Piroxeno

Pyroxene (diopside) cristales de Afganistán

Los piroxenos (comúnmente abreviados como Px) son un grupo de importantes minerales inosilicatos formadores de rocas que se encuentran en muchas rocas ígneas y metamórficas. Los piroxenos tienen la fórmula general XY(Si,Al)₂O ₆, donde X representa calcio (Ca), sodio (Na), hierro (Fe II) o magnesio (Mg) y más raramente zinc, manganeso o litio, e Y representa iones de menor tamaño, como cromo (Cr), aluminio (Al), magnesio (Mg), cobalto (Co), manganeso (Mn), escandio (Sc), titanio (Ti), vanadio (V) o incluso hierro (Fe II o Fe III). Aunque el aluminio sustituye ampliamente al silicio en silicatos como los feldespatos y los anfíboles, la sustitución se produce solo de forma limitada en la mayoría de los piroxenos. Comparten una estructura común que consiste en cadenas simples de tetraedros de sílice. Los piroxenos que cristalizan en el sistema monoclínico se conocen como clinopiroxenos y los que cristalizan en el sistema ortorrómbico se conocen como ortopiroxenos.

El nombre piroxeno se deriva de las palabras del griego antiguo para 'fuego' (pyr πυρ) y 'extraño' (ksénos ξένος). Los piroxenos recibieron este nombre debido a su presencia en lavas volcánicas, donde a veces se encuentran como cristales incrustados en vidrio volcánico; se asumió que eran impurezas en el vidrio, de ahí el nombre que significa "extraños de fuego". Sin embargo, son simplemente minerales de formación temprana que cristalizaron antes de que estallara la lava.

El manto superior de la Tierra está compuesto principalmente de minerales de olivino y piroxeno. El piroxeno y el feldespato son los principales minerales en las rocas de basalto, andesita y gabro.

Estructura

Los piroxenos son los minerales de silicato de cadena sencilla más comunes. (El único otro grupo importante de silicatos de cadena única, los piroxenoides, son mucho menos comunes). Su estructura consiste en cadenas paralelas de tetraedros de sílice con carga negativa unidos entre sí por cationes metálicos. En otras palabras, cada ion de silicio en un cristal de piroxeno está rodeado por cuatro iones de oxígeno que forman un tetraedro alrededor del ion de silicio relativamente pequeño. Cada ion de silicio comparte dos iones de oxígeno con los iones de silicio vecinos en la cadena.

Todos los tetraedros de la cadena están orientados en la misma dirección, por lo que hay dos iones de oxígeno en una cara de la cadena por cada ion de oxígeno en la otra cara de la cadena. Los iones de oxígeno en la cara más estrecha se describen como iones de oxígeno apicales. Los pares de cadenas están unidos en sus lados apicales por cationes Y, con cada catión Y rodeado por seis iones de oxígeno. Los pares resultantes de cadenas simples a veces se han comparado con vigas en I. Las vigas en I se entrelazan, con cationes X adicionales que unen las caras exteriores de las vigas en I con las vigas en I vecinas y proporcionan el equilibrio de carga restante. Esta unión es relativamente débil y da a los piroxenos su escisión característica.

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  Una única cadena de tetrahedra de silicio vista en la dirección [100]

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  Una única cadena de tetrahedra silica vista en la dirección [010]

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  Estructura de piroxeno mirando a lo largo de las cadenas de sílice. "I-beams" se esbozan en verde. Los iones de silicona se sobredimensionan para enfatizar las cadenas de silicio.

Química y nomenclatura de los piroxenos

La estructura de cadena de silicato de los piroxenos ofrece mucha flexibilidad en la incorporación de varios cationes y los nombres de los minerales de piroxeno se definen principalmente por su composición química. Los minerales de piroxeno se nombran de acuerdo con las especies químicas que ocupan el sitio X (o M2), el sitio Y (o M1) y el sitio T tetraédrico. Los cationes en el sitio Y (M1) están estrechamente unidos a 6 oxígenos en coordinación octaédrica. Los cationes en el sitio X (M2) se pueden coordinar con 6 a 8 átomos de oxígeno, según el tamaño del catión. Veinte nombres de minerales son reconocidos por la Comisión de Nuevos Minerales y Nombres de Minerales de la Asociación Mineralógica Internacional y 105 nombres utilizados anteriormente han sido descartados.

Nomenclatura de piroxeno

Nomenclatura cuadrilátero del calcio, magnesio, piroxenas de hierro

Pyroxene triángulo nomenclatura de los piroxenos sodio

Un piroxeno típico tiene principalmente silicio en el sitio tetraédrico y predominantemente iones con una carga de +2 en los sitios X e Y, dando la fórmula aproximada XYT₂O₆. Los nombres de los piroxenos comunes de calcio, hierro y magnesio se definen en el "cuadrilátero de piroxeno". La serie de enstatita-ferrosilita ([Mg,Fe]SiO₃) incluye el mineral formador de roca común La hiperstena contiene hasta un 5 % mol. de calcio y existe en tres polimorfos, ortoenstatita y protoenstatita ortorrómbica y clinoenstatita monoclínica (y los equivalentes de ferrosilita). El aumento del contenido de calcio evita la formación de fases ortorrómbicas y pigeonita ([Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si₂O₆) solo cristaliza en el sistema monoclínico. No hay una solución sólida completa en el contenido de calcio y los piroxenos de Mg-Fe-Ca con contenidos de calcio entre aproximadamente 15 y 25 mol.% no son estables con respecto a un par de cristales exosolventes. Esto conduce a una brecha de miscibilidad entre las composiciones de pigeonita y augita. Existe una separación arbitraria entre la augita y la diópsido-hedenbergita (CaMgSi₂O₆ – CaFeSi₂O₆) solución sólida. La división se toma a >45 mol.% Ca. Como el ión de calcio no puede ocupar el sitio Y, no son posibles los piroxenos con más del 50 mol.% de calcio. Un mineral relacionado, la wollastonita, tiene la fórmula del hipotético miembro final de calcio, pero importantes diferencias estructurales significan que, en cambio, se clasifica como un piroxenoide.

El magnesio, el calcio y el hierro no son los únicos cationes que pueden ocupar los sitios X e Y en la estructura del piroxeno. Una segunda serie importante de minerales de piroxeno son los piroxenos ricos en sodio, correspondientes al 'triángulo de piroxeno' nomenclatura. La inclusión de sodio, que tiene una carga de +1, en el piroxeno implica la necesidad de un mecanismo para compensar el "faltante" Carga positiva. En jadeíta y aegirina, esto se agrega mediante la inclusión de un catión +3 (aluminio y hierro (III) respectivamente) en el sitio Y. Los piroxenos de sodio con más del 20 % mol. de componentes de calcio, magnesio o hierro (II) se conocen como onfacita y aegirina-augita, con un 80 % o más de estos componentes, el piroxeno cae en el cuadrilátero.

Primera vista de difusión de rayos X de suelo marciano – El análisis CheMin revela feldspar, piroxenas, olivinas y más (Rocknest)

Una amplia gama de otros cationes que se pueden acomodar en los diferentes sitios de las estructuras de piroxeno.

Al asignar iones a sitios, la regla básica es trabajar de izquierda a derecha en esta tabla, primero asignando todo el silicio al sitio T y luego llenando el sitio con el aluminio restante y finalmente con hierro (III); se puede acomodar aluminio o hierro adicionales en el sitio Y e iones más voluminosos en el sitio X.

No todos los mecanismos resultantes para lograr la neutralidad de carga siguen el ejemplo anterior del sodio y existen varios esquemas alternativos:

1. Sustituciones unidas de 1+ y 3+ iones en los sitios X y Y respectivamente. Por ejemplo, Na y Al dan la jadeita (NaAlSi)₂O₆) composición.
2. Sustitución unida de 1+ iones en el sitio X y una mezcla de igual número de 2+ y 4+ iones en el sitio Y. Esto conduce a por ejemplo, NaFe²⁺_0.5Ti⁴⁺_0.5Si₂O₆.
3. La sustitución de Tschermak donde un 3+ ion ocupa el sitio Y y un sitio T que conduce a por ejemplo, CaAlAlSiO₆.

En la naturaleza, se puede encontrar más de una sustitución en el mismo mineral.

Minerales de piroxeno

Una sección delgada de piroxeno verde

Mantle-peridotite xenolith de San Carlos Indian Reservation, Gila Co., Arizona, USA. El xenolítico está dominado por peridot verde olivine, junto con cristales de ortopyroxeno negro y espina dorsal, y granos de diopside verde hierba rara. La roca gris fina en esta imagen es el basalto anfitriono.(escala desconocida).

Una muestra de piroxenita (meteorita ALH84001 de Marte), una roca compuesta principalmente de minerales piroxenos

• Clinopyroxenes (monoclinica)
  • Aegirine, NaFe³⁺Si₂O₆
  • Augite, (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)₂O₆
  • Clinoenstatita, MgSiO₃
  • Diopside, CaMgSi₂O₆
  • Esseneite, CaFe³⁺[AlSiO₆]
  • Hedenbergite, CaFe²⁺Si₂O₆
  • Jadeite, Na(Al,Fe³⁺Si₂O₆
  • Jervisita, (Na,Ca,Fe)²⁺)(Sc,Mg,Fe²⁺Si₂O₆
  • Johannsenite, CaMn²⁺Si₂O₆
  • Kanoite, Mn²⁺(Mg,Mn²⁺Si₂O₆
  • Kosmochlor, NaCrSi₂O₆
  • Namansilite, NaMn³⁺Si₂O₆
  • Natalyite, NaV³⁺Si₂O₆
  • Omphacite, (Ca,Na)(Mg,Fe²⁺,Al)Si₂O₆
  • Petedunnite, Ca(Zn,Mn²⁺,Mg,Fe²⁺Si₂O₆
  • Pigeonita, (Ca,Mg,Fe)(Mg,Fe)Si₂O₆
  • Spodumene, LiAl(SiO₃)₂
• Orthopyroxenes (orthorhombic)
  • Enstatite, Mg₂Si₂O₆
  • Bronzite, intermedio entre enstatita e hipertensión
  • Hypersthene, (Mg,Fe)SiO₃
  • Eulite, intermedio entre hiperestene y ferrosilite
  • Ferrosilita, Fe₂Si₂O₆
  • Donpeacorite, (MgMn)MgSi₂O₆
  • Nchwaningite, Mn²⁺₂SiO₃(OH)₂·(H)₂O)