stringtranslate.com

Пироксен

Кристаллы пироксена ( диопсида ) из Афганистана.

Пироксены (обычно сокращенно Px ) представляют собой группу важных породообразующих иносиликатных минералов , встречающихся во многих магматических и метаморфических породах . Пироксены имеют общую формулу XY(Si,Al) 2 O 6 , где X представляет собой кальций (Ca), натрий (Na), железо (Fe(II)) или магний (Mg) и реже цинк , марганец или литий , и Y представляет собой ионы меньшего размера, такие как хром (Cr), алюминий (Al), магний (Mg), кобальт (Co), марганец (Mn), скандий (Sc), титан (Ti), ванадий (V) или даже железо (Fe(II) или Fe(III)). Хотя алюминий широко заменяет кремний в силикатах, таких как полевые шпаты и амфиболы , в большинстве пироксенов это замещение происходит лишь в ограниченной степени. Они имеют общую структуру, состоящую из одиночных цепочек кремнеземных тетраэдров . Пироксены, кристаллизующиеся в моноклинной системе, называются клинопироксенами , а кристаллизующиеся в ромбической системе — ортопироксенами .

Название пироксен происходит от древнегреческих слов, означающих «огонь» ( πυρ , Pur ) и «чужой» ( ξένος , xénos ). Пироксены были названы так из-за их присутствия в вулканических лавах , где они иногда встречаются в виде кристаллов, заключенных в вулканическом стекле ; предполагалось, что это примеси в стекле, отсюда и название, означающее «незнакомец огня». Однако это просто минералы раннего образования, которые кристаллизовались до извержения лавы.

Верхняя мантия Земли состоит в основном из минералов оливина и пироксена. Пироксен и полевой шпат являются основными минералами базальтов , андезитов и габбро . [1] [2]

Состав

Пироксены — наиболее распространенные одноцепочечные силикатные минералы. (Единственная другая важная группа одноцепочечных силикатов, пироксеноиды , встречается гораздо реже.) Их структура состоит из параллельных цепочек отрицательно заряженных тетраэдров кремнезема, связанных между собой катионами металлов. Другими словами, каждый ион кремния в кристалле пироксена окружен четырьмя ионами кислорода, образующими тетраэдр вокруг относительно небольшого иона кремния. Каждый ион кремния разделяет два иона кислорода с соседними ионами кремния в цепи. [3]

Все тетраэдры в цепочке обращены в одном направлении, так что на каждый ион кислорода на другой стороне цепочки приходится два иона кислорода на одной грани цепочки. Ионы кислорода на более узкой поверхности описываются как апикальные ионы кислорода. Пары цепей связаны на апикальных сторонах катионами Y, причем каждый катион Y окружен шестью ионами кислорода. Получающиеся пары одиночных цепей иногда сравнивают с двутавровыми балками . Двутавровые балки сцепляются, при этом дополнительные катионы X связывают внешние поверхности двутавровых балок с соседними двутавровыми балками и обеспечивают оставшийся баланс заряда. Это связывание относительно слабое и придает пироксенам характерное расщепление . [3]

Химия и номенклатура

Цепная силикатная структура пироксенов обеспечивает большую гибкость при включении различных катионов , а названия пироксеновых минералов в первую очередь определяются их химическим составом. Минералы пироксена названы в соответствии с химическими видами, занимающими позицию X (или M2), позицию Y (или M1) и тетраэдрическую позицию T. Катионы в позиции Y (M1) тесно связаны с 6 атомами кислорода в октаэдрической координации. Катионы в позиции Х (М2) могут координироваться с 6–8 атомами кислорода в зависимости от размера катиона. Двадцать названий минералов признаны Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации, а 105 ранее использовавшихся названий были исключены. [4]

Номенклатура пироксена

Типичный пироксен содержит в основном кремний в тетраэдрической позиции и преимущественно ионы с зарядом +2 как в позициях X, так и в Y, что дает приблизительную формулу XYT 2 O 6 . Названия распространенных пироксенов кальция, железа и магния определены в «четырёхугольнике пироксена». Энстатит -ферросилитовый ряд ( [Mg,Fe]SiO 3 ) включает распространенный породообразующий минерал Гиперстен , содержит до 5 мол.% кальция и существует в трех полиморфных модификациях: орторомбическом ортоэнстатите и протоэнстатите и моноклинном клиноэнстатите (и ферросилитовых эквивалентах). . Увеличение содержания кальция препятствует образованию ромбических фаз и пижонит ( [Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si 2 O 6 ) кристаллизуется только в моноклинной системе. Полного твердого раствора по содержанию кальция нет, а пироксены Mg-Fe-Ca с содержанием кальция от примерно 15 до 25 мол.% не стабильны по отношению к паре выделенных кристаллов. Это приводит к разрыву смешиваемости между составами пижонита и авгита . Существует произвольное разделение между авгитом и твердым раствором диопсида-геденбергита ( CaMgSi 2 O 6 − CaFeSi 2 O 6 ). Разделение принято при >45 мол.% Са. Поскольку ион кальция не может занимать позицию Y, пироксены с содержанием кальция более 50 мол.% невозможны. Родственный минерал волластонит имеет формулу гипотетического кальциевого концевого члена ( Ca 2 Si 2 O 6 ), но важные структурные различия означают, что вместо этого он классифицируется как пироксеноид. 

Магний, кальций и железо — далеко не единственные катионы, которые могут занимать позиции X и Y в структуре пироксена. Второй важной серией пироксеновых минералов являются богатые натрием пироксены, соответствующие номенклатуре «пироксенового треугольника». Включение натрия, имеющего заряд +1, в пироксен предполагает необходимость механизма восполнения «недостающего» положительного заряда. В жадеите и эгирине это добавляется за счет включения катиона +3 (алюминия и железа (III) соответственно) в позиции Y. Пироксены натрия с содержанием компонентов кальция, магния или железа(II) более 20 мол.% известны как омфацит и эгирин-авгит . При 80% и более этих компонентов пироксен классифицируется по четырехугольной диаграмме.

Первое рентгеновское дифракционное изображение марсианской почвы – анализ CheMin обнаруживает полевой шпат , пироксены, оливин и многое другое ( марсоход Curiosity в « Рокнесте ») [5]

Широкий спектр других катионов, которые могут размещаться в различных местах пироксеновых структур.

При распределении ионов по позициям основное правило состоит в том, чтобы действовать в этой таблице слева направо, сначала относя весь кремний к Т-позиции, а затем заполняя эту позицию оставшимся алюминием и, наконец, железом (III); дополнительный алюминий или железо могут разместиться в позиции Y, а более крупные ионы - в позиции X.

Не все полученные механизмы достижения зарядовой нейтральности соответствуют приведенному выше примеру натрия, и существует несколько альтернативных схем:

  1. Сопряженные замены ионов 1+ и 3+ в позициях X и Y соответственно. Например, Na и Al дают состав жадеита (NaAlSi 2 O 6 ).
  2. Сопряженное замещение иона 1+ в позиции X и смеси равных количеств ионов 2+ и 4+ в позиции Y. Это приводит , например, к NaFe 2+ 0,5 Ti 4+ 0,5 Si 2 O 6 .
  3. Замещение Чермака, при котором ион 3+ занимает сайт Y и сайт T, приводит, например, к CaAlAlSiO 6 .

В природе в одном и том же минерале может быть обнаружено более одного замещения.

Пироксеновые минералы

Тонкий срез зеленого пироксена
Мантия - ксенолит перидотита из индейской резервации Сан-Карлос, округ Гила, Аризона, США. В ксенолите преобладают зеленые перидоты оливина вместе с черными кристаллами ортопироксена и шпинели , а также редкие травянисто-зеленые зерна диопсида. Мелкозернистая серая порода на этом изображении является вмещающим базальтом (масштаб неизвестен).
Образец пироксенита (метеорит ALH84001 с Марса), породы, состоящей в основном из минералов пироксена.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Диган, Фрэнсис М.; Уайтхаус, Мартин Дж.; Тролль, Валентин Р.; Бадд, Дэвид А.; Харрис, Крис; Гейгер, Харри; Холениус, Ульф (30 декабря 2016 г.). «Стандарты пироксена для анализа изотопов кислорода SIMS и их применение к вулкану Мерапи, дуга Зонда, Индонезия». Химическая геология . 447 : 1–10. Бибкод :2016ЧГео.447....1Д. doi :10.1016/j.chemgeo.2016.10.018. ISSN  0009-2541.
  2. ^ О'Дрисколл, Брайан; Стивенсон, Карл Т.Е.; Тролль, Валентин Р. (15 мая 2008 г.). «Развитие минеральной слоистости в слоистых габбро Британской палеогеновой магматической провинции: комбинированное исследование анизотропии магнитной восприимчивости, количественное текстурное и минерально-химическое исследование». Журнал петрологии . 49 (6): 1187–1221. doi : 10.1093/petrology/egn022 . ISSN  1460-2415.
  3. ^ аб Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 261. ИСБН 9780195106916.
  4. ^ Моримото, Н.; Фабриес, Дж.; Фергюсон, АК; Гинзбург, IV; Росс, М.; Сейфейт, ФА; Зуссман, Дж. (1989). «Номенклатура пироксенов» (PDF) . Канадский минералог . 27 : 143–156. Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 года.
  5. ↑ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли отследить марсианские минералы». НАСА . Проверено 31 октября 2012 г.

Внешние ссылки