I pirosseni sono il gruppo più significativo e abbondante di silicati ferromagnetici che formano le rocce. Si trovano in quasi tutte le varietà di rocce ignee e si presentano in rocce di composizione molto diversa formate in condizioni di metamorfismo regionale e di contatto. Il nome pirosseno deriva dal greco pyro, che significa “fuoco”, e xenos, che significa “straniero”, ed è stato dato da Haüy ai cristalli verdastri trovati in molte lave che egli considerava essere stati inclusi accidentalmente.
La composizione chimica dei minerali del gruppo dei pirosseni può essere espressa dalla formula generale:

XYZ2O6

in cui X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; e Z= Si4+, Al3+. La gamma di possibili sostituzioni chimiche nel pirosseno è limitata dalle dimensioni dei siti disponibili nella struttura e dalla carica dei cationi sostitutivi. I siti dei cationi X in generale sono più grandi dei siti dei cationi Y. Una sostituzione atomica estesa si verifica tra le composizioni ideali dei membri finali. La maggior parte dei pirosseni ha solo una sostituzione limitata di alluminio per silicio nel sito Z (tetraedrico). Quando uno ione sostitutivo differisce in carica, la neutralità elettrica è mantenuta da sostituzioni accoppiate. Per esempio, la coppia composta da Na+ e Al3+ sostituisce 2Mg2+.
I pirosseni più comuni possono essere rappresentati come parte del sistema chimico CaSiO3 (wollastonite, un pirossenoide), MgSiO3 (enstatite), e FeSiO3 (ferrosilite). (Fig.1). Poiché non esistono veri pirosseni con un contenuto di calcio maggiore di quello della giunzione diopside-edenbergite, la parte di questo sistema al di sotto di questa giunzione è conosciuta come il quadrilatero del pirosseno.

Fig.1Diagramma di composizione ternaria per i pirosseni.

Completa sostituzione esiste tra enstatite (Mg2Si2O6) e ferrosilite (Fe2Si2O6), e completa soluzione solida di ferro per magnesio esiste tra diopside (CaMgSi2O6) e hedenbergite (CaFeSi2O6). L’augite, l’augite subcalcica e la piccionite si trovano all’interno del quadrilatero del pirosseno. Compositivamente, l’augite è legata ai membri della serie diopside-hedenbergite con limitata sostituzione di Na+ per Ca2+, Al3+ per Mg2+ e Fe2+, e Al3+ per Si4+ nel sito Z (tetraedrico). Le augiti con alluminio o sodio sostanziali non possono essere rappresentate rigorosamente nel piano quadrilatero. La piccionite monoclina comprende un campo di soluzioni solide magnesio-ferro con un contenuto di calcio leggermente superiore alla serie ortorombica enstatite-ortoferrosilite.

Sostituzioni accoppiate che coinvolgono Na+, Li+, o Al3+ per Mg2+ nella struttura dell’enstatite producono pirosseni che si trovano al di fuori del campo di composizione quadrilaterale. La sostituzione accoppiata di Na+ e Al3+ per 2Mg2+ nell’enstatite produce il pirosseno jadeite. La sostituzione accoppiata di Na+ e Fe3+ per 2Mg2+ produce il pirosseno aegirina (acmite). La sostituzione di Li+ e Al3+ per 2Mg2+ produce lo spodumene. La sostituzione di Al3+ per Mg2+ e Al3+ per Si4+ produce il componente ideale della tschermakite MgAlSiAlO6. Altri pirosseni meno comuni con composizioni al di fuori del quadrilatero dei pirosseni includono la johannsenite e la kosmochlor (ureyite). La johannsenite comporta la sostituzione del manganese con il ferro nella hedenbergite. Il kosmochlor ha il cromo (Cr) al posto del ferro o dell’alluminio in un pirosseno sodico.
Alle alte temperature, i pirosseni hanno campi di soluzione solida più estesi di quelli che hanno alle basse temperature. Di conseguenza, quando le temperature diminuiscono, il pirosseno regola la sua composizione allo stato solido esolvendo una fase separata sotto forma di lamelle all’interno del grano di pirosseno ospite. Le lamelle vengono dissolte lungo specifiche direzioni cristallografiche, producendo intergruppi orientati con struttura parallela e a spina di pesce. Ci sono cinque combinazioni principali di coppie di exsoluzione: (1) augite con lamelle di enstatite, (2) augite con lamelle di piccionite, (3) augite con lamelle sia di piccionite che di enstatite, (4) piccionite con lamelle di augite, e (5) enstatite con lamelle di augite.
I pirosseni differiscono dagli anfiboli in due aspetti principali. I pirosseni non contengono acqua essenziale sotto forma di idrossili nella loro struttura, mentre gli anfiboli sono considerati silicati idrati. La seconda differenza chimica chiave tra i due è la presenza del sito A negli anfiboli che contiene i grandi elementi alcalini, tipicamente sodio e a volte potassio; i pirosseni non hanno un sito equivalente che possa ospitare il potassio.

Struttura

Il gruppo dei pirosseni include minerali che si formano sia nel sistema cristallino ortorombico che monoclino. I pirosseni ortorombici sono chiamati ortopirosseni, mentre i pirosseni monoclinici sono chiamati clinopirosseni. La caratteristica essenziale di tutte le strutture dei pirosseni è il collegamento dei tetraedri silicio-ossigeno (SiO4) condividendo due dei quattro angoli per formare catene continue. Le catene, che si estendono indefinitamente parallelamente all’asse c-cristallografico, hanno la composizione di (Si2O6) (Fig.2). Una distanza di ripetizione di circa 5,3 Å lungo la lunghezza della catena definisce l’asse c della cella unitaria. Le catene Si2O6 sono legate ad uno strato di bande di cationi coordinati ottaedricamente che si estendono anche parallelamente all’asse c.

Fig.2: diagramma schematico della struttura del pirosseno a catena singola. Dove due tetraedri si toccano, condividono uno ione ossigeno. Da Wikipedia

Le strisce ottaedriche sono costituite da ottaedri M1 e M2 inseriti tra due catene tetraedriche orientate in modo opposto. I siti M1 sono occupati da piccoli cationi come magnesio, ferro, alluminio e manganese, che sono coordinati a sei atomi di ossigeno per formare un ottaedro regolare. Nei pirosseni monoclini, il sito M2 è un grande poliedro irregolare occupato dai cationi più grandi di calcio e sodio che sono in coordinazione otto volte. Nei pirosseni ortorombici a basso contenuto di calcio, M2 contiene magnesio e ferro, e il poliedro assume una forma ottaedrica più regolare. La striscia del catione M1 è legata agli atomi di ossigeno di due catene tetraedriche orientate in modo opposto (Fig.3). Insieme, queste formano una striscia tetraedrica-ottaedrica-tetraedrica (t-o-t). Una proiezione schematica della struttura del pirosseno perpendicolare all’asse c e la relazione della scissione del pirosseno alle strisce t-o-t o I-beam è mostrata in Fig. 3.

Fig.3: Proiezione schematica della struttura monoclina del pirosseno perpendicolare all’asse c. Le strisce T-O-T, chiamate travi a I, hanno legami molto forti che resistono alla rottura e producono il tipico clivaggio vicino ai 90° dei pirosseni (linee tratteggiate).

In sezioni sottili, i pirosseni monoclini si distinguono per due direzioni di clivaggio a circa 87° e 93°, sezioni basali a otto lati e colore marrone chiaro o verde. I pirosseni ortorombici differiscono dai pirosseni monoclinici in quanto hanno un’estinzione parallela.

Bibliografia

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