I pirosseni

I pirosseni sono il gruppo di minerali di Fe-Mg più abbondante e importante, sia nelle rocce ignee che in quelle metamorfiche. Il termine pirosseno deriva dal greco pyro, fuoco e xeno, estraneo, e fu utilizzato per la prima volta dal mineralogista Haüy, per descrivere dei cristalli verdi che aveva rinvenuto in molte rocce laviche, e che egli riteneva fossero stati accidentalmente inclusi in queste rocce.

La composizione chimica dei pirosseni può essere espressa dalla formula generale:

XYZ2O6



In cui X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe+2, Mg2+, Li+; Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+; e Z = Si4+, Al3+. Il range delle possibili sostituzioni atomiche nei pirosseni è limitato dalle dimensioni dei siti disponibili nella struttura, e dalla carica dei cationi che vengono sostituiti. Il sito X è generalmente più grande del sito Y. Le sostituzioni maggiori avvengono generalmente tra gli end-member, mentre per la maggior parte degli altri pirosseni, queste sostituzioni sono molto limitate e coinvolgono per la maggior parte la sostituzione di Al al posto di Si nei siti Z.

La maggior parte dei pirosseni può essere rappresentata nel sistema ternario CaSiO3 (wollastonite, un pirossenoide, ovvero un minerale con struttura simile), MgSiO3 (enstatite), e FeSiO3 (ferrosilite) Fig.1. Tuttavia, dato che non esistono pirosseni veri e propri, con un contenuto in Ca maggiore di quello della serie diopside- hedenbergite, la parte sottostante a questo limite viene generalmente definita come quadrilatero dei pirosseni.

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Fig.1: Diagramma ternario dei pirosseni, con evidenziato il così detto quadrilatero dei pirosseni.



Nel quadrilatero dei pirosseni, si hanno due importanti soluzioni solide complete: quella tra l’enstatite e la ferrosillite e quella tra il diopside e l’hedenbergite. L’augite e la pigeonite stanno composizionalmente all’interno del quadrilatero. l’Augite è legata alla serie diopside-hedenbergite con cui ha delle limitate sostituzioni atomiche, limitate a Na+ per il Ca2+, Al3+ per il Mg2+ e Fe2+, e Al3+ per il Si4+ nel sito tetraedrico Z.

L’enstatite può subire varie sostituzioni atomiche, che portano alla formazione di pirosseni che composizionalmente stanno fuori dal quadrilatero. La sostituzione di 2Mg2+ da parte di Na+ e Al3+ determina la formazione della jadeite. La sostituzione di 2Mg2+ da parte di Na+ e Fe3+ porta invece alla formazione dell’aegirina. La sostituzione di 2Mg2+ da parte di Li+ e Al3+ porta alla formazione dello spodumene. Altri pirosseni poco comuni, che non sono contemplati nel quadrilatero dei pirosseni, comprendono la joannesite (CaMnSi2O6) e il cosmocloro (NaCrSi2O6).

Alle alte temperature, il campo di solubilità solida dei pirosseni è maggiore. Di conseguenza, quando le temperature diminuiscono, i pirosseni tendono a riorganizzare la loro struttura e composizione. Il risultato di tale processo è lo sviluppo di essoluzioni allo stato solido, costituite da lamelle a composizione diversa dal cristallo ospite. Esistono cinque diverse combinazioni: 1. Augite con essoluzioni di enstatite, 2. Augite con essoluzioni di pigeonite, 3. Augite con essoluzioni sia di enstatite e pigeonite, 4. Pigeonite con essoluzioni di augite e 5. Enstatite con essoluzioni di augite.

Struttura

I pirosseni comprendono sia minerali monoclini, detti clinopirosseni, che minerali ortorombici, detti ortopirosseni. Tutti i pirosseni sono caratterizzati da una struttura costituita da tetraedri di SiO4 che condividono tra loro due dei quattro spigoli, a formare lunghe catene (con composizione Si2O6) che si estendono infinitamente lungo l’asse c. (Fig. 2). Ogni catena silicatica è unita da siti ottaedrici (siti M1), paralleli all’asse c, a formare una struttura detta I-beams (trave a I), vedi Fig.3.



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Fig.2: Rappresentazione schematica della catena silicatica dei pirosseni. Immagine tratta da Wikipedia



Il sito M1 con forma ottaedrica regolare, è occupato da piccoli cationi come Mg, Fe, Al e Mn. Nei clinopirosseni, il sito M2 ha una morfologia ottaedrica irregolare ed è occupato da grandi cationi come Ca e Na. Negli ortopirosseni invece il sito M2 ha una struttura più regolare ed è occupato da Mg e Fe. L’alternanza di catene tetraedriche e livelli ottaedrici dà luogo alla struttura T-O-T (Fig.3).

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Fig.3: Rappresentazione schematica della struttura dei pirosseni, vista perpendicolarmente all’asse c, in cui sono evidenziati i siti M1, M2, la struttura T-O-T e quella I-beam responsabile della sfaldatura con angoli di circa 90°.



In sezione sottile I pirosseni sono facilmente riconoscibili per le due sfaldature che in seziona basale, che si incrociano con angoli di circa 90°. Hanno un colore verde o marrone chiaro, ed estinzione obliqua (clinopirosseni) o retta (ortopirosseni).

Bibliografia



Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Deer, W.A., Howie, R.A., Zussman, J. (1998) Rock-forming Minerals.
• Phillips, W. R., & Griffen, D. T. (1981). Optical mineralogy: The nonopaque minerals.
• William B. Simmons: Pyroxene, Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc. April 07, 2014