輝石は岩石を形成する強マグネシウム珪酸塩の中で最も重要で豊富なグループである。 火成岩のほとんどの種類に含まれ、地域変成や接触変成の条件下で形成された大きく異なる組成の岩石中に存在する。 輝石の名称は、ギリシャ語で「火」を意味するpyroと「よそ者」を意味するxenosに由来し、Haüyが多くの溶岩中に見られる緑色がかった結晶を、そこに偶然含まれると考えてつけたものである。
輝石群の鉱物の化学組成は、一般式

XYZ2O6

で表され、X=Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+、Y=Mn2+, Fe2+, Mg2+、Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+, Z= Si4+, Al3+となる。 輝石の化学的置換の可能性の範囲は、構造中の利用可能なサイトのサイズと置換する陽イオンの電荷によって制限される。 一般にXカチオンのサイトはYカチオンのサイトより大きい。 理想的なエンドメンバー組成の間では、広範な原子置換が起こる。 ほとんどの輝石では、Z（四面体）サイトにおいてアルミニウムがシリコンに限定的に置換されているに過ぎない。 置換するイオンの電荷が異なる場合、結合置換により電気的中性が保たれる。 例えば、Na+とAl3+のペアは2Mg2+に置換する。
最も一般的な輝石は、CaSiO3（ウォラストナイト、輝石類）、MgSiO3（エンスタタイト）、FeSiO3（フェロシライト）の化学系の一部として表すことができる。 (図1）。 ダイオプサイド・ヘデンベルガイトの結合部よりカルシウム含有量の多い真の輝石は存在しないので、この結合部より下の部分を輝石四角錐と呼んでいる

図1: 輝石の三元組成図

エンスタタイト（Mg2Si2O6）とフェロシライト（Fe2Si2O6）の間には完全な置換が存在し、ダイオプサイド（CaMgSi2O6）とヘデンベルグ（CaFeSi2O6）の間にはマグネシウムに対する鉄の完全固溶体が存在する。 輝石四辺形の内部には、オーガイト、亜方解石オーガイト、ピジョンサイトが存在する。 組成的には、Z（四面体）サイトにおいて、Na+をCa2+に、Al3+をMg2+とFe2+に、Al3+をSi4+に限定的に置換したダイオプサイド・ヘデンベルガイト系列に関連するオーガイトである。 アルミニウムやナトリウムを多く含むオーガイトは、四辺形平面で厳密に表現することができない。 単斜晶ハト派は斜方晶のエンスタタイト-オルトフェロシライト系よりもわずかにカルシウム含有量の高いマグネシウム-鉄固溶体の分野を包含する。
エンスタタイト構造中のMg2+のNa+, Li+またはAl3+による結合置換は、四辺形の組成分野の外にある輝石をもたらす。 エンスタタイト中の2Mg2+のNa+とAl3+の結合置換により、輝石jadeiteが生成される。 Na+とFe3+の2Mg2+への結合置換は輝石aegirine（acmite）を生成する。 2Mg2+をLi+とAl3+で置換するとスポデューメンが得られる。 Mg2+をAl3+に、Al3+をSi4+に置換すると理想的なツェルマカイト成分MgAlSiAlO6が得られる。 輝石の四辺形から外れた組成を持つ、あまり一般的でない輝石には、ヨハンセン石、コスモクロー（ウレアイト）などがある。 ヨハンセン石は、ヘデンベルギーの鉄がマンガンで置換されたものである。 コスモクロルは、鉄やアルミニウムの代わりにクロム（Cr）を含むソーディック輝石である。
高温では、輝石は低温の場合よりも広い固溶体領域を持つ。 その結果、温度が下がると、輝石は母体である輝石粒の中にラメラという形で別の相を析出させ、固相での組成を調整する。 このラメラは特定の結晶学的方向に沿って溶出し、平行組織やヘリンボーン組織を持つ配向性インターグロースを生成する。 溶出ペアの組み合わせは主に5種類ある。 (1)エンスタタイトを持つオーガイト、(2)ハト目を持つオーガイト、(3)ハト目とエンスタタイトの両方を持つオーガイト、(4)ハト目を持つオーガイト、(5)オーガイトを持つエンスタタイト、です。 角閃石は含水珪酸塩と考えられているのに対し、構造中に水酸基のような必須水分を含んでいない。 2つ目の化学的な違いは、角閃石のAサイトの存在で、ナトリウムやカリウムなどの大きなアルカリ元素を含んでいます。 斜方輝石は斜方輝石と呼ばれ、単斜輝石は斜方輝石と呼ばれる。 いずれの輝石も、ケイ素-酸素（SiO4）四面体の4つの角のうち2つを共有して連結し、連続した鎖を形成していることが本質的な特徴である。 この鎖はc軸に平行に無限に伸びており、その組成は(Si2O6)である（Fig.2）。 鎖の長さ方向に約5.3Åの繰り返し距離があり、これがユニットセルのc軸を規定している。 Si2O6鎖は八面体配位したカチオンのバンドと結合しており、このバンドもc軸に平行に伸びている。

図2：単鎖輝石構造の模式図。 2つの四面体が接しているところでは、酸素イオンを共有している。 Wikipediaより引用

八面体ストリップはM1とM2の八面体が2つの逆向きの四面体鎖に挟まれた構造である。 M1サイトはマグネシウム、鉄、アルミニウム、マンガンなどの小さい陽イオンが占め、6個の酸素原子に配位して正八面体を形成している。 単斜輝石では、M2サイトは大きな不規則多面体であり、8重配位している大きなカルシウムとナトリウムのカチオンによって占有される。 低カルシウム斜方輝石では、M2はマグネシウムと鉄を含み、多面体はより規則的な八面体の形状をとる。 M1陽イオン片は、2本の逆向き四面体鎖の酸素原子に結合している（Fig.3）。 これらは、四面体-八面体-四面体（t-o-t）ストリップを形成している。 図3にc軸に垂直な輝石構造の模式図とt-o-t帯またはI-beamと輝石開裂の関係を示す。

図3：単斜輝石構造のc軸に垂直な模式図。 I-beamと呼ばれるT-O-T帯は非常に強い結合を持ち、破壊されにくく、輝石の典型的な90°近くの開裂を生じる（破線）。

薄片では単斜輝石は約87°と93°の2方向の開裂、8面の基底断面、薄茶または緑色によって区別される。 斜方輝石は単斜輝石と異なり、平行な劈開を持つ。

Bibliography

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