Piroxenele sunt cel mai important și mai abundent grup de silicați feromagnezieni formatori de roci. Ei se găsesc în aproape toate varietățile de roci igneice și apar în roci cu compoziții foarte diferite, formate în condiții de metamorfism regional și de contact. Denumirea de piroxen derivă din grecescul pyro, care înseamnă „foc”, și xenos, care înseamnă „străin”, și a fost dată de Haüy cristalelor verzui care se găsesc în multe lave și pe care el le-a considerat a fi fost incluse accidental acolo.
Compoziția chimică a mineralelor din grupa piroxenelor poate fi exprimată prin formula generală:

XYZ2O6

în care X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; și Z= Si4+, Al3+. Gama de substituții chimice posibile în piroxen este constrânsă de dimensiunile situsurilor disponibile în structură și de sarcina cationilor substituenți. În general, situsurile pentru cationii X sunt mai mari decât situsurile pentru cationii Y. Între compozițiile ideale ale membrilor finali are loc o substituție atomică extinsă. Majoritatea piroxenilor au doar o substituție limitată de aluminiu pentru siliciu în situsul Z (tetraedric). Atunci când un ion înlocuitor diferă în sarcină, neutralitatea electrică este menținută prin substituții cuplate. De exemplu, perechea formată din Na+ și Al3+ substituie 2Mg2+.
Piroxenii cei mai comuni pot fi reprezentați ca parte a sistemului chimic CaSiO3 (wollastonit, un piroxenoid), MgSiO3 (enstatite) și FeSiO3 (ferrosilit). (Fig.1). Deoarece nu există piroxeni adevărați cu un conținut de calciu mai mare decât cel al joncțiunii diopside-hedenbergit, partea acestui sistem aflată sub această joncțiune este cunoscută sub numele de cvadrilaterul piroxenic.

Fig.1: Diagramă de compoziție ternară pentru piroxeni.

Există substituție completă între enstatită (Mg2Si2O6) și ferrosilit (Fe2Si2O6), iar soluția solidă completă a fierului pentru magneziu există între diopside (CaMgSi2O6) și hedenbergit (CaFeSi2O6). Augitul, augitul subcalcic și pigeonitul se află în interiorul cuadrilaterului de piroxen. Din punct de vedere compozițional, augitul este înrudit cu membrii seriei diopside-hedenbergit cu substituție limitată de Na+ pentru Ca2+, Al3+ pentru Mg2+ și Fe2+, și Al3+ pentru Si4+ în situsul Z (tetraedric). Augitele cu un conținut substanțial de aluminiu sau sodiu nu pot fi reprezentate strict în planul cvadrilateral. Pigeonitul monoclinic înglobează un câmp de soluții solide de magneziu-fier cu un conținut de calciu ușor mai mare decât seria ortorombică enstatită-ortoferrosilită.

Substituțiile cuplate care implică Na+, Li+ sau Al3+ pentru Mg2+ în structura enstatită dau piroxeni care se află în afara câmpului de compoziție cvadrilaterală. Substituția cuplată a Na+ și Al3+ pentru 2Mg2+ în enstatită produce piroxenul jadeit. Substituția cuplată a Na+ și Fe3+ pentru 2Mg2+ produce piroxenul aegirină (acmite). Înlocuirea Li+ și Al3+ pentru 2Mg2+ produce spodumen. Substituirea Al3+ pentru Mg2+ și Al3+ pentru Si4+ produce componenta ideală a tschermakitului MgAlSiAlO6. Alte piroxene mai puțin frecvente cu compoziții în afara cvadrilaterului piroxenelor includ johannsenitul , și kosmochlor (ureyitul) . Johannsenitul implică înlocuirea manganului cu fier în hedenbergit. Kosmochlor are crom (Cr) în locul fierului sau aluminiului într-un piroxen sodic.
La temperaturi ridicate, piroxenii au câmpuri mai extinse de soluție solidă decât la cele mai joase. În consecință, pe măsură ce temperaturile scad, piroxenul își ajustează compoziția în stare solidă prin exsoluția unei faze separate sub formă de lame în interiorul bobului de piroxen gazdă. Lamelele sunt exsolvate de-a lungul unor direcții cristalografice specifice, producând intergrowths orientate cu textură paralelă și în formă de spini de hering. Există cinci combinații principale de perechi de exsoluții: (1) augit cu lame de enstatită, (2) augit cu lame de porumbiță, (3) augit atât cu lame de porumbiță cât și de enstatită, (4) porumbiță cu lame de augit și (5) enstatită cu lame de augit.
Piroxenele diferă din punct de vedere compozițional de amfiboli în două aspecte majore. Piroxenii nu conțin apă esențială sub formă de hidroxil în structura lor, în timp ce amfibolii sunt considerați a fi silicați hidrici. A doua diferență chimică esențială între cele două este prezența situsului A în amfiboli, care conține elementele alcaline mari, de obicei sodiu și uneori potasiu; piroxenii nu au un situs echivalent care să poată găzdui potasiu.

Structura

Grupa piroxenelor include minerale care se formează atât în sistemul cristalin ortorombic, cât și în cel monoclinic. Piroxenii ortorombici sunt denumiți ortopiroxeni, iar piroxenii monoclinici sunt numiți clinopiroxeni. Caracteristica esențială a tuturor structurilor piroxenice este legătura dintre tetraedrii de siliciu-oxigen (SiO4) prin împărțirea a două dintre cele patru colțuri pentru a forma lanțuri continue. Lanțurile, care se întind la nesfârșit în paralel cu axa cristalografică c, au compoziția (Si2O6) (Fig.2). O distanță de repetiție de aproximativ 5,3 Å pe lungimea lanțului definește axa c a celulei unitare. Lanțurile Si2O6 sunt legate de un strat de benzi de cationi coordonați octaedric care se întind, de asemenea, paralel cu axa c.

Fig.2: diagramă schematică a structurii piroxenului cu un singur lanț. Acolo unde două tetraedre se ating, ele împart un ion oxigen. Din Wikipedia

Fâșiile octaedrice constau din octaedre M1 și M2 intercalate între două lanțuri tetraedrice orientate opus. Locurile M1 sunt ocupate de cationi mai mici, cum ar fi magneziul, fierul, aluminiul și manganul, care sunt coordonați la șase atomi de oxigen pentru a forma un octaedru regulat. În piroxenii monoclinici, situsul M2 este un poliedru neregulat mare, ocupat de cationii mai mari de calciu și sodiu, care sunt coordinați de opt ori. În piroxenii ortorombici cu conținut scăzut de calciu, M2 conține magneziu și fier, iar poliedrul capătă o formă octaedrică mai regulată. Fâșia de cationi M1 este legată de atomii de oxigen din două lanțuri tetraedrice orientate opus (Fig.3). Împreună, acestea formează o bandă tetraedrică-octaedrică-tetraedrică (t-o-t). O proiecție schematică a structurii piroxenului perpendicular pe axa c și relația dintre clivajul piroxenului și benzile t-o-t sau grinzile I este prezentată în Fig. 3.

Fig.3: Proiecție schematică a structurii piroxenului monoclinic perpendicular pe axa c. Benzile T-O-T, numite grinzi I, au legături foarte puternice care rezistă la rupere și produc clivajul tipic de aproape 90° al piroxenilor (linii punctate).

În secțiuni subțiri, piroxenii monoclinici se disting prin două direcții de clivaj la aproximativ 87° și 93°, secțiuni transversale bazale cu opt laturi și culoare brun deschis sau verde. Piroxenii ortorombici se deosebesc de piroxenii monoclinici prin faptul că au extincția paralelă.

Bibliografie

– 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 (p. 696). Longman.
– Le Maitre, R. W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J., Bonin, B., Bateman, P., & Lameyre, J. (2002). Roci igoase. O clasificare și un glosar de termeni, 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 (Principii de petrologie metamorfică). Cambridge University Press.