Перейти к основному содержанию

Пироксены

Синонимы:

Группа

Происхождение названия

Название пироксенов (pyroxenes) происходит от греческого "пир" — огонь и "ксенос" — чуждый (Гаюи, 1799) — по ошибочному представлению, что эти минералы не могут быть магматического образования.

Формула

Общая формула пироксенов XY[Z2O6], где X — Mg, Fe2+, Са, Mn2+, Na, Li (редко Zn, К); Y — Mg, Fe2+, Mn2+, Al, Fe3+, Ti4+ (редко Ti3+, Zn, V); Z—Si, Al (редко Fe3+, Ti3+, Ti1+).

Классификация пироксенов

Различают моноклинные пироксены и ромбические пироксены.

Ромбические пироксены (ортопироксены)
Энстатит Mg2Si2O6
Гиперстен (Mg,Fe)2Si2O6
Ферросилит Fe2Si2O6
Моноклинные пироксены (клинопироксены)
Клиноэнстатит Mg2Si2O6
Клиногиперстен (Mg,Fe)2Si2O6
Клиноферросилит Fe2Si2O6
Пижонит (Mg, Fe, Ca)2Si2O6
Диопсид CaMg2Si2O6
Геденбергит CaFe2Si2O6
Иогансенит CaMnSi2O6
Авгит Ca(Mg, Fe, Al)(Si, Al)2O6
Эгирин NaFeSi2O6
Жадеит NaAlSi2O6
Уренит NaCrSi2O6
Сподумен LiAlSi2O6
Бикитаит LiAlSi2O6 • H2O

Общепринятой классификации пироксенов нет. Это объясняется тем, что большинство минералов группы, благодаря широко проявленному изоморфизму, связано друг с другом постепенными переходами. Изоморфные замещения в пироксенах осуществляются в различных структурных позициях, причем в одну и ту же позицию могут входить разные элементы, а в разные позиции — одинаковые. Разнообразие изоморфных замещений и неоднозначное влияние различных элементов-примесей на физические и оптические свойства приводят к тому, что эти свойства оказываются весьма сходными у пироксенов разного состава и не могут быть основанием для отличия пироксенов друг от друга. Рентгеновский анализ не всегда дает определенные критерии для разделения пироксенов. Он употребляется в основном для определения крайних членов изоморфных рядов. Широко применяется расчет состава пироксенов на миналы.

Границы между пироксенами по сравнению с ранее предложенными несколько сдвинуты в соответствии с новыми данными по структуре пироксенов. Название «эндиопсид» заменено на «магнезиальный авгит», что отвечает положению минерала на диаграмме состава авгитов. Пироксены, описываемые обычно под названием эгирин-авгит в соответствии с их промежуточным составом (между эгирином и членами изоморфного ряда диопсид-геденбергита) здесь называются эгирин-диопсидом и эгирин-геденбергитом. Граница авгита с пижонитом обусловлена различием их пространственных, групп, cNg и 2V; остальные границы условны.

Помимо перечисленных выше, известны пироксены промежуточного состава, не имеющие самостоятельных названий.

В большинстве природных пироксенов содержатся миналы, получившие общее название «чермакитовых пироксенов — Tschermaks pyroxenes» с формулой R2+R3+[R3+SiO6]. Чермакитовые пироксены — теоретические конечные члены, в которых трехвалентные катионы полностью занимают позицию М(1) и наполовину позицию. Многие их них синтезированы. Впервые структуры моноклинного диопсида и ромбического гиперстена были определены в 1928—1930 гг. К настоящему времени изучены структуры почти всех крайних и некоторых промежуточных членов изоморфных рядов

 

Структурная формула М(2)М(1)[Т2O6].

 

Характерной особенностью структуры всех пироксенов являются непрерывные двухчленные кремнекислородные цепочки [Si1+1O6], вытянутые вдоль оси с в плоскости (100), и параллельные им цепочки октаэдров М(1). Величина периода с во всех пироксенах соответствует величине звена кремнекислородной цепочки [Si1+1O6] и равна —5,17—5,28 А. Различие параметра с в значительной мере определяется природой катионов и их количественным соотношением в формуле пироксенов. ПозициюМ(1) занимают преимущественно катионы меньших размеров, координация которых очень близка к правильной октаэдрической. В позиции М(2) наряду с мелкими размещаются и крупные катионы в октаэдрической семерной или восьмерной координациях. В зависимости от величины катионов в полиэдрах М(2) последние могут быть изолированными или образовывать цепочки. Атомы кислорода, координирующие М(1), принадлежат всегда только одному SiO4-тетраэдру кремнекислородной цепочки, (немостиковые), а кислороды, координирующие М(2), частично принадлежат двум смежным SiO4-тетраэдрам (мостиковые).

Распределение в пироксенах по позициям Са, Mg и Fe2+ изучено рентгено-структурным методом и мессбауэровской спектроскопией. Са доминирует в позиции М(2), Fe2+ и Mg-— преимущественно в М(1).

Распределение Mg и Fe по позициям М(1) и М(2) в структуре пироксенов объясняется теорией кристаллического поля. Положению Fe2+ в искаженном восьми- и семивершиннике М(2) соответствует более высокие значения энергии стабилизации в кристаллическом поле. Однако с повышением температуры возрастает роль энтропии неупорядоченного смешения и поэтому для высокотемпературных ромбических модификаций пироксенов характерно более неупорядоченное распределение Mg и Fe по позициям М(1) и М(2). В проекции структуры моноклинных пироксенов по оси b отчетливо проявляются искаженные слои плотнейшей упаковки ионов О2-, уложенные параллельно (100) по кубическому закону с периодом в четыре слоя, что определяет почти постоянный период а0 т 9,5 — 9,7 А. В ромбических пироксенах параметр а0 увеличивается до 18,22—18,44 А, удваиваясь за счет появления плоскости симметрии, перпендикулярной этой оси.

Структуру пироксенов можно представить также в виде послойно скомбинированных цепочек мотива А2Х3 из октаэдров и параллельно тянущихся, не связанных друг с другом цепочек из SiO4-тетраэдров [Si2O6] . В каждом слое, параллельном (100), цепочки [Si2O6] чередуются в направлении оси b таким образом, что в одной цепочке все тетраэдры вершинами направлены вверх, а в соседних цепочках — вниз. Такой способ чередования противоположно направленных цепочек [Si2O6] вдоль оси b в пироксенах охватывает все положения плотнейшей упаковки, что делает ее роль в структуре пироксенов особенно заметной. Кубический закон плотнейшей упаковки определяет почти постоянное для всех моноклинных пироксенов значение угла β ~ 109°, так как тупой угол между упакованными гранями октаэдра имеет именно это значение. Период b равен толщине цепочки октаэдров М(1) вместе с прилегающими к ним полиэдрами М(2) и расстоянию между ними, что составляет величину от 8,7 до 9,08 А.

Плоскость плотнейшей упаковки (100) является двойниковой в пироксенах и плоскостью взаимного срастания пироксенов и амфиболов. Идеализированный пироксеновый мотив октаэдров М(1) и М(2), выделенный из корундового мотива, указывает на определяющую роль цепочки октаэдров М(1) в конфигурации пироксеновой цепочки и меньшую роль крупных катионов М(2) в структуре пироксенов.

Каждое шестичленное кольцо корундового мотива октаэдров разбивается на две половины — одна занята октаэдрами М(1), а другая — пустая. Но все пустые в корундовом мотиве изолированные октаэдры (дополнительный к корундовому карбонатный мотив АХ3) заняты в пироксенах крупными катионами М(2). Выше отмеченная взаимосвязь корундового мотива А2Х3 и производного от него пироксенового мотива октаэдров находит подтверждение в наблюдаемой широкой области растворимости Аl2O3 (до 10%) в пироксенах из гранулитов (до 16% при 1650° в энстатите). В кристаллах пироксенов по плоскостям (100) могут присутствовать ориентированные вростки минералов со структурой корунда (гематит, ильменит). С положением кристаллографических осей и наиболее плотноупакованных ионами кислорода плоскостей в структуре ромбических и моноклинных пироксенов связаны некоторые закономерности распада твердых растворов в пироксенах. Так как основой структуры моноклинных пироксенов является четырехслойная искаженная кубическая упаковка ионов кислорода, наиболее плотноупакованными плоскостями следует считать (100) и (001). В ромбических пироксенах плотноупакованной плоскостью является только (100), так как плоскость (001) занимает иное положение, по сравнению с соответствующей плоскостью в моноклинной ячейке. Поверхностью раздела пластин в структурах распада, образованных выделениями моноклинных и ромбических пироксенов, может быть только единственная общая плотноупакованная плоскость (100) с совпадющими направлениями [010] и [001]. В структурах распада моноклинных пироксенов плоскостями контакта будут (100) или (001). При изучении явлений распада твердых растворов пироксенов методом рентгеноструктурного анализа установлены следующие типы ориентировки продуктов распада: авгит с пластинками пижонита по (001) (совпадают оси а и b); авгит с пластинками гиперстена по (100) (совпадают оси b и с); пижонит с пластинками авгита по (001); гиперстен с пластинками авгита по (100). В претерпевшем инверсию пижоните пластинки авгита, образовавшиеся при распаде первичного пижонита по плоскости (001), ориентированы беспорядочно по отношению к ромбическому пироксену.

Для пироксенов, особенно ромбических, характерен полиморфизм. Изучение полиморфных превращений на примере MgSiO3 показало, что все они осуществляются сдвигом цепочек [SiO3]и [M(1 )O2]по оси [001] в плоскости (100).

При деформациях сдвига происходит переход ортоэнстатита (Рbса) в низкий клиноэнстатит (P21/c). Такой же переход установлен и при боковом сжатии ортоэнстатита. При отсутствии напряжения сдвига низкий клиноэнстатит стабилен ниже 556°. При 1250° возможен метастабильный переход низкотемпературного клиноэнстатита (P21/c) в высокотемпературный клиноэнстатит (С2/с). Обратный переход возможен при температуре ниже 980°. Богатые железом ромбические пироксены при нагревании до 1100° превращаются в сдвойникованный по (100) моноклинный пироксен (С2/с) с черно-белой группой двойника D`2 - m`m`m` отвечающей по симметрии группе исходной модификации. При последующем охлаждении происходит переход в низкотемпературный моноклинный пироксен (P21/c). Переход Рbса →С2/с возможен с образованием сдвойникованных кристаллов высокотемпературного клинопироксена.

В результате конденсации пироксеновой цепочки [Si1+1O6] образуется двойная амфиболовая цепочка [Si2+2O11], что наряду с соответствующим строением катионных цепочек в плоскости плотнейшей упаковки (100) объясняет многие свойства пироксенов и амфиболов. Как в пироксенах, так и в амфиболах удлинение кристаллов по оси с определяется тем, что сопряженные сдвоенные кремнекислородные цепочки и цепочки полиэдров катионов параллельны этой оси. Этим же фактором определяется спайность в пироксенах и амфиболах по (110) вдоль кремнекислородных цепочек параллельно оси с (связи Si—О прочнее, чем связи Me—О, удерживающие цепочки). Различие проявляется только в углах между следами трещинок спайности на плоскостях (001) пироксенов и амфиболов, что объясняется разной конфигурацией цепочек [Si1+1O6]и [Si2+2O11]∞  и в проекции  по оси с.

Установлено соответствие размеров элементарных ячеек пироксенов и амфиболов на примере четырех типичных моноклинных и ромбических минералов

В моноклинных и ромбических амфиболах и пироксенах направления всех осей совпадают.

 


Поделиться с друзьями


 


Mineralmarket