Pirosseni

Quando i gruppi SiO₄^4- per condivisione di ossigeni si uniscono per formare delle catene si parla di Inosilicati (dal greco "Inos" fibra ).
Le catene possono essere singole (pirosseni e pirossenoidi) o doppie (anfiboli). I pirosseni, tra gli inosilicati sono i più comuni nella crosta, della quale, si stima rappresentino circa l’11% in volume dei minerali comuni (da Ronov A.B., Yaroshevsky 1969).
Nella struttura a catena semplice ciascun tetraedro condivide due dei quattro ossigeni, per cui si ha un rapporto Si : O di 1 : 3. Il periodo di ripetizione dell’unità ripetitiva SiO^3- all’interno della catena è di due, cioè 5.2 Å.

I pirosseni hanno formula generale XYZ₂O₆ dove:

X (in M2) = cationi in coordinazione VI-VIII: Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Li⁺.
Y (in M1) = cationi in coordinazione VI: Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Ti⁴⁺.
Z (in tetraedri.) = cationi in coordinazione IV: Si⁴⁺, Al³⁺.

Struttura dei Pirosseni

La struttura dei pirosseni si può descrivere come una serie di catene tedraedriche singole (con gruppo base SiO^3- ) che si sviluppano lungo c (asse d’allungamento).

Tale struttura ospita anche due tipi di lacune M1 e M2 in cui sono accolti i cationi.

Il sito M2 è un ottaedro regolare mentre il sito M2, in particolare nei pirosseni monoclini, è un poliedro irregolare che ospita anche i cationi a più grande raggio ionico (^VIIICa, ^VIIINa) che tende ad assumere la forma di ottaedro regolare se occupato dal Fe ma soprattutto dal Mg.

Il sito M1 ospita generalmente cationi con raggio ionico minore di quelli del sito M2, per questo nel caso dei pirosseni ferro-magnesiaci il Mg²⁺ (Ri = 0.65 Å) è preferito al Fe2+ (Ri = 0.74 Å), mentre nei pirosseni monoclini il Fe²⁺ e Mg²⁺ sono preferiti in M1 rispetto al Ca²⁺ (Ri = 0.98 Å), Na⁺ ( Ri = 0.95Å) che occupano il sito M2.

Immaginando di sezionare le catene con un piano ortogonale all’asse c, si ottiene una figura tale:(vedi parte (a) dell'immagine sottostante) In questa figura si vede chiaramente che i siti M1 si formano quando i tetraedri si trovano Apice-Apice, mentre i siti M2, più grossi, si trovano quando si è nella situazione Base-Base.

Inoltre da tale figura si può anche desumere il motivo che determina la sfaldatura a 90° dei pirosseni (caratteristica fortemente diagnostica, che permette di distinguerli dagli anfiboli).

Come si vede dalla figura (vedi parte (b) dell'immagine sottostante) i siti M1 sono tutti coordinati da ossigeni di due catene opposte determinando una configurazione a “trave ad I” detti I-beams.

Moduli I-beam dei Pirosseni. Immagine tratta dalle dispense del corso di Cristallochimica.

I moduli I-beams fanno in modo che la struttura si sfaldi lungo piani (110 ed 1-10) che rappresentano piani di debolezza dovuta alla vicinanza degli ossigeni, separando le due lacune M2. Questi piani formano tra loro angoli di circa 90° (precisamente 87°-88° e 92°-93°).

Classificazione dei Pirosseni

I pirosseni comuni nelle rocce si possono rappresentare nel diagramma triangolare (Wollastonite, Fe-sillite, Enstatite) che ne fornisce un’idea sulla variabilità chimica. In particolare è molto significativo il trapezio (Fe-sillite - Enstatite - Diopside - Hedembergite).
Come si vede dal quadrilatero esiste piena miscibilità tra Diop - Hed e tra Ens - Fe-sillite che costituiscono due soluzioni solide che tra loro hanno scarsa miscibilità.

La pigeonite rappresenta una campo di soluzioni solide Mg-Fe con un contenuto di Ca leggermente maggiore di quella Enstatite-Ferrosillite.
L’augite, invece è legata alla serie Diopside- Hedembergite con alcune vicarianze come Na → Ca in M2, Al → Fe,Mg in M1 e Al → Si.

In passato venivano usati anche nomi quali Bronzite, Hyperstene, Fe-Hyperstene ed Eulite per indicare la variabilità del contenuto in Mg e Fe nella serie Enst- Fe-sillite, mentre tale variabilità all’interno della serie Dps-Hed comprendeva termini quali Salite ed Fe-salite. Con le nuove regole di nomenclatura (Morimoto et al.,1988) tali nomi sono stati scartati ed il pirosseno si indica con le quantità molari del termine altofondente della serie (es: Fo 80).

Chimicamente i pirosseni vengono suddivisi in:

Ferro-Magnesiaci

• Enstatite Mg₂Si₂O₆
• Ferrosillite Fe₂Si₂O₆
• Pigeonite (Ca,Mg,Fe)(Mg,Fe)Si₂O₆

I primi due termini, Enstatite e Ferrosillite, formano una soluzione solida continua e vengono definiti come ortopirosseni in quanto hanno simmetria ortorombica (2/m 2/m 2/m).

Tale simmetria è dovuta al fatto che in questi pirosseni il sito M2 viene riempito esclusivamente da cationi in coordinazione VI per cui tale sito è più vicino ad un ottaedro regolare.

L’enstatite è comune in rocce basiche ed ultrabasiche, mentre la ferrosillite è poco comune in natura poiché nelle condizioni geologiche si osserva con maggiore frequenza la paragenesi equivalente di Fayalite + quarzo, mentre è comune nelle meteoriti.

La Pigeonite invece ha simmetria monoclina (2/m), poiché contiene dal 5 - al 15% mol di CaSiO₃. Questa fase è stabile ad alte T in rocce basiche, per cui in condizioni di bassa T si trasforma in ortopirosseno con lamelle di essoluzione di augite.

Calcici

• Diopside CaMgSi₂O₆
• Hedembergite CaFeSi₂O₆
• Augite (Na,Ca)(Mg,Fe,Mn,Al,Ti)(Si,Al)₂O₆
• Johannsenite Ca(Mn,Fe)Si₂O₆

Questi pirosseni hanno tutti simmetria monoclina (2/m).
I termini Diopside ed Hedembergite costituiscono una soluzione solida.
Questi pirosseni sono comuni in molti tipi di rocce magmatiche, dove spesso si osserva una zonatura composizionale con il termine altofondente (Dps) al nucleo.

Il diopside ha particolare importanza anche nei marmi, dove si forma assieme all’anidride carbonica per reazione della dolomite con il quarzo.

CaMg(CO₃)₂ + SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + CO2

L’hedembergite invece è comune in rocce metamorfiche ricche in Fe, in particolare è tipica di Skarn (Campiglia Marittima).

L’augite è il pirosseno più comune nelle rocce e forma una serie con l’egirina, formando un termine intermedio l’egirinaugite dove si hanno le sostituzioni accoppiate di Ca(Mg,Fe²⁺) → NaFe³⁺.

Sodici

• Giadeite NaAlSi₂O₆
• Egirina NaFeSi₂O₆
• Omphacite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)Si₂O₆

Anche questi pirosseni sono termini monoclini (2/m).
La giadeite non è molto comune in natura, poiché per la sua formazione occorrono pressioni elevate (10-25 kbar) e temperature anche relativamente basse (600-1000°C), quindi si rinviene solo in rocce metamorfiche di alta P.
Nelle fasi normali di cristallizzazione magmatica al suo posto si creano Nefelina o Albite, in quanto rappresentano i termini estremi di tale cpx.
La formazione della giadeite ad alta pressione è data dalle seguenti reazioni:

NaAlSi₃O₈ NaAlSi₂O₆ + SiO₂

NaAlSi₃O₈ + NaAlSiO₄ 2NaAlSi₂O₆

In questo pirosseno la sostituzione di Al per Si è assente, mentre è limitata quella del Fe³⁺ per Al³⁺.

L’omphacite è una specie simile alla giadeite (serie Augite-Giadeite). Il suo nome deriva dal greco omphax, ovvero uva acerba con riferimento al colore.
Questo clinopirosseno è comune in facies eclogitica, dove raccoglie il Na del plagioclasio che è instabile in tali condizioni bariche.

L’egirina è chiamata anche acmite.
I pirosseni di composizione egirinica hanno un’ampia variabilità composizionale a causa della serie con l’augite (vedi augite). L’ aegirina è comune in rocce peralcaline (Al₂O₃ < Na₂O + K₂O) con bassi contenuti di Al₂O₃ ed anche in rocce metamorfiche associate a glaucofane o riebeckite.

Di Litio

• Spodumene LiAlSi₂O₆

Lo spodumene è un pirosseno monoclino (2/m).
Si osserva comunemente una certa sostituzione del Na per il Li, inoltre a causa delle dimensioni ridotte dello ione Li⁺ e dello ione Al³⁺ si ha un impaccamento delle catene SiO₃ maggiore.
Si rinviene quasi esclusivamente in rocce pegmatitiche ricche in litio, spesso in cristalli di grosse dimensioni.

Caratteristiche ottiche.

I pirosseni hanno caratteristiche ottiche che variano al variare della loro composizione, ma presentano delle caratteristiche comuni che ne permettono subito l’individuazione:

• Abito: Prismatico tozzo e sezioni basali poligonali.
• Sfaldatura: Due sistemi di sfaldatura che formano tra loro angoli circa retti (87°-93°).
• Rilievo: alto e segno ottico generalmente positivo (poiché l’ iperstene ha segno ottico negativo).
• Colore: generalmente pallido, escludendo i termini alcalini o ricchi in ferro.

I diversi tipi di pirosseni possono essere discriminati in base a caratteristiche ottiche tipiche di ciascuna specie.
La prima distinzione che va eseguita, molto importante per discriminare l’associazione magmatica è quella tra pirosseni rombici e monoclini.

Per quanto riguarda le foto e le caratteristiche ottiche dei Clinopirosseni e degli Ortopirosseni vedi le relative pagine.

Pagina realizzata da Iaccarino Salvatore

Diagramma classificativo dei Pirosseni. Immagine tratta dalle dispense del prof. Stephen A. Nelson.

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Klein Cornelis: Mineralogia. Zanichelli 2004
• W. A. Deer, R. A. Howie, J. Zussman (1994): Introduzione ai Minerali che costituiscono le rocce. Zanichelli editore.
• Optical Mineralogy : The Nonopaque Minerals by Phillips / Griffen
• E. WM. Heinrich (1956): Microscopic Petrografy. Mcgraw-hill book company,inc
• Stephen. A. Nelson