Piroksen

Slika 1: Ksenolit peridotita iz Zemljinega plašča (Carlos Indian Reservation, Arizona, ZDA) v katerem so ortopiroksen (črn), diopsid, ki vsebuje krom (svetko zelen) in prevladujoči olivin (rumeno zelen), ki je značilen za peridotite; finozrnata siva kamnina je bazalt.

Pirokseni so skupina pomembnih kamninotvornih inosilikatnih mineralov, ki se pojavljajo v mnogih magmatskih in metamorfnih kamninah. Čeprav kristalizirajo v različnih kristalnih sistemih, ortorombskem in monoklinskem, imajo zelo podoben videz, sestavo in strukturo, za katero je značilna enojna veriga tetraedrov SiO₄.

Slika 2: Ena od možnih razporeditev tetraedrov [SiO₄] v enojni verigi piroksenov

Splošna formula piroksenov je

XYT₂O₆,

pri čemer je

X: Mg² , Fe² , Mn² , Ca² , Na , Li

Y: Mg² , Fe² , Mn² , Al³ , Fe³ , Ti⁴ , Ti³ , V³ , Sc³ , Cr³ , Zr⁴ , Zn² ,

T: Si⁴ , Al³ , Fe³

Pirokseni so poleg olivina glavni sestavni del zgornjega Zemljinega plašča, piroksen in rogovača pa sta glavna minerala bazalta in gabra. Aluminij, ki je v ortoklazih in amfibolih pogost substitut za silicij, se v večini piroksenov kot substitut pojavlja v omejenem obsegu.

Nastanek imena

Ime piroksen je sestavljeno iz grških besed πυρ [pir] – ogenj in ξένος [ksénos] – tujec. Takšno ime so dobili zato, ker se v lavah in vulkanskih steklih pojavljajo kot vključki, za katere so menili, da so tja prišli kot nečistoče, v resnici pa so kristalili v magmi še preden je izbruhnila na Zemljino površino.

Kemija in poimenovanje piroksenov

Verižna silikatna struktura piroksenov ponuja veliko možnosti za vgrajevanje različnih kationov, zato so imena piroksenskih mineralov definirana prvenstveno po njihovi kemijski sestavi. Piroksenski minerali se poimenujejo skladno s kemijskimi elementi, ki zasedajo položaja X, Y in tetraedrski položaj T. Kationi na položaju X so povezani s 6 atomi kisika v oktaedrski koordinaciji. Kationi na položaju Y so lahko kordinirani s 6 do 8 atomi kisika, odvisno od velikosti kationa. Komisija za minerale in imena mineralov pri Mednarodni mineraloški zvezi (IMA) trenutno priznava dvajset piroksenskih mineralov, 105 prejšnjih imen pa je zavrgla.

Slika 3: Poimenovanje kalcijevih-magnezijevih-železovih piroksenov (piroksenski četvetrokotnik).

Tipični piroksen ima na položaju T vgrajen večinoma silicij, na položajih X in Y pa prevladujejo ioni z nabojem 2, tako da je njihova kemijska formula približno XYT₂O₆. Imena najpogostejših kalcijevih-železovih-magnezijevih piroksenov so določena s tako imenovanim piroksenskim četverokotnikom na Sl. 3. Enstatitsko-ferosilitski niz ([Mg,Fe]SiO₃) vsebuje do 5 mol% kalcija in tri polimorfe: ortorombska ortoenstatit in protoenstatit in monoklinski klinoenstatit in njihove ferosilitske ekvivalente. Naraščajoča vsebnost kalcija prepreči tvorjenje ortorombskih faz in pigeonita ([Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si₂O₆), zato minerali kristalizirajo samo v monoklinskem kristalnem sistemu. Niz trdnih raztopin Mg-Fe-Ca piroksenov ni zvezen. Na intervalu od približno 15 do 25 mol% kalcija je zaradi nestabilnosti spojin prekinjen, zato je med pigeonitom in avgitom nastala vrzel.

Ločevanje med avgitom in trdno raztopino diopsid-hedenbergit (CaMgSi₂O₆ - CaFeSi₂O₆) je poljubno. Delitev se začne pri >45 mol% kalcija. Ker kalcijev ion ne more zasesti položaja Y, pirokseni z več kot 50 mol% kalcija niso mogoči. Kemijsko sestavo, ki ustreza hipotetičnemu kalcijevemu končnemu členu niza (Ca₂Si₂O₆), ima mineral volastonit, ki pa zaradi pomembnih strukturnih razlik ni razvrščen med piroksene.

Slika 4: Poimenovanje natrijevih piroksenov.

Drug pomemben niz piroksenskih mineralov so z natrijem bogati pirokseni, ki ustrezajo poimenovanju na Sl. 4. Vključitev natrija, ki ima naboj 1, povzroči potrebo po mehanizmu, ki bo prispeval manjkajoči pozitivni naboj. V jadeitu in egirinu manjkajoči naboj prispevata Al³ in Fe³ na položaju Y. Natrijeva piroksena z več kot 20 mol% Ca, Mg ali Fe³ , sta omfacit in egirin-avgit, pirokseni z več kot 80 mol% teh komponent pa spadajo v piroksenski četverokotnik na Sl. 3.

V Preglednici 1 so našteti tudi drugi kationi, ki se pojavljajo v piroksenih, in mesta, ki jih zasedajo.

Preglednica 1: Položaji kationov v piroksenih

T:

Si

Al

Fe3

Y:

Al

Fe3

Ti4

Cr

V

Ti3

Zr

Sc

Zn

Mg

Fe2

Mn

X:

Mg

Fe2

Mn

Li

Ca

Na

Edini kationi, ki lahko v stukturi piroksenov zasedejo mesti X in Y, so brez dvoma samo magnezij, železo in mangan.

Za pravilno vpisovanje ionov iz Preglednice 1 v splošno formulo piroksena velja osnovno pravilo, da je treba začeti na levi in najprej vpisati vse silicijeve ione na položaj T. Na preostala prosta mesta na položaju T se zatem vpišejo aluminijevi in za njimi še železovi(III) ioni. Morebitni višek aluminijevih ali železovih(III) ionov se vpiše na položaj Y, preostali ioni pa na položaj X. Treba je poudariti, da prikazani postopek, ki velja za natrijeve piroksene, ne velja tudi za vse druge piroksene. Za takšne primere je na razpolago nekaj alternativnih postopkov:

• Substitucije enovalentnih in trovalentnih ionov na položajih X in Y. Primer: Na in Al dasta sestavo jadeita (NaAlSi₂O₆).
• Substitucija enovalentnega iona na položaju Y z mešanico enakega števila dvovalentnih in štirivalentnih ionov, s katero nastane na primer NaFe² _0,5 Ti⁴ _0,5Si₂O₆.
• Čermakova substitucija, v kateri trovalenti ioni zasedejo položaja X in Y, na primer CaAlAlSiO₆.

V naravi se v nekaterih mineralih najde tudi več kot ena substitucija.

Piroksenski minerali

Klinopirokseni (monoklinski)

• Diopsid - CaMgSi₂O₆
• Egirín - NaFe³ Si₂O₆
• Esseneit - CaFe³ AlSiO₆
• Hedenbergit - CaFe² Si₂O₆
• Jadeit - Na(Al,Fe³ )Si₂O₆
• Jervisit - (Na,Ca,Fe² )(Sc,Mg,Fe² )Si₂O₆
• Johansenit - CaMn² Si₂O₆
• Kanoit - (Mn² ,Mg)₂Si₂O₆
• Klinoenstatit - Mg₂Si₂O₆
• Klinoferosilit - (Fe² ,Mg)₂Si₂O₆
• Kozmoklor - NaCr³ Si₂O₆
• Namansilit - NaMn³ Si₂O₆
• Nataliit - Na(V³ ,Cr³ )Si₂O₆
• Petedunit - Ca(Zn,Mn² ,Fe² ,Mg)Si₂O₆
• Pigeonit - (Mg,Fe² ,Ca)(Mg,Fe² )Si₂O₆
• Spodumen - LiAlSi₂O₆

Ortopirokseni (ortorombski)

• Donpikorit - (Mn² ,Mg)₂Si₂O₆
• Enstatit - Mg₂Si₂O₆
• Ferosilit - (Fe² ,Mg)₂Si₂O₆

Glej tudi

• Magmatska kamnina
• Metamorfna kamnina

Galerija

• Pirokseni
• 
  Avgit
• 
  Diopsid
• 
  Hedenbergit
• 
  Kuncit

Viri

• C.Michael Hogan. 2010. Calcium. eds. A.Jorgensen, C.Cleveland. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment
• Edition Dörfler: Mineralien Enzyklopädie, Nebel Verlag, ISBN 3-89555-076-0
• Martin Okrusch; Siegfried Matthes (2005). Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde (7 izd.). Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. ISBN 3-540-23812-3.
• Stefan Weiß (2002). Das große Lapis Mineralienverzeichnis (4 izd.). München: Christian Weise Verlag. ISBN 3-921656-17-6.