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.

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.

pyroxene2019(2).png

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).

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