Pyroxener är den viktigaste och mest förekommande gruppen av bergartsbildande ferromagnesiska silikater. De finns i nästan alla typer av magmatiska bergarter och förekommer i bergarter av vitt skilda sammansättningar som bildats under förhållanden av regional metamorfism och kontaktmetamorfism. Namnet pyroxen kommer från grekiskans pyro, som betyder ”eld”, och xenos, som betyder ”främling”, och gavs av Haüy till de grönaktiga kristaller som finns i många lavor och som han ansåg ha ingått där av misstag.
Den kemiska sammansättningen av mineral från pyroxengruppen kan uttryckas med den allmänna formeln:

XYZ2O6

där X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; och Z= Si4+, Al3+. De möjliga kemiska substitutionerna i pyroxen begränsas av storleken på de tillgängliga platserna i strukturen och laddningen hos de substituerande katjonerna. X-kationsplatserna är i allmänhet större än Y-kationsplatserna. Omfattande atomär substitution förekommer mellan de ideala slutledarsammansättningarna. De flesta pyroxener har endast en begränsad substitution av aluminium för kisel i Z-platsen (tetraedrisk). När en substituerande jon har olika laddning upprätthålls den elektriska neutraliteten genom kopplade substitutioner. Exempelvis ersätter paret bestående av Na+ och Al3+ 2Mg2+.
De vanligaste pyroxenerna kan representeras som en del av det kemiska systemet CaSiO3 (wollastonit, en pyroxenoid), MgSiO3 (enstatit) och FeSiO3 (ferrosilit). (Fig.1). Eftersom det inte finns några riktiga pyroxener med kalciumhalter som är högre än kalciumhalten i diopsid-hedenbergitförbindelsen, är den del av detta system som ligger under denna förbindelse känd som pyroxenkvadrilateral.

Fig.1: Ternärt sammansättningsdiagram för pyroxener.

Fullständig substitution förekommer mellan enstatit (Mg2Si2O6) och ferrosilit (Fe2Si2O6), och fullständig fast lösning av järn för magnesium förekommer mellan diopsid (CaMgSi2O6) och hedenbergit (CaFeSi2O6). Augit, subkalcisk augit och pigeonit ligger inom pyroxenkvadrilaternas inre. Sammansättningsmässigt är augit besläktad med medlemmar av diopsid-hedenbergit-serien med begränsad substitution av Na+ för Ca2+, Al3+ för Mg2+ och Fe2+, och Al3+ för Si4+ i Z-platsen (tetraedern). Augiter med betydande aluminium eller natrium kan inte strikt representeras i det fyrsidiga planet. Monoklin pigeonit omfattar ett fält av magnesium-järn-fasta lösningar med en något högre kalciumhalt än den ortorhombiska enstatit-orthoferrosilitserien.
Kopplade substitutioner som involverar Na+, Li+ eller Al3+ för Mg2+ i enstatitstrukturen ger pyroxener som ligger utanför det quadrilaterala kompositionsfältet. Den kopplade substitutionen av Na+ och Al3+ för 2Mg2+ i enstatit ger pyroxenen jadeit. Den kopplade ersättningen av Na+ och Fe3+ för 2Mg2+ ger pyroxen aegirin (acmit). Substitution av Li+ och Al3+ för 2Mg2+ ger spodumen. Ersättning av Al3+ för Mg2+ och Al3+ för Si4+ ger den ideala tschermakitkomponenten MgAlSiAlO6. Andra mindre vanliga pyroxener med sammansättningar utanför pyroxenkvadrilateralen är johannsenit och kosmoklor (ureyit). Johannsenit innebär att mangan ersätter järn i hedenbergit. Kosmochlor har krom (Cr) i stället för järn eller aluminium i en natriumhaltig pyroxen.

Vid höga temperaturer har pyroxener mer omfattande fält av fast lösning än de har vid lägre temperaturer. Följaktligen justerar pyroxenerna, när temperaturen sjunker, sin sammansättning i fast tillstånd genom att exsolvera en separat fas i form av lameller inom värdpyroxenkornet. Lamellerna löses ut längs specifika kristallografiska riktningar, vilket ger orienterade intergrowths med parallell och fiskbensstruktur. Det finns fem huvudsakliga kombinationer av exsolutionspar: (1) augit med enstatitlameller, (2) augit med pigeonitlameller, (3) augit med både pigeonit- och enstatitlameller, (4) pigeonit med augitlameller och (5) enstatit med augitlameller.
Pyroxenerna skiljer sig kompositoriskt från amfibolerna i två viktiga avseenden. Pyroxenerna innehåller inget essentiellt vatten i form av hydroxyler i sin struktur, medan amfiboler anses vara vattenhaltiga silikater. Den andra viktiga kemiska skillnaden mellan de två är närvaron av A-platsen i amfiboler som innehåller de stora alkalielementen, vanligtvis natrium och ibland kalium; pyroxenerna har ingen motsvarande plats som kan rymma kalium.

Struktur

Pyroxengruppen innefattar mineraler som bildas i både det ortorhombiska och det monokliniska kristallsystemet. Ortorhombiska pyroxener kallas ortopyroxener och monokliniska pyroxener kallas klinopyroxener. Det viktigaste kännetecknet för alla pyroxenstrukturer är att kisel-oxygen (SiO4)-tetraederna är sammankopplade genom att de delar två av de fyra hörnen för att bilda kontinuerliga kedjor. Kedjorna, som sträcker sig obegränsat parallellt med den c-kristallografiska axeln, har sammansättningen (Si2O6) (fig. 2). Ett upprepningsavstånd på cirka 5,3 Å längs kedjans längd definierar enhetscellens c-axel. Si2O6-kedjorna är bundna till ett lager av oktaedriskt koordinerade katjonband som också sträcker sig parallellt med c-axeln.

Fig.2: Schematisk bild av den enkelkedjiga pyroxenstrukturen. Där två tetraeder berör varandra delar de en syrejon. Från Wikipedia

Oktaederremsorna består av M1- och M2-oktaedrar insprängda mellan två motsattriktade tetraederkedjor. M1-platserna upptas av mindre katjoner som magnesium, järn, aluminium och mangan, som är koordinerade till sex syreatomer för att bilda en regelbunden oktaeder. I monoklina pyroxener är M2-platsen en stor oregelbunden polyeder som upptas av de större kalcium- och natriumkatjonerna som är åttafaldigt koordinerade. I de ortorhombiska pyroxenerna med låg kalciumhalt innehåller M2 magnesium och järn, och polyedern antar en mer regelbunden oktaederform. M1-kationens remsa är bunden till syreatomer i två motsattriktade tetraedriska kedjor (fig. 3). Tillsammans bildar dessa en tetraedral-octaedral-tetraedral (t-o-t) remsa. En schematisk projektion av pyroxenstrukturen vinkelrätt mot c-axeln och förhållandet mellan pyroxens klyvning och t-o-t-remsorna eller I-balkarna visas i fig. 3.

Fig.3: Schematisk projektion av den monoklina pyroxenstrukturen vinkelrätt mot c-axeln. T-O-T-remsor, så kallade I-balkar, har mycket starka bindningar som står emot att brytas och ger upphov till den typiska nära 90° klyvningen av pyroxener (streckade linjer).

I tunna snitt kännetecknas monoklina pyroxener av två klyvningsriktningar vid ungefär 87° och 93°, åttasidiga basala tvärsnitt, och ljusbrun eller grön färg. Ortorhombiska pyroxener skiljer sig från monokliniska pyroxener genom att de har parallell extinktion.

Bibliografi

– 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). 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. Cambridge University Press.