Pyroxener er den mest betydningsfulde og hyppige gruppe af bjergartsdannende ferromagnesiske silikater. De findes i næsten alle typer af magmatiske bjergarter og forekommer i bjergarter af vidt forskellig sammensætning, der er dannet under regionale og kontaktmetamorfiske forhold. Navnet pyroxen er afledt af græsk pyro, der betyder “ild”, og xenos, der betyder “fremmed”, og blev givet af Haüy til de grønlige krystaller, der findes i mange lavas, og som han mente, at de tilfældigvis var blevet inkluderet der.
Den kemiske sammensætning af mineraler fra pyroxengruppen kan udtrykkes ved den generelle formel:

XYZ2O6

hvor X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; og Z= Si4+, Al3+. Omfanget af mulige kemiske substitutioner i pyroxen begrænses af størrelsen af de tilgængelige steder i strukturen og ladningen af de substituerende kationer. X-kationspladserne er generelt større end Y-kationspladserne. Der forekommer en omfattende atomar substitution mellem de ideelle sammensætninger af slutelementer. De fleste pyroxener har kun begrænset substitution af aluminium til fordel for silicium i Z-pladsen (tetraedrisk). Når en substituerende ion har forskellig ladning, opretholdes den elektriske neutralitet ved hjælp af koblede substitutioner. For eksempel substituerer parret bestående af Na+ og Al3+ 2Mg2+.
De mest almindelige pyroxener kan repræsenteres som en del af det kemiske system CaSiO3 (wollastonit, en pyroxenoid), MgSiO3 (enstatit) og FeSiO3 (ferrosilit). (Fig.1). Da der ikke findes nogen ægte pyroxener med et kalciumindhold, der er større end kalciumindholdet i diopsid-hedenbergit-forbindelsen, er den del af dette system, der ligger under denne forbindelse, kendt som pyroxen-kvadrilateral.

Fig.1: Ternært sammensætningsdiagram for pyroxener.

Fuldstændig substitution findes mellem enstatit (Mg2Si2O6) og ferrosilit (Fe2Si2O6), og fuldstændig fast opløsning af jern for magnesium findes mellem diopsid (CaMgSi2O6) og hedenbergit (CaFeSi2O6). Augit, subkalcisk augit og pigeonit ligger i det indre af pyroxenkvadrilateret. Sammensætningsmæssigt er augit beslægtet med medlemmer af diopsid-hedenbergit-serien med begrænset substitution af Na+ for Ca2+, Al3+ for Mg2+ og Fe2+, og Al3+ for Si4+ i Z (tetraeder) stedet. Augitter med betydeligt aluminium eller natrium kan ikke strengt repræsenteres i det firsidige plan. Monoklin pigeonit omfatter et felt af magnesium-jern fast opløsning med et lidt højere calciumindhold end den orthorhombiske enstatit-orthoferrosilit-serie.

Koblede substitutioner, der involverer Na+, Li+ eller Al3+ for Mg2+ i enstatit-strukturen, giver pyroxener, der ligger uden for det quadrilaterale kompositionsfelt. Den koblede substitution af Na+ og Al3+ for 2Mg2+ i enstatit giver pyroxenet jadeit. Den koblede substitution af Na+ og Fe3+ for 2Mg2+ giver pyroxenen aegirin (acmit). Substitution af Li+ og Al3+ for 2Mg2+ giver spodumen. Substitution af Al3+ for Mg2+ og Al3+ for Si4+ giver den ideelle tschermakitkomponent MgAlSiAlO6. Andre mindre almindelige pyroxener med sammensætninger uden for pyroxenkvadrilateret omfatter johannsenit , og kosmochlor (ureyit) . Johannsenit indebærer substitution af mangan i stedet for jern i hedenbergit. Kosmochlor har krom (Cr) i stedet for jern eller aluminium i en sodisk pyroxen.
Ved høje temperaturer har pyroxener mere omfattende felter af fast opløsning, end de har ved lavere temperaturer. Som følge heraf justerer pyroxenerne, når temperaturen falder, deres sammensætning i fast tilstand ved at udløse en separat fase i form af lameller i værtspyroxenkorn. Lamellerne opløses langs specifikke krystallografiske retninger, hvilket giver orienterede sammenvoksninger med parallel- og sildebensstruktur. Der findes fem hovedkombinationer af ekssolutionspar: (1) augit med enstatit lameller, (2) augit med pigeonit lameller, (3) augit med både pigeonit og enstatit lameller, (4) pigeonit med augit lameller, og (5) enstatit med augit lameller.
Pyroxenerne adskiller sig kompositionelt fra amfibolerne i to vigtige henseender. Pyroxenerne indeholder ikke noget essentielt vand i form af hydroxylsyrer i deres struktur, hvorimod amfiboler anses for at være vandholdige silikater. Den anden vigtige kemiske forskel mellem de to er tilstedeværelsen af A-stedet i amfiboler, som indeholder de store alkalielementer, typisk natrium og til tider kalium; pyroxenerne har ikke et tilsvarende sted, der kan rumme kalium.

Struktur

Pyroxengruppen omfatter mineraler, der dannes i både det orthorhombiske og det monokliniske krystalsystem. Orthorhombiske pyroxener kaldes ortorhombiske pyroxener, og monokliniske pyroxener kaldes klinopyroxener. Det væsentlige træk ved alle pyroxenstrukturer er, at silicium-oxygen-tetraederne (SiO4) er forbundet med hinanden ved at dele to af de fire hjørner for at danne sammenhængende kæder. Kæderne, som strækker sig uendeligt parallelt med den c-krystallografiske akse, har sammensætningen (Si2O6) (fig. 2). En gentagelsesafstand på ca. 5,3 Å langs kædens længde definerer c-aksen i enhedscellen. Si2O6-kæderne er bundet til et lag af oktaedrisk koordinerede kationbånd, som også strækker sig parallelt med c-aksen.

Fig.2: Skematisk diagram over den enkeltkædede pyroxenstruktur. Hvor to tetraedre berører hinanden, deler de en oxygenion. Fra Wikipedia

Oktaederstriberne består af M1- og M2-oktaedre, der er indsat mellem to modsatrettede tetraederkæder. M1-pladserne er besat af mindre kationer som magnesium, jern, aluminium og mangan, som er koordineret til seks oxygenatomer for at danne et regulært oktaeder. I monokliniske pyroxener er M2-pladsen et stort uregelmæssigt polyeder, der er besat af de større calcium- og natriumkationer, som er ottefoldigt koordineret. I de orthorhombiske pyroxener med lavt kalciumindhold indeholder M2 magnesium og jern, og polyederet antager en mere regelmæssig oktaederform. M1-kationstrimlen er bundet til oxygenatomer i to modsatrettede tetraedriske kæder (Fig.3). Sammen danner disse en tetraeder-oktaeder-oktaeder-tetraeder-stribe (t-o-t). En skematisk projektion af pyroxenstrukturen vinkelret på c-aksen og forholdet mellem pyroxenkløvningen og t-o-t-striberne eller I-bjælkerne er vist i fig. 3.

Fig.3: Skematisk projektion af den monokliniske pyroxenstruktur vinkelret på c-aksen. T-O-T strimler, kaldet I-bjælker, har meget stærke bindinger, der modstår brud og giver den typiske nær 90° spaltning af pyroxener (stiplede linjer).

I tyndsnit er monokliniske pyroxener kendetegnet ved to spaltningsretninger ved ca. 87° og 93°, ottekantede basale tværsnit og lysebrun eller grøn farve. Orthorhombiske pyroxener adskiller sig fra monokliniske pyroxener ved at de har parallel udstråling.

Bibliografi

– Cox et al. (1979): The Interpretation of Igneous Rocks, George Allen and Unwin, London.
– Howie, R. A., Zussman, J., & Deer, W. (1992): “The Interpretation of Igneous Rocks, George Allen and Unwin, London. En introduktion til de bjergartsdannende mineraler (s. 696). Longman.
– Le Maitre, R. W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J., Bonin, B., Bateman, P., & Lameyre, J. (2002). Igneous rocks. A classification and glossary of terms, 2. Cambridge University Press.
– Middlemost, E. A. (1986). Magmas and magmatic rocks: an introduction to igneous petrology.
– Shelley, D. (1993). Igneous and metamorphic rocks under the microscope: classification, textures, microstructures and mineral preferred-orientations.
– Vernon, R. H. & Clarke, G. L. (2008): Principles of Metamorphic Petrology (principper for metamorfisk petrologi). Cambridge University Press.