Pyrokseenit ovat merkittävin ja runsain kiviaineksia muodostavien ferromagnesian silikaattien ryhmä. Niitä esiintyy lähes kaikissa magmakivilajeissa ja ne esiintyvät koostumukseltaan hyvin erilaisissa kivissä, jotka ovat muodostuneet alueellisen ja kontaktimetamorfoosin olosuhteissa. Nimi pyrokseeni on peräisin kreikan kielen sanoista pyro, joka tarkoittaa tulta, ja xenos, joka tarkoittaa muukalaista, ja Haüy antoi sen monissa laavoissa esiintyville vihertäville kiteille, joiden hän katsoi joutuneen niihin vahingossa.
Pyrokseeniryhmän mineraalien kemiallinen koostumus voidaan ilmaista yleisellä kaavalla:

XYZ2O6

jossa X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; ja Z= Si4+, Al3+. Pyrokseenin mahdollisten kemiallisten substituutioiden valikoimaa rajoittavat rakenteessa käytettävissä olevien paikkojen koko ja korvaavien kationien varaukset. X-kationipaikat ovat yleensä suurempia kuin Y-kationipaikat. Ideaalisten loppuainekoostumusten välillä esiintyy laajoja atomisubstituutioita. Useimmissa pyrokseeneissa alumiini korvaa piitä vain rajoitetusti Z-kohdan (tetraedrin) Z-kohdassa. Kun korvaavan ionin varaus on erilainen, sähköinen neutraalius säilyy kytkettyjen substituutioiden avulla. Esimerkiksi Na+:sta ja Al3+:sta koostuva pari korvaa 2Mg2+:n.
Yleisimmät pyrokseenit voidaan esittää osana kemiallista systeemiä CaSiO3 (wollastoniitti, pyroksenoidi), MgSiO3 (enstatiitti) ja FeSiO3 (ferrosiliitti). (Kuva 1). Koska todellisia pyrokseeneja, joiden kalsiumpitoisuus olisi suurempi kuin diopsidi-hedenbergiitti-liitoksen kalsiumpitoisuus, ei ole olemassa, tämän järjestelmän tämän liitoksen alapuolella olevaa osaa kutsutaan pyrokseenineliöksi.

Kuva.1: Pyrokseenien ternäärinen koostumusdiagrammi.

Enstatiitin (Mg2Si2O6) ja ferrosiliitin (Fe2Si2O6) välillä vallitsee täydellinen substituutio ja diopsidin (CaMgSi2O6) ja hedenbergiitin (CaFeSi2O6) välillä vallitsee raudan täydellinen kiinteä liukeneminen magnesiumiin. Augiitti, subkalkkinen augiitti ja pigeoniitti sijaitsevat pyrokseenineliön sisällä. Koostumuksellisesti augiitti on sukua diopsidi-hedenbergiittisarjan jäsenille, mutta Ca2+ on korvattu vähäisessä määrin Na+:lla, Mg2+ ja Fe2+:lla Al3+:lla ja Si4+:lla Al3+:lla Z-(tetraedri)-paikassa. Augiitteja, joissa on huomattavia määriä alumiinia tai natriumia, ei voida edustaa tiukasti nelikulmaisessa tasossa. Monokliininen pigeoniitti käsittää magnesium-raudan kiinteän liuoksen kentän, jolla on hieman korkeampi kalsiumpitoisuus kuin orthorhombisella enstatiitti-ortoferrosiliittisarjalla.

Koordinoidut substituutiot, joissa Mg2+:n tilalle enstatiittirakenteessa esiintyy Na+:aa, Li+:aa tai Al3+:aa, tuottavat pyrokseeneja, jotka sijoittuvat nelikulmaisen koostumuskentän ulkopuolelle. Kytketty Na+:n ja Al3+:n korvaaminen 2Mg2+:lla enstatiitissa tuottaa pyrokseenin jadeiitin. Na+:n ja Fe3+:n kytkeytyminen 2Mg2+:n korvaamiseen Na+:lla ja Fe3+:lla tuottaa pyrokseenin aegiriini (akmiitti). Li+:n ja Al3+:n korvaaminen 2Mg2+:lla tuottaa spodumeenia. Al3+:n korvaaminen Mg2+:lla ja Al3+:n korvaaminen Si4+:lla tuottaa ihanteellisen tschermakiittikomponentin MgAlSiAlO6. Muita harvinaisempia pyrokseeneja, joiden koostumukset ovat pyrokseenin nelikulmion ulkopuolella, ovat johannseniitti ja kosmokloriitti (ureyiitti). Johannseniitissa hedenbergiitin rauta on korvattu mangaanilla. Kosmokloriitissa on kromia (Cr) raudan tai alumiinin sijasta natriumpyrokseenissa.
Korkeissa lämpötiloissa pyrokseenien kiinteän liuoksen kentät ovat laajempia kuin matalammissa lämpötiloissa. Näin ollen lämpötilojen laskiessa pyrokseeni säätää koostumustaan kiinteässä tilassa liuottamalla erillisen faasin lamellien muodossa isäntäpyrokseenijyvän sisällä. Lamellit irtoavat tiettyjä kiteellisiä suuntia pitkin, jolloin syntyy suuntautuneita välikasvustoja, joilla on samansuuntainen ja kalanruotoinen rakenne. Ekssoluutiopareja on viisi pääasiallista yhdistelmää: (1) augiitti, jossa on enstatiittilamelleja, (2) augiitti, jossa on kyyhkyläislamelleja, (3) augiitti, jossa on sekä kyyhkyläis- että enstatiittilamelleja, (4) kyyhkyläislamelleja, jossa on augiittilamelleja, ja (5) enstatiittilamelleja, jossa on augiittilamelleja.
Pyroksenit eroavat koostumuksellisesti amfiboleista kahdessa tärkeässä suhteessa. Pyrokseenit eivät sisällä rakenteessaan oleellista vettä hydroksyylien muodossa, kun taas amfiboleja pidetään vesipitoisina silikaatteina. Toinen keskeinen kemiallinen ero näiden kahden välillä on se, että amfiboleissa on A-kohta, joka sisältää suuria emäksisiä alkuaineita, tyypillisesti natriumia ja toisinaan kaliumia; pyrokseeneilla ei ole vastaavaa kohtaa, johon kalium mahtuisi.

Rakenne

Pyrokseeniryhmään kuuluu mineraaleja, jotka muodostuvat sekä ortorhombisessa että monokliinisessä kidejärjestelmässä. Orthorhombisia pyrokseeneja kutsutaan ortopyrokseeniksi ja monokliinisiä pyrokseeneja klinopyrokseeniksi. Kaikkien pyrokseenirakenteiden olennainen piirre on piin ja hapen (SiO4) tetraedrien liittyminen toisiinsa jakamalla kaksi neljästä kulmasta jatkuviksi ketjuiksi. Ketjut, jotka ulottuvat rajoittamattomasti c-kiteisen akselin suuntaisesti, ovat koostumukseltaan (Si2O6) (kuva 2). Noin 5,3 Å:n toistoväli ketjun pituussuunnassa määrittelee yksikkösolun c-akselin. Si2O6-ketjut ovat sitoutuneet oktaedrisesti koordinoitujen kationinauhojen kerrokseen, joka myös ulottuu c-akselin suuntaisesti.

Kuva 2: Kaaviokuva yksiketjuisen pyrokseenin rakenteesta. Kun kaksi tetraedriä koskettaa toisiaan, ne jakavat happi-ionin. Wikipediasta

Oktaedrikaistaleet koostuvat M1- ja M2-oktaedreista, jotka ovat kahden vastakkaissuuntaisen tetraedriketjun välissä. M1-paikkoja miehittävät pienemmät kationit, kuten magnesium, rauta, alumiini ja mangaani, jotka ovat koordinoituneet kuuteen happiatomiin muodostaen säännöllisen oktaedrin. Monokliinisissä pyrokseeneissa M2-paikka on suuri epäsäännöllinen polyedri, jonka valtaavat suuremmat kalsium- ja natriumkationit, jotka ovat kahdeksankertaisessa koordinaatiossa. Vähän kalsiumia sisältävissä ortorhombisissa pyrokseeneissa M2 sisältää magnesiumia ja rautaa, ja polyedri saa säännöllisemmän oktaedrin muodon. M1-kationiliuska on sitoutunut kahden vastakkaissuuntaisen tetraedriketjun happiatomeihin (kuva 3). Yhdessä nämä muodostavat tetraedri-oktaedri-tetraedri (t-o-t) -nauhan. Pyrokseenin rakenteen kaavamainen projektio kohtisuoraan c-akselia vastaan ja pyrokseenin pilkkoutumisen suhde t-o-t-nauhoihin tai I-palkkeihin on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3: Monokliinisen pyrokseenin rakenteen kaavamainen projektio kohtisuoraan c-akselia vastaan. T-O-T-suikaleilla, joita kutsutaan I-palkkeiksi, on erittäin vahvat sidokset, jotka kestävät murtumista ja saavat aikaan pyrokseenille tyypillisen lähes 90°:n halkeaman (katkoviivat).

Ohutleikkauksissa monokliiniset pyrokseenit erottuvat kahdesta halkeamissuunnasta noin 87°:n ja 93°:n paikkeilla, kahdeksanpuoleisista tyvipoikkileikkauksista ja vaaleanruskeasta tai vihreästä väristä. Orthorhombiset pyrokseenit eroavat monokliinisistä pyrokseeneista siinä, että niillä on samansuuntainen sammuminen.

Bibliografia

– Cox et al. (1979): The Interpretation of Igneous Rocks, George Allen and Unwin, London.
– Howie, R. A., Zussman, J., & Deer, W. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (s. 696). Longman.
– Le Maitre, R. W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J., Bonin, B., Bateman, P., & Lameyre, J. (2002). Igneoottiset kivet. 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. Cambridge University Press.