Ipirosseni sono deisilicati che costituiscono, insieme aglianfiboli, il gruppo degliinosilicati. La loro formula generale è XYZ2O6 e la loro struttura di base è costituita da catene singole ditetraedri composti dasilicio eossigeno. Sono componenti fondamentali di molterocce ignee emetamorfiche: si stima rappresentino circa l'11% in volume dei minerali comuni.[1]
L’origine del nome deriva dalgreco antico πυρ (pyr= fuoco) e ξένος (Xenos= straniero, estraneo) con il significato di pietra estranea al fuoco. Fu coniato daRené Just Haüy per descrivere dei cristalli verdi che aveva osservato in molte lave, ritenendo che fossero stati inclusi accidentalmente in queste rocce, da qui il nome "estraneo al fuoco", cioè estraneo alle rocce ignee.[2]
I pirosseni si possono formare sia in rocce magmatiche che metamorfiche. I pirosseni metamorfici si possono formare permetamorfismo termico (o di contatto) o permetamorfismo regionale.[3] Nel primo caso cristallizzano in una zona limitata, chiamataaureola di contatto, a basse pressioni e alte temperature; mentre nel secondo caso si formano in profondità ad alte temperature ed elevata pressione di tipo idrostatico.[4]
La struttura dei pirosseni è formata da catene singole che si sviluppano lungo l’asse c composte da tetraedri di (SiO₄)4-. Ogni tetraedro è unito al successivo tramite legami tra ossigeno e silicio di carattere al 50% ionico e al 50% covalente, formando così la catena singola (Rapporto Si:O di 1:3). L'unità che si ripete e che rappresenta la dimensione c dellacella elementare, misura 5,2 Å ed è costituita da due tetraedri Si2O6.[1]
Un pirosseno ha formula generale XYZ2O6:[5]
dove:
La struttura, oltre ai siti tetraedrici, presenta due siticationici: M1 (Y) a correlazione ottaedrica, e M2 (X) a coordinazione variabile da 6 a 8, a seconda del raggio ionico del catione.[5]
La variazione di composizione dei pirosseni può essere rappresentata tramite il quadrilatero dei pirosseni in figura 1, nel quale si evidenziano le fondamentali soluzioni solide: enstatite-ferrosilite (ortopirosseni), diopside-hedembergite eaugite. Anche lapigeonite è una soluzione solida dei pirosseni, non mostrata in figura 1.
La serie enstatite-ferrosilite [Mg,Fe]SiO3 si ha quando i siti M1 e M2 sono occupati da Fe2+ e Mg2+. Questi vengono chiamati ortopirosseni e possono contenere fino a 5% inmoli di calcio dando origine ai tre polimorfi protoenstatite e ortoenstatiteortorombiche eclinoenstatitemonoclina (e gli equivalenti ferrosiliti). Raramente il rapporto Fe:Mg è superiore a 1:1. L'enstatite pura è composta per il 60,0% dasilice (SiO2) e per il 40,0% diossido di magnesio (MgO), e l'ossido di calcio (CaO) non supera l'1,5%. Raramente si trova la ferrosilite pura in natura, mentre tutte le altre composizioni sono più comuni.[5][6]
Aumentando il contenuto di calcio si forma la pigeonite ([Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si2O6) che cristallizza solo nelsistema monoclino. Contiene il 5-15% in moli di metasilicato di calcio (CaSiO3).[6]
Esiste un intervallo di immiscibilità tra le composizioni di pigeonite e augite poiché pirosseni Mg-Fe-Ca con contenuto di calcio tra circa 15 e 25% in moli non sono stabili. Questo perché ilraggio ionico del calcio non permette la coesistenza di calcio e magnesio (o ferro) in tali proporzioni all'interno dellastruttura cristallina. Infatti la differenza dei raggi ionici tra calcio e magnesio è del 50% e tra calcio e ferro è del 34%.[7]
Le augiti si estendono lungo la linea dei diopsidi-hedenbergiti con larghezza limitata e crescente con la temperatura.[7] Possono presentare ampie sostituzioni come Mn, Fe3+, Ti, Na e fino al 25% in alluminio. Tra augite e diopside-hedembergite (CaMgSi2O6 – CaFeSi2O6) vi è una separazione arbitraria posta a 45% in moli di calcio. Nella serie diopside-hedembergite, il magnesio e il ferro bivalente si sostituiscono in tutte le proporzioni, mentre l'alluminio può essere presente tra 1-3%.[6]
Dato che lo ione calcio non può occupare il sito Y, pirosseni con più di 50 mol% di calcio non sono possibili. La wollastonite possiede la formula del termine puro CaSiO3, ma importanti differenze strutturali fanno sì che non possa essere raggruppato con i pirosseni, ma con ipirossenoidi.[2]
Un secondo importante gruppo è quello dei pirosseni ricchi di sodio, che corrispondono alla nomenclatura mostrata in figura 2. La presenza di sodio, il quale possiede carica +1, nei pirosseni implica la necessità di un meccanismo di bilanciamento di carica. Nellagiadeite (NaAlSi2O6) e nell’aegirina (NaFe3+Si2O6) vi è l'aggiunta di uno ione di carica +3 nel sito Y (rispettivamente alluminio e ferro(III)). Pirosseni ricchi di sodio con più del 20% in moli di componenti calcio, magnesio o ferro(II) sono conosciuti comeonfacite eegirina-augite, con 80% o più di questi componenti i pirosseni ricadono nel quadrilatero mostrato in figura 1.[8][9]
Esiste solo un pirosseno a litio, lospodumene, e le sue varietà.
Solitamente i cristalli dei pirosseni presentanoabito prismatico tozzo, poco allungato. Frequentemente si possono osservaregeminati semplici o a lamelle polisintetiche.[6]
I pirosseni presentano una buonasfaldatura prismatica secondo il piano {110}, con angoli di intersezione di circa 87° e 93° osservabili nelle sezioni basali. Questo li distingue dagli anfiboli, che presentano una sfaldatura analoga, ma con angolo di circa 124°.[3]
Ilpeso specifico dei pirosseni va da circa 3.0 a 4.0, in particolare[3]:
Ladurezza sullascala di Mohs va da 5 a 7.[3][10]
Generalmente i pirosseni hanno una colorazione che va da verde scuro a nero, ma esistono anche termini in verde chiaro, violacei, biancastri, bruni, o incolori, dipendentemente dalla composizione chimica.
In sezione sottile, i pirosseni monoclini ricchi di magnesio sono generalmente lievemente colorati o incolori, mentre i termini ricchi di ferro, e quelli alcalini hanno colori epleocroismi caratteristici.[10]
I pirosseni ortorombici differiscono dai monoclini per avere estinzione parallela.[3]
I valori specifici sono riportati nella Tabella 1.
I valori specifici sono riportati nella Tabella 1.
| Minerale | Indici di rifrazione | Pleocroismo | Segno ottico | Birifrangenza |
|---|---|---|---|---|
| Enstatite | 1.65 - 1.68 | Biassico+ | 0.009 - 0.011 | |
| Iperstene | 1.67 - 1.77 | Debole/Moderato | Biassico- | 0.011 - 0.018 |
| Pigeonite | 1.70 - 1.75 | Biassico+ | 0.021 - 0.030 | |
| Augite | 1.68 - 1.74 | Debole | Biassico+ | 0.018 - 0.034 |
| Diopside | 1.66 - 1.76 | Biassico+ | 0.028 - 0.031 | |
| Hedembergite | 1.72 - 1.75 | Debole | Biassico+ | 0.029 |
| Giadeite | 1.65 - 1.69 | Biassico+ | 0.005 - 0.021 | |
| Egirina | 1.74 - 1.83 | Moderato/Forte | Biassico- | 0.037 - 0.061 |
| Egirina-augite | 1.70 - 1.81 | Forte | Biassico- | 0.030 - 0.053 |
| Spodumene | 1.66 - 1.67 | Forte | Biassico+ | 0.014 - 0.018 |
La struttura a catena di silicio dei pirosseni offre molta flessibilità nell'incorporazione di differenti cationi, e i nomi dei pirosseni sono principalmente definiti dalla loro composizione chimica. I pirosseni sono denominati in relazione alla specie chimica occupante il sito X (o M2), il sito Y (o M1), e il sito tetraedrico T. La "International Mineralogical Association's Commission on New Minerals and Mineral Names" ha riconosciuto 20 nomi di minerali e scartato 105 nomi usati precedentemente.[13]
I pirosseni sono suddivisi in due sottogruppi[11][14][15][16]:
In questo sottogruppo compaiono, in attesa di assegnazione definitiva, altri tre minerali, ossia laleucaugite (CaMgSi2O6) e due minerali ancora senza nome: UM2001-19-SiO:AlCaMgNa ((Na,Mg,Ca)(Mg,Al)Si2O6) e UM2003-36-SiO:CaNa (NaCrSi2O6 - CaMgSi2O6).
I pirosseni possono essere trovati in molte parti del mondo. I pirosseni a magnesio-ferro (enstatite e ferrosilite) si ritrovano nella costa atlantica degliStati Uniti, nella zona delLago Superiore e nella regione canadese delLabrador. I pirosseni a calcio (diopside, hedenbergite, augite e johannsenite) sono distribuiti tra gliUrali, ilTirolo,Trentino-Alto Adige,Veneto eToscana, gli stati americani diNew York,New Jersey eConnecticut, e ilBrasile (soprattutto il diopside). Anche i pirosseni a sodio sono distribuiti in varie zone del mondo: la giadeite si ritrova nelleAlpi, inCalifornia eGiappone, l’egirina inArkansas,Russia eQuebec. Lo spodumene (pirosseno a litio) è reperibile in California eSud Dakota, mentre l’onfacite si trova soprattutto inGermania. Altri pirosseni si possono trovare in stati americani comeMinnesota (pigeonite), New Jersey (petedunnite), New York (donpeacorite) eWyoming (esseneite, reperibile anche in Russia); ma anche in altri Stati del Nuovo Continente comeMessico (cosmocloro), eCanada (iperstene). In Russia si segnalano giacimenti di namansilite e natalyte, nella regione diHokkaido viene estratta la kanoite, mentre inSudafrica si estrae la nchwaningite. InItalia, in particolare inPiemonte, si reperisce la jervisite mentre in Valle D’Aosta, nelvallone di Saint Marcel, si trova il violano.
I pirosseni vengono utilizzati in campo collezionistico e scientifico. Alcuni di loro vengono impiegati nella gioielleria, per l'estrazione di elementi utili in campo industriale e in molti altri campi.
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Con questo nome viene comunemente chiamato il pirossenogiadeite o l'anfibolonefrite. Usata nell'antichità soprattutto in Asia (Cina e Giappone) per fabbricare svariati oggetti, da bottoni alle più conosciute statue raffiguranti dragoni, ma anche dalle civiltà precolombiane e in Europa. Oggi viene usata maggiormente per la realizzazione di gioielli. Risulta un materiale molto duro (durezza di nefrite e della più rara giadeite rispettivamente di 6,5 e 7 sulla scala di Mohs) e a seconda della composizione può originare sei diversi colori naturali: sfumature di verde, viola, rosso, giallo, bianco e nero.[20]
Può variare colorazione da incolore a giallastro. Data l’elevata reattività del litio, questo si trova solo in complessi con altri elementi. Uno dei minerali più ricchi litio è, appunto, lo spodumene, che perciò è altamente significativo dal punto di vista commerciale; viene estratto maggiormente da Russia, Cina e Zimbabwe.[21]
Il pirosseno più grande trovato è uno spodumene trovato nelDakota del Sud (Stati Uniti), lungo 13 metri e pesante 66 tonnellate. Dalla medesima località proviene un altro spodumene lungo 14 metri e pesante 28 tonnellate.
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