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Geology is the Way

Pirosseni

Monoclini, ortorombici

XYSi2O6

I pirosseni sono un gruppo di silicati a catena che costituiscono dei minerali femici fondamentali in molte rocce ignee e metamorfiche. Il nome ‘pirosseno’ deriva dal greco πυρ ξένος, estranei del fuoco, dal momento che i primi studiosi li ritennero delle impurità all’interno di lave vetrose.

Struttura e chimismo
I pirosseni sono silicati a catena con formula generale XYSi2O6. La loro struttura consiste di tetraedri (Si,Al)O4 uniti su vertici opposti a formare catene infinite parallelamente all’asse lungo del minerale. I vertici superiori dei tetraedri di ciascuna catena sono orientati sempre nella stessa direzione e catene successive nella struttura mostrano orientazione opposta di questi vertici, diretti alternativamente verso l’alto e verso il basso con regolarità. Le catene di tetraedri sono separate da strati di siti ottaedrici, Il sito ottaedrico più piccolo, M1 o X, si trova dove i vertici dei tetraedri di catene opposte puntano gli uni contro gli altri, il sito ottaedrico più grande, M2 o Y, si trova invece al contatto con le basi dei tetraedri di catene opposte. I legami fra catene tetraedriche e siti M1 sono più forti di quelli fra catene tetraedriche vicine e con i siti M2 e questo determina la presenza di due piani di debolezza nella struttura che si intersecano a circa 87-88 o 92-93° tra loro (tratteggiati in figura), che corrispondono alle sfaldature dei pirosseni. I pirosseni si possono classificare in tre sottogruppi principali in base al contenuto dei siti X e Y: pirosseni ferromagnesiaci (XY = in prevalenza Fe, Mg), pirosseni calcici (Y occupato da Ca) e pirosseni sodici (Y prevalentemente occupato da Na). Altri importanti gruppi includono i pirosseni sodico-calcici (contenenti Na e Ca nel sito Y) e i pirosseni di litio (es: spodumene, LiAlSi2O6).

struttura cristallina dei pirosseni

Schema della struttura cristallina dei pirosseni, vista perpendicolarmente all’asse lungo (ovvero perpendicolarmente alle catene di tetraedri), con un dettaglio delle catene tetraedriche (a destra). Questa struttura ha dei legami deboli fra catene tetraedriche confinanti e questo produce due sistemi perpendicolari di sfaldature prismatiche lungo le linee tratteggiate. Basato su alexstrekeisen.it e Deer et al. (1992).


Cristallo di  augite, un tipo di pirosseno. Larghezza 35 mm. Foto di Siim Sepp (sandatlas.org).

Proprietà
Abito: prismatico
Durezza: 5 – 6 (spodumene: 7)
Sfaldatura: due sistemi perpendicolari di sfaldature prismatiche
Geminazione: alcune specie presentano geminazioni singole e multiple
Colore: nero, verde, marrone, giallo da chiaro a scuro, metallico
Lucentezza: vitrea, metallica
Struscio: bianco, grigio, verdastro, giallo-verdastro
Alterazione: anfibolo, clorite, talco, smectite, minerali argillosi, serpentino
In sezione sottile…
Colore: incolore fino a verde, marrone e giallo chiari, verdastro e verde scuro
Pleocroismo: presente nelle varietà colorate
Birifrangenza (δ): 0.007-0.060 (colori di interferenza da bassi ad alti)
Rilievo: alto
Segno ottico: + o –
*le proprietà ottiche variano fortemente in diverse specie di anfibolo
[Mindat]

Il quadrilatero dei pirosseni
I pirosseni ferromagnesiaci costituiscono una soluzione solida tra enstatite (Mg2Si2O6) e ferrosilite (Fe2Si2O6) e sono anche noti come ortopirosseni, per via della loro struttura cristallina ortorombica. La clinoenstatite e la clinoferrosilite, i polimorfi monoclini di bassa temperatura degli ortopirosseni, esistono in natura ma sono piuttosto non comuni. I pirosseni calcici rappresentano una soluzione solida tra i monoclini diopside (CaMgSi2O6) ed hedenbergite (FeMgSi2O6), noti anche come clinopirosseni. Lungo la serie enstatite – ferrosilite, la sostituzione di Ca in Y è normalmente meno del 5%, a causa delle grosse dimensioni di questo catione. Tuttavia, esiste una certa miscibilità con la serie diopside – hedenbergite descritta dal quadrilatero dei pirosseni (in figura). I clinopirosseni che contengono tra il 5 e il 20% di Ca sono classificati come pigeonite, mentre, se ne contengono fra il 20 e il 45%, come augite. La miscibilità fra pirosseni ferromagnesiaci e calcici è più estesa ad alta temperatura (T = 900-1000 °C), sebbene ci sia un gap di miscibilità tra 15 e 25% di Ca nella formula e la miscibilità sia molto limitata tra i termini più ‘puri’ in Fe ed Mg delle due serie.
Al di sopra della serie diopside – hedenbergite (per più del 50% di Ca), non vi è miscibilità con la wollastonite (CaSiO3), che ha una struttura cristallina diversa (triclina) e non fa parte del gruppo dei pirosseni.

chimica dei pirosseni

Variabilità chimica e classificazione dei pirosseni ferromagnesiaci e calcici. I minerali sopra la serie diopside – hedenbergite non sono pirosseni e per questo motivo questo diagramma viene detto quadrilatero dei pirosseni. Modificato da Morimoto (1989) e Deer et al. (1992).

Pirosseni sodici e sodico-calcici
I pirosseni sodici, tutti monoclini, costituiscono una soluzione solida tra giadeite (NaAlSi2O6) ed egirina (NaFe3+Si2O6). Questo sottogruppo di pirosseni è normalmente caratterizzato da un’estesa soluzione solida con i pirosseni calcici (diopside, hedenbergite, augite), in cui la sostituzione di Na per Ca è accompagnata dalla sostituzione di (Al, Fe3+) per (Fe2+, Mg). Se il Ca nel sito Y supera il 20%, si passa ai pirosseni sodico-calcici: le varietà più ricche in Al sono note come omfacite mentre le varietà ricche in Fe3+ come egirina-augite. Se il Ca nel sito Y supera l’80% (quindi Na < 20%), si torna nel campo dei pirosseni quadrilateri (vedi sopra).

chimica dei pirosseni sodici

Classificazione e nomenclatura dei pirosseni sodici e sodico-calcici. Modificato da Morimoto (1989) e Deer et al. (1992).

Caratteristiche di terreno

abito dei pirosseni

L’abito tipico dei membri del gruppo dei pirosseni. I piani di sfaldatura prismatici si intersecano a circa 90° sulle facce basali (001). Ridisegnato da Tulane.edu (prof. Stephen A. Nelson) e basato su Deer et al. (1992).

I pirosseni sono un vasto gruppo di minerali con proprietà e colore variabili a seconda della composizione. Tuttavia, tutti quanti mostrano (1) abito prismatico e (2) due sistemi di piani di sfaldatura prismatici che si intersecano a 90° sulle facce basali, ad un angolo di circa 45° rispetto al lato lungo della faccia basale. Normalmente mostrano colori scuri e lucentezza metallica, con colori che variano dal nero al verde al marrone, sebbene delle varietà di colorazione chiara esistano in natura. I pirosseni hanno durezza compresa tra 5 e 6 ed alcuni (es: spodumene) fino al 7 sulla scala di Mohs. Nelle rocce ignee e metamorfiche, il pirosseno può essere confuso con anfibolo, specialmente quando le tracce di sfaldatura non sono ben visibili.

sfaldature dei pirosseni in un gabbro

Pirosseno (verde scuro), con abito prismatico ed evidente lucentezza metallica, circondato da plagioclasio (verde chiaro) in un gabbro da Quercianella (Livorno, Italia). Due sistemi di sfaldature che si intersecano a 90° sono visibili sulle facce basali (qui a favore di luce), mentre sulle sezioni prismatiche appaiono paralleli. Questo pirosseno in particolare (diopside var. diallagio) a volte mostra un terzo sistema di sfaldature basali su (001). Campo: 5 cm. Foto: Samuele Papeschi/GW.

pirosseno in gabbro

Sezione prismatica di pirosseno (di colore chiaro perché riflette la luce) circondato da plagioclasio verde scuro in un gabbro pegmatoide, Castiglioncello (Livorno, Italia). L’intersezione dei due sistemi di sfaldatura forma dei piccoli ‘scalini’ sulla superficie rotta di questo pirosseno. Foto: Samuele Papeschi/GW.

I pirosseni in sezione sottile
L’identificazione dei pirosseni in sezione sottile si basa principalmente sulle stesse caratteristiche che si possono riconoscere sul terreno: abito prismatico e presenza di due sistemi di sfaldature prismatiche perfette. L’angolo di estinzione permette di identificare gli ortopirosseni (con estinzione retta) dai clinopirosseni, il cui angolo di estinzione è molto variabile. A N//, i membri del gruppo dei pirosseni variano da incolori (diopside, giadeite, enstatite) fino a verde, marrone e giallo chiaro (ferrosilite, pigeonite, hedenbergite, augite) ed anche verde scuro (egirina). Il pleocroismo varia da debole a moderato nelle varietà colorate. In generale, i colori e il pleocroismo aumentano all’aumentare del contenuto di Fe. I pirosseni hanno un alto rilievo positivo. Gli ortopirosseni hanno colori di interferenza bassi, mentre la maggior parte dei clinopirosseni mostra colori di interferenza dal secondo fino al terz’ordine. I pirosseni possono essere confusi con la wollastonite (che si trova principalmente in calcari termometamorfosati). Piccoli grani di pirosseno, in cui non sono visibili piani di sfaldatura, possono essere confusi con l’olivina.

sezione basale di pirosseno

Sezione basale di pirosseno (egirina) circondata da una pasta di fondo trachitica. Trachite dal Lazio, Italia. Immagine a N//. Campo: 2 mm. Foto di Alessandro da Mommio/Strekeisen.

sfaldature del pirosseno

Sezione basale di pirosseno (clinopirosseno) con bei piani di sfaldatura che si intersecano a 90°. Vulsini, Italia. Immagine a N//. Campo: 7 mm. Foto di Alessandro da Mommio/Strekeisen.

NX
NX
NX
N//
N//

Sopra: Cristalli prismatici di pirosseno (egirina) con zonatura a clessidra in una pasta di fondo a grana fine di feldspati. Alcuni cristalli mostrano sfaldature ben sviluppate. Sienite alcalina dal Monte Flora, massiccio di Lovozero, Penisola di Kola, Russia. Campo: 7 mm. Foto di Alessandro da Mommio/Strekeisen.

Ritrovamento
I pirosseni si ritrovano prevalentemente in rocce ignee mafiche e intermedie e in rocce metamorfiche di alto grado. I pirosseni quadrilateri sono costituenti fondamentali dei basalti, delle rocce gabbroidi e delle peridotiti e si possono trovare anche in dioriti, andesiti e magmi più evoluti contenenti quarzo o feldspatoidi. I pirosseni calcici si ritrovano anche in rocce metamorfiche, specialmente in calcari e dolomie impure metamorfosate. Gli ortopirosseni sono minerali importanti in migmatiti e granuliti, dove sono prodotti dalla destabilizzazione della biotite. Rocce metamorfiche di alta pressione come eclogiti sono dominate da pirosseni sodici o sodico-calcici come l’omfacite e la giadeite che si formano oltre il campo di stabilità del plagioclasio. L’egirina e l’egirina-augite sono prodotti di cristallizzazione di magmi alcalini e peralcalini e si ritrovano in graniti alcalini e sieniti ricche in sodio, sia in presenza di quarzo che di nefelina.

Riferimenti bibliografici
Cameron, M., & Papike, J. J. (1981). Structural and chemical variations in pyroxenes. American Mineralogist66(1-2), 1-50.
Cloutis, E. A., & Gaffey, M. J. (1991). Pyroxene spectroscopy revisited: Spectral‐compositional correlations and relationship to geothermometry. Journal of Geophysical Research: Planets96(E5), 22809-22826.
Lindsley, D. H. (1983). Pyroxene thermometry. American Mineralogist68(5-6), 477-493.
Morimoto, N. (1989). Nomenclature of pyroxenes. Mineralogical Journal14(5), 198-221.

        

Vedi anche
Sandatlas.org – Augite
Tulane.edu – Inosilicates.

Risorse in Italiano
Alexstrekeisen.it – Pirosseni
Glauco Gottardi – I minerali
Klein – Mineralogia
Klein & Philpotts – Mineralogia & Petrografia
Peccerillo & Perugini – Introduzione alla petrografia ottica

en_US English
Proprietà dei Minerali
Minerali

 

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