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) 2O6 , где X представляет кальций (Ca), натрий (Na), железо (Fe( II )) или магний (Mg) и реже цинк , марганец или литий , а Y представляет 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 , замещение происходит лишь в ограниченной степени в большинстве пироксенов. Они имеют общую структуру, состоящую из одиночных цепочек кремнеземных тетраэдров . Пироксены, кристаллизующиеся в моноклинной системе, называются клинопироксенами , а те, которые кристаллизуются в орторомбической системе, называются ортопироксенами .

Название пироксен происходит от древнегреческих слов «огонь» ( πυρ , pur ) и «чужой» ( ξένος , xénos ). Пироксены были так названы из-за их присутствия в вулканических лавах , где они иногда встречаются в виде кристаллов, встроенных в вулканическое стекло ; предполагалось, что они были примесями в стекле, отсюда и название, означающее «огненный чужой». Однако они являются просто рано образовавшимися минералами, которые кристаллизовались до извержения лавы.

Верхняя мантия Земли состоит в основном из минералов оливина и пироксена. Пироксен и полевой шпат являются основными минералами в базальтовых , андезитовых и габброовых породах. [1] [2]

Структура

Пироксены являются наиболее распространенными одноцепочечными силикатными минералами. (Единственная другая важная группа одноцепочечных силикатов, пироксеноиды , встречается гораздо реже.) Их структура состоит из параллельных цепочек отрицательно заряженных кремниевых тетраэдров, связанных вместе катионами металлов. Другими словами, каждый ион кремния в кристалле пироксена окружен четырьмя ионами кислорода, образующими тетраэдр вокруг относительно небольшого иона кремния. Каждый ион кремния делит два иона кислорода с соседними ионами кремния в цепочке. [3]

Тетраэдры в цепочке все обращены в одном направлении, так что два иона кислорода расположены на одной стороне цепи для каждого иона кислорода на другой стороне цепи. Ионы кислорода на более узкой стороне описываются как апикальные ионы кислорода. Пары цепочек связаны вместе на своих апикальных сторонах катионами Y, причем каждый катион Y окружен шестью ионами кислорода. Полученные пары одиночных цепочек иногда сравнивают с двутавровыми балками . Двутавровые балки сцепляются, а дополнительные катионы X связывают внешние грани двутавровых балок с соседними двутавровыми балками и обеспечивают остаточный баланс заряда. Эта связь относительно слаба и дает пироксенам их характерное расщепление . [3]

Химия и номенклатура

Цепочечная силикатная структура пироксенов обеспечивает большую гибкость при включении различных катионов , а названия пироксеновых минералов в первую очередь определяются их химическим составом. Пироксеновые минералы называются 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 X (M2) могут быть координированы 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 отброшены. [4]

Номенклатура пироксенов

Типичный пироксен имеет в основном кремний в тетраэдрической позиции и преимущественно ионы с зарядом +2 как в позициях X, так и в позициях Y, что дает приблизительную формулу XYT 2 O 6 . Названия обычных пироксенов кальция, железа и магния определяются в «четырехугольнике пироксена». Ряд энстатита-ферросилита ( [Mg,Fe]SiO 3 ) включает распространенный породообразующий минерал гиперстен , содержит до 5 мол.% кальция и существует в трех полиморфных модификациях: орторомбический ортоэнстатит и протоэнстатит и моноклинный клиноэнстатит (и эквиваленты ферросилита). Увеличение содержания кальция предотвращает образование орторомбических фаз, и пижонит ( [Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si 2 O 6 ) кристаллизуется только в моноклинной системе. Не существует полного твердого раствора в содержании кальция, и пироксены Mg-Fe-Ca с содержанием кальция между примерно 15 и 25 мол.% нестабильны по отношению к паре выделенных кристаллов. Это приводит к разрыву смешиваемости между составами пижонита и авгита . Существует произвольное разделение между авгитом и твердым раствором диопсид-геденбергит ( CaMgSi 2 O 6 − CaFeSi 2 O 6 ). Разделение проводится при >45 мол.% Ca. Поскольку ион кальция не может занимать позицию Y, пироксены с более чем 50 мол.% кальция невозможны. Родственный минерал волластонит имеет формулу гипотетического конечного члена кальция ( Ca 2 Si 2 O 6 ), но важные структурные различия означают, что вместо этого он классифицируется как пироксеноид. 

Магний, кальций и железо ни в коем случае не являются единственными катионами, которые могут занимать позиции X и Y в структуре пироксена. Второй важный ряд пироксеновых минералов - это богатые натрием пироксены, соответствующие номенклатуре «пироксеновый треугольник». Включение натрия, имеющего заряд +1, в пироксен подразумевает необходимость механизма для восполнения «недостающего» положительного заряда. В жадеите и эгирине это добавляется путем включения катиона +3 (алюминия и железа(III) соответственно) в позицию Y. Натриевые пироксены с более чем 20 мол.% компонентов кальция, магния или железа(II) известны как омфацит и эгирин-авгит . При 80% или более этих компонентов пироксен классифицируется с использованием четырехугольной диаграммы.

Первое рентгеновское дифракционное изображение марсианского грунта – анализ CheMin выявил наличие полевого шпата , пироксенов, оливина и других элементов ( марсоход Curiosity в « Рокнесте ») [5]

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

При распределении ионов по позициям основное правило заключается в том, чтобы действовать слева направо в этой таблице, сначала распределяя весь кремний по позиции T, а затем заполняя эту позицию оставшимся алюминием и, наконец, железом (III); дополнительный алюминий или железо могут быть размещены в позиции Y, а более объемные ионы — в позиции X.

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

  1. Сопряженные замещения ионов 1+ и 3+ на позициях X и Y соответственно. Например, Na и Al дают состав жадеита (NaAlSi 2 O 6 ).
  2. Сопряженное замещение иона 1+ на участке X и смеси равного количества ионов 2+ и 4+ на участке 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 позицию Y и позицию 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 - перидотитовый ксенолит из индейской резервации Сан-Карлос, округ Хила, Аризона, США. В ксенолите преобладает зеленый перидотовый оливин , а также черные кристаллы ортопироксена и шпинели , а также редкие зерна травянисто-зеленого диопсида. Мелкозернистая серая порода на этом изображении - базальт-хозяин (масштаб неизвестен).
Образец пироксенита (метеорит ALH84001 с Марса), горная порода, состоящая в основном из пироксеновых минералов.

Смотрите также

Ссылки

  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 TE; Тролль, Валентин Р. (2008-05-15). «Развитие минеральной слоистости в слоистых габбро Британской палеогеновой магматической провинции: комбинированное исследование анизотропии магнитной восприимчивости, количественного текстурного и минерального химического состава». Журнал петрологии . 49 (6): 1187–1221. doi : 10.1093/petrology/egn022 . ISSN  1460-2415.
  3. ^ ab Nesse, William D. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 261. ISBN 9780195106916.
  4. ^ Моримото, Н.; Фабриес, Дж.; Фергюсон, АК; Гинзбург, И.В.; Росс, М.; Сейфейт, ФА; Зуссман, Дж. (1989). "Номенклатура пироксенов" (PDF) . Канадский минералог . 27 : 143–156. Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г.
  5. ↑ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли идентифицировать марсианские минералы». НАСА . Получено 31 октября 2012 г.

Внешние ссылки