of the lack of exact details like the accurate provenance for example.

CaO/MgO-plot for the garnet finds in Sweden and in India. (In accordance to Greiff 2010)

Therefore it is the more gratifying that now samples are available that guaranteed are hailed from different federal states of India and were picked up by Borayin Larios himself.

Garnet samples from different mines in India (on 5mm square papaer)

These are examined on their chemical composition as usual and the results are compared with already collected data to improve the currently used method to assign the garnets origin by their chemistry. In addition, these samples, and other samples found in Sweden, using modern spectroscopic methods (UV-Vis, NIR-MIR and Raman spectroscopy) are examined to determine a dependence of the spectra-differences to the origin of the samples. In this manner discovered unique features may be useful as an additional discrimination criterion. Furthermore, inclusions are studied to show possible dependencies between the provenance and the other minerals.

Untersuchung von Granaten und deren Herkunft

Im Rahmen meiner Masterarbeit im Studiengang Geowissenschaften an der Johannes Gutenberg‑Universität in Mainz untersuche ich Granate mit Hilfe verschiedener Messmethoden auf ihre spektroskopischen Eigenschaften sowie ihre Einschlüsse. Das Ziel ist es, genauere Aussagen über die Herkunft der Edelsteine treffen zu können.

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Arbeit am Spektrometer Nicolete 6700 FT-IR um Messungen innerhalb mittlerer und naher Infrarotstrahlung vornehmen zu können.

Der Begriff Granat bezeichnet eine Gruppe von verschiedenen Mineralen, die sich in der Kristallstruktur und -formel ähnlich sehen und untereinander teilweiße gut mischbar sein können. Unter Mischbarkeit versteht man hierbei die Tatsache, dass zwei oder mehr verschiedene Minerale der Granatgruppe aufgrund ihrer strukturellen und chemischen Ähnlichkeit gemeinsam auftreten und eine Einheit, also einen Kristall, bilden.
Im Wesentlichen gibt es zwei Reihen, die Pyralspit- und die Ugrandit-Reihe. Bei ersteren handelt es sich um Aluminium-Granate mit Magnesium (Pyrope), Eisen [dreiwertig](Almandin) oder Mangan (Spessartin), zweitere sind Kalzium-Granate mit Chrom (Uwarowit), Aluminium (Grossular) oder Eisen [zweiwertig](Andradit). Die Granateinlagen der Schmuckstücke gehören in der Regel der Pyralspit-Gruppe an.

Granatstruktur_aus_Novak_Gibbs_beschriftet_DE
Durch die große Masse an verarbeitetem Granat aus dem frühen europäischen Mittelalter stellt sich die Frage, aus welchem Abbaugebiet das Rohmaterial ursprünglich stammt. Zudem wurden die Granate zu dünnen Plättchen geschliffen und diese flächendeckend verwendet, Überreste von Granatschleifereien sind aber nicht zu finden. Wurden die Granate bereits geschliffen importiert? In welche Richtungen fand der Export des Rohmaterials, sowie der bereits bearbeiteten Steine statt?

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Beispiele von Granat-Plättchen von Funden aus Schweden. Foto: Michael Rychlicki

Um mögliche Herkunftsgebiete bestimmen zu können, werden mittels Röntgen-Fluoreszenz-Analyse die chemischen Zusammensetzungen von möglichst vielen Granat-Plättchen bestimmt. Durch dieses Verfahren lassen sich Gruppen von Granaten erkennen, welche ihren Ursprung höchstwahrscheinlich in Indien, Sri Lanka und Böhmen haben. Allerdings basieren diese Zuordnungen auf dem Vergleich zu Messergebnissen von Granaten, deren Herkunft nicht zu 100% gesichert ist, da oft exakte Details wie z.B. die genaue Fundstelle fehlen.

CaO/MgO-plot der gRanatfunde in Schweden und Indien. (In Anlehnung an Greiff 2010)

Daher ist es umso erfreulicher, dass nun Proben zur Verfügung stehen, welche garantiert aus verschiedenen Bundesstaaten Indiens stammen und von Borayin Larios selbst gesammelt wurden.

Granatproben aus Indien (auf 5mm kariertem Papier)

Diese werden wie üblich auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse werden mit bereits erfassten Daten verglichen um die aktuell genutzte Methode, Granaten anhand ihrer Chemie eine Herkunft zuzuordnen, verbessern zu können. Außerdem werden diese Proben, sowie weitere in Schweden gefundene Proben, mit modernen spektroskopischen Methoden (UV-Vis-, NIR-MIR- und Raman-Spektroskopie) untersucht, um eine Abhängigkeit der Spektren –Unterschiede zu der Herkunft der Probe festzustellen .Auf diese Weise entdeckte eindeutige Merkmale können als weiteres Unterscheidungs-Kriterium hilfreich sein. Ebenso werden die Proben auf Einschlüsse untersucht um eventuelle Abhängigkeiten zwischen der Herkunft und den fremden Mineralen aufzuweisen.
Diese werden wie üblich auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse werden mit bereits erfassten Daten verglichen um die aktuell genutzte Methode, Granaten anhand ihrer Chemie eine Herkunft zuzuordnen, verbessern zu können. Außerdem werden diese Proben, sowie weitere in Schweden gefundene Proben, mit modernen spektroskopischen Methoden (UV-Vis-, NIR-MIR- und Raman-Spektroskopie) untersucht, um eine Abhängigkeit der Spektren –Unterschiede zu der Herkunft der Probe festzustellen .Auf diese Weise entdeckte eindeutige Merkmale können als weiteres Unterscheidungs-Kriterium hilfreich sein. Ebenso werden die Proben auf Einschlüsse untersucht um eventuelle Abhängigkeiten zwischen der Herkunft und den fremden Mineralen aufzuweisen.

 

Literatur:

Novak, G. A. / Gibbs, G. V. (1971): The crystal chemistry of the silicate garnets, in: The American Mineralogist, vol. 56, 1971; 791-825.

Greiff, S. (2010): Zur Herkunft der roten Granate an Schmuckobjekten des Erfurter Schatzfundes, in: Ostritz, S. (Hrsg.). Die Mittelalterliche jüdische Kultur in Erfurt, Band 2, Der Schatzfund, Analysen – Herstellungstechniken – Rekonstruktionen; Weimar; 482-487.


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