Todorokit
Todorokit - Ein besonderes Manganoxid-Mineral
Betrachtet man die chemische Formel von Todorokit, fällt auf, dass es sich um ein komplexes Manganoxid-Mineral handelt. Das Mineral zeichnet sich durch seine weichen, meist faserigen bis schwammigen Aggregaten aus, die von grauer bis schwarzer Farbe sind. Todorokit ist vor allem als Hauptbestandteil von metallreichen Manganknollen bekannt, die oft in großer Zahl am Tiefseeboden zu finden sind.
Geschichte und Namensherkunft
Todorokit wurde 1934 erstmals vom japanischen Geologie- und Mineralogieprofessor Toyofumi Yoshimura beschrieben. Seinen Namen erhielt das Mineral nach seinem Fundort: Der Todoroki-Mine auf Hokkaido in Japan. Dort kommt das Mineral in größerer Menge und in typischer Ausprägung vor.
Zur Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden systematisch Manganknollen am Meeresboden erforscht. Man stellte fest, dass diese Manganknollen zu großen Anteilen aus den Mineralen Birnessit und Todorokit bestehen. Diese beiden Minerale rückten daher zunehmend in den Fokus von Geologen und Rohstoffforschern.
Eigenschaften von Todorokit
Das Mineral Todorokit wird mineralogisch in die Gruppe der Manganoxide eingeordnet. Nach Strunz wird es der Klasse der Oxide zugeordnet, wo es zusammen mit Mineralen wie Kryptomelan und Romanèchit die Gruppe der Mangan-Tunneloxide bildet. Der Name Tunneloxide rührt daher, dass die Atome im Kristallgitter so angeordnet sind, dass sie offene, röhrenförmige Kristalle (Tunnel) bilden.
Das Manganoxid zeigt sich in der Regel mit einer dunkelgrauen bis schwarzen Farbe, kann vereinzelt aber auch dunkelbraun gefärbt sein. An einzelnen Kanten oder sehr feinen Fasern können auch graue bis graubraune Farbtöne auftreten. Die Strichfarbe ist schwarz. Es zeigt einen meist metallischen Glanz, kann aber auch matt metallisch sein. Feinere Fasern können zudem seidig bis leicht fettig wirken.
Todorokit weist eine sehr geringe Mohs-Härte auf und lässt sich mit dem Fingernagel leicht ritzen. Es hat im Vergleich zu vielen Silikaten mit 3,5 bis 3,8 g/cm3 eine eher schwere Dichte. Es ist nicht magnetisch und zeigt auch keine Lumineszenz.
Eine Besonderheit zeigt Todorokit oft im Aussehen. Es bildet häufig schwammige, teils nierenförmige bis gebänderte Aggregate. Oft tritt das Mineral mit anderen Manganoxiden wie Pyrolusit, Manganit, Romanèchit oder Ramsdellit als Begleitminerale auf.
| Eigenschaft | Beschreibung |
|---|---|
| Mineralgruppe | Oxide und Hydroxide, komplexes wasserhaltiges Manganoxid-Mineral |
| Chemische Formel | (Mn2+, Ca, Na, K)(Mn4+, Mn2+, Mg)6O12 · 3H2O; verallgemeinert (Na, Ca, K, Ba, Sr)1−x(Mn, Mg, Al)6O12 · 3–4H2O |
| Kristallsystem | monoklin, Klasse 2/m |
| Farbe | dunkelgrau bis schwarz, teils dunkelbraun; in feinen Fasern grau bis graubraun |
| Strich | schwarz |
| Glanz | metallisch bis matt metallisch, in faserigen Aggregaten oft seidig oder leicht fettig |
| Transparenz | opak |
| Mohshärte | etwa 1,5 |
| Dichte | etwa 3,5 bis 3,8 g/cm3 |
| Spaltbarkeit | deutlich bis gut ausgeprägt, passend zum lamelligen und faserigen Aufbau |
| Bruch | meist uneben bis erdig, in schwammigen Aggregaten bröckelig |
| Entstehung | sekundäres Manganoxid-Mineral aus der Verwitterung und hydrothermalen Umwandlung manganhaltiger Carbonate, Silikate und Manganoxide; diagenetisches Produkt in Manganknollen und Mangankrusten |
| Typische Begleiter | Pyrolusit, Cryptomelan, Romanèchit, Manganit, weitere Manganoxide und -hydroxide |
| Besonderheiten | komplexe Tunnelstruktur mit variabler Kationenbesetzung; wichtiger Bestandteil metallreicher Manganknollen und -krusten; geochemisch bedeutsam als Träger von Ni, Co, Cu und Zn |
Chemische Zusammensetzung
Chemisch wird Todorokit mit einer verallgemeinernden bzw. variablen Summenformel angegeben. Sie lautet: (Mn2+, Ca, Na, K)(Mn4+, Mn2+, Mg)6O12 · 3H2O. Variabel bedeutet in dem Zusammenhang, dass Alkali- und Erdalkalimetalle wie Natrium, Kalium, Calcium, Barium oder Strontium enthalten sein können, aber nicht zwingend müssen.
Das Mineral ist praktisch unlöslich in Wasser, löst sich aber in verdünnter wie auch konzentrierter Salzsäure. Die Säurelöslichkeit spiegelt letztlich die Empfindlichkeit der Manganoxid-Tunnelstruktur wider.
Kristallsystem und Kristallstruktur
Todorokit kristallisiert monoklin und wird der prismatischen Klasse 2/m zugeordnet. Das erklärt die oft faserigen, teils lamelligen oder nadeligen Ausbildungen der Kristalle. Einzelkristalle sind nur äußerst selten ausgebildet. Oft zeigen sie eine schwammige bis nierenförmige Struktur mit zahllosen kleinen Fasern, die mikroskopisch Tunnelstrukturen zeigen. Diese bestehen aus Ketten von MnO6-Oktaedern, die zu dreireihigen Tunneln verbunden sind. Durch diese Struktur hat Todorokit die Eigenschaft, verschiedene Fremdionen (u.a. Wasser) aufzunehmen und wieder abzugeben.
Entstehung, Vorkommen und Fundorte
Entstehung von Todorokit
Todorokit ist ein sekundäres Manganoxid-Mineral. Es entsteht durch Verwitterung und durch hydrothermale Umwandlung anderer manganhaltiger Minerale. Das können sowohl primäre Ausgangsminerale wie manganreiche Carbonate oder Silikate (z.B. Rhodochrosit, Manganocalcit, Kutnahorit) sein, aber auch sekundäre Manganminerale wie Romanèchit, Manganit oder Pyrolusit.
Bei der Oxidation manganreicher Gesteine im Kontakt mit sauerstoffreichem Wasser bilden sich zunächst fein kristalline Manganoxide, die sich immer weiter umwandeln und schließlich zu komplexen Tunnelstrukturen und damit zu Todorokit umwandeln. Im submarinen Bereich, z.B. an hydrothermalen Quellen, Tiefseeebenen oder Tiefseevulkanen, entsteht das Mineral dann, wenn gelöstes Mangan aus dem Meerwasser ausfällt und sich über lange Zeiträume zu Mangankrusten und Manganknollen anreichert.
Vorkommen und Fundorte
Todorokit ist ein sehr häufiges Mineral, das weltweit in manganreichen Lagerstätten verbreitet ist. Es findet sich oft als Hauptbestandteil von Manganknollen in der Tiefsee, kann aber auch auf Lagerstätten auf dem Festland vorkommen. Große Vorkommen finden sich in der Tiefsee, vor allem im Pazifischen und Indischen Ozean.
Typische Fundorte sind die namensgebende Todoroki-Mine in Japan (Typlokalität) sowie Manganlagerstätte in Südafrika (u.a. Hotazel, Postmasburg), Ghana (Nsuta), Kuba, USA (Sterling Hill, New Jersey) sowie zahlreiche Manganfelder in Australien. In Deutschland gibt und gab es zahlreiche Fundorte des Manganminerals. Bekannte Fundorte sind u.a.:
- Schwarzwald: Oberwolfach (Grube Clara)
- Harz: Bad Lauterberg (Grube Hoher Trost), Bad Harzburg
- Unterfranken: Hartkoppe (Steinbruch Fuchs), Hösbach
- Westerwald: Niederfischbach (Grube Fischbacher Werk), Siegen
- Zeitsprungland (Sachsen): Callenberg
Bedeutung und Verwendung von Todorokit
Todorokit ist ein bedeutendes Mineral. Auch wenn es derzeit wirtschaftlich noch nicht abbauwürdig ist, ist es als Hauptbestandteil von Manganknollen am Tiefseeboden von großen strategischen Interesse. Das Interesse liegt vorrangig an begehrten Metallen wie Mangan, Nickel, Kupfer und Kobalt, die eben in diesen Knollen enthalten sind. Ob und welche Metalle vorhanden sind, liegt vorrangig daran, welche Spurenelemente an Todorokit gebunden sind.
In der Materialwissenschaft dient Todorokit als strukturelles Vorbild für die Entwicklung synthetischer Manganoxid-Molekularsiebe, die für die Entwicklung von Katalysatoren, Ionenaustauschern und Energiespeichersystemen relevant sein können. Zum Beispiel können die offenen Tunnelstrukturen gezielt Kationen aufnehmen und abgeben, was sie u.a. für die Wasseraufbereitung oder die selektive Rückgewinnung von Schwermetallen nützlich macht.
In den Geowissenschaften und in der Mineralogie hilft Todorokit das Verständnis von Manganoxid-Phasenfolgen und den Entstehungsprozessen von Manganknollen zu verbessern. Das liegt u.a. an der Eigenschaft, dass Manganoxide ihre Struktur je nach pH-Wert, Sauerstoffgehalt und Temperatur verändern.
Nicht zuletzt ist das Mineral für Sammler und Sammlerinnen interessant. Vor allem für Sammler von Systematikmineralen, Erzen oder Micromounts ist Todorokit ein unverzichtbarer Bestandteil in den Sammlungen.
Quellen
- Yoshimura, T. (1934): Todorokoit, a New Managenese Mineral from the Todoroki Mine, Hokkaido, Japan. In: Journal of the Faculty Science, Hokkaido Imperial University, Vol. 2, S. 289-298.
- Handbook of Mineralogy (2005): Todorokit, Kurzmonographie.
- Frondel, C., Marvin, U. und Ito, J. (1960): New occurences of Todorokite. In: American Mineralogist, Vol. 45, S. 1167-1173
- Peacock, C.K., Atkins, A., Shaw, S. (2014): Formation of todorokite in marine sediments: Mechanism, pathway and fate of bio-essential elements. In: Conference: 247th ACS National Meeting and Exposition, Vol. 247
- Heo, J., Jung, H. (2025): Tailoring Oxidation State of Manganese Enables the Direct Formation of Todorokite. In: ACS Nano, Vol. 19, S. 12910–12919
- Mindat.org (o. D.): Todorokite. Hudson Institute of Mineralogy. Verfügbar unter: https://www.mindat.org/min-3988.html [abgerufen am 24. Juni 2026].
