Пироксен - Pyroxene

Кристаллы пироксена ( диопсида ) из Афганистана

В пироксенах (обычно сокращенно Рх ) представляют собой группу важных породообразующего inosilicate минералов во многих магматических и метаморфических породах . Пироксены имеют общую формулу XY (Si, Al)
2
О
6
, где X представляет собой кальций (Ca), натрий (Na), железо (Fe II) или магний (Mg) и, реже, цинк , марганец или литий , а Y представляет собой ионы меньшего размера, такие как хром (Cr), алюминий ( Al), железо (Fe III), магний (Mg), кобальт (Co), марганец (Mn), скандий (Sc), титан (Ti), ванадий (V) или даже железо (Fe II). Хотя алюминий широко замещает кремний в силикатах, таких как полевые шпаты и амфиболы , в большинстве пироксенов такое замещение происходит лишь в ограниченной степени. Они имеют общую структуру, состоящую из одиночных цепочек тетраэдров кремнезема . Пироксены, которые кристаллизуются в моноклинной системе, известны как клинопироксены, а те, которые кристаллизуются в орторомбической системе, известны как ортопироксены .

Название пироксен происходит от древнегреческих слов, обозначающих «огонь» ( pyr πυρ ) и «чужой» ( ksénos ξένος ). Пироксены были названы так из-за их присутствия в вулканических лавах, где они иногда встречаются в виде кристаллов, встроенных в вулканическое стекло ; Предполагалось, что это примеси в стекле, отсюда и название, означающее «незнакомцы с огнем». Однако это просто ранние минералы, которые кристаллизовались до извержения лавы.

Верхняя мантия Земли состоит в основном из оливина и пироксена минералов. Пироксен и полевой шпат являются основными минералами в породах базальта , андезита и габбро .

Химия и номенклатура пироксенов

Цепная силикатная структура пироксенов обеспечивает большую гибкость при включении различных катионов, а названия минералов пироксена в первую очередь определяются их химическим составом. Пироксеновые минералы названы в соответствии с химическими формами, занимающими сайт X (или M2), сайт Y (или M1) и тетраэдрический сайт T. Катионы в сайте Y (M1) тесно связаны с 6 атомами кислорода в октаэдрической координации. Катионы в позиции X (M2) могут координироваться с 6-8 атомами кислорода, в зависимости от размера катиона. Двадцать названий минералов признаны Комиссией Международной минералогической ассоциации по новым минералам и названиям минералов, а 105 ранее использовавшихся названий были отброшены (Morimoto et al. , 1989).

Номенклатура пироксенов
Пироксен четырехугольная номенклатура пироксенов кальция, магния, железа
Номенклатура пироксенового треугольника пироксенов натрия

Типичный пироксен содержит в основном кремний в тетраэдрическом узле и преимущественно ионы с зарядом +2 как в X, так и в Y узлах, что дает приблизительную формулу XYT
2
О
6
. Названия обычных кальций-железо-магниевых пироксенов определены в «четырехугольнике пироксена». Серия энстатит-ферросилит ( [Mg, Fe] SiO
3
) включает обычный породообразующий минерал Гиперстен , содержит до 5 мол.% кальция и существует в трех полиморфных модификациях: орторомбический ортоэнстатит и протоэнстатит, а также моноклинный клиноэнстатит (и его эквиваленты). Увеличение содержания кальция предотвращает образование ромбических фаз и пижонита ( [Mg, Fe, Ca] [Mg, Fe] Si
2
О
6
) кристаллизуется только в моноклинной системе. Не существует полного твердого раствора по содержанию кальция, и пироксены Mg-Fe-Ca с содержанием кальция от примерно 15 до 25 мол.% Нестабильны по отношению к паре выделившихся кристаллов. Это приводит к разрыву в смешиваемости между составами пижонита и авгита . Существует произвольное разделение авгита и диопсид-геденбергита ( CaMgSi
2
О
6
 - CaFeSi
2
О
6
) Твердый раствор. Разделение принято при> 45 мол.% Ca. Поскольку ион кальция не может занимать Y-центр, пироксены с содержанием кальция более 50 мол.% Невозможны. Родственный минерал волластонит имеет формулу гипотетического кальциевого конечного члена, но важные структурные различия означают, что он вместо этого классифицируется как пироксеноид.

Магний, кальций и железо никоим образом не являются единственными катионами, которые могут занимать позиции X и Y в структуре пироксена. Вторая важная группа минералов пироксена - это богатые натрием пироксены, соответствующие номенклатуре «пироксеновый треугольник». Включение натрия с зарядом +1 в пироксен подразумевает необходимость в механизме восполнения «недостающего» положительного заряда. В жадеите и эгирине это добавляется путем включения катиона +3 (алюминия и железа (III) соответственно) в Y-сайт. Пироксены натрия с более чем 20 мол.% Компонентов кальция, магния или железа (II) известны как омфацит и эгирин-авгит , при этом 80% или более этих компонентов пироксен попадает в четырехугольник.

Широкий спектр других катионов, которые могут быть размещены в различных участках пироксеновых структур.

Порядок размещения катионов в пироксенах
Т Si Al Fe 3+
Y Al Fe 3+ Ti 4+ Cr V Ti 3+ Zr Sc Zn Mg Fe 2+ Mn
Икс Mg Fe 2+ Mn Ли Ca Na

При назначении ионов сайтам основное правило состоит в том, чтобы работать в этой таблице слева направо, сначала назначая весь кремний Т-сайту, а затем заполняя сайт оставшимся алюминием и, наконец, железом (III); дополнительный алюминий или железо могут быть размещены в Y-узле, а более объемные ионы - в X-узле.

Не все полученные механизмы для достижения нейтральности заряда следуют приведенному выше примеру с натрием, и существует несколько альтернативных схем:

  1. Сопряженные замены ионов 1+ и 3+ в сайтах X и Y соответственно. Например, Na и Al дают жадеит (NaAlSi
    2
    О
    6
    ) состав.
  2. Сопряженное замещение иона 1+ в сайте X и смесь равного количества ионов 2+ и 4+ в сайте Y. Это приводит, например, к NaFe 2+
    0,5
    Ti 4+
    0,5
    Si
    2
    О
    6
    .
  3. Замена Tschermak, где ион 3+ занимает Y-сайт и T-сайт, приводя, например, к CaAlAlSiO
    6
    .

В природе в одном минерале можно найти более одного замещения.

Пироксеновые минералы

Тонкий срез зеленого пироксен
Мантия - ксенолит перидотита из индейской резервации Сан-Карлос, Gila Co., Аризона, США. Ксенолит доминирует зеленый перидот оливина , вместе с черным ортопироксеном и шпинели кристаллов, редкие травы зеленые зерна диопсида. Мелкозернистая серая порода на этом изображении - вмещающий базальт (масштаб неизвестен).
Образец пироксенита (метеорит ALH84001 с Марса), горной породы, состоящей в основном из минералов пироксена.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки