I pirosseni sono dei silicati che costituiscono, insieme agli anfiboli, il gruppo degli inosilicati. La loro formula generale è XYZ2O6 e la loro struttura di base è costituita da catene singole di tetraedri composti da silicio e ossigeno. Sono componenti fondamentali di molte rocce ignee e metamorfiche: si stima rappresentino circa l'11% in volume dei minerali comuni. p. 426
L’origine del nome deriva dal greco antico πυρ (pyr= fuoco) e ξένος (Xenos= straniero, estraneo) con il significato di pietra estranea al fuoco. Fu coniato da René 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.
I pirosseni si possono formare sia in rocce magmatiche che metamorfiche. I pirosseni metamorfici si possono formare per metamorfismo termico (o di contatto) o per metamorfismo regionale. Nel primo caso cristallizzano in una zona limitata, chiamata aureola 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.
Struttura e composizione 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 della cella elementare, misura 5,2 Å ed è costituita da due tetraedri Si2O6.
Un pirosseno ha formula generale XYZ2O6: pp. 426-427
dove: X rappresenta lo ione ferroso (Fe2+) oppure gli ioni sodio (Na+), calcio (Ca2+),, manganese (Mn2+), magnesio (Mg2+) e litio (Li+) nel sito M2 Y rappresenta gli ioni magnesio (Mg2+), ferroso (Fe2+), manganese (Mn2+), ferrico (Fe3+), alluminio (Al3+), cromo (Cr3+) e titanio (Ti4+) nel sito M1 Z rappresenta gli ioni silicio (Si4+) e alluminio (Al3+) nei siti tetraedrici
La struttura, oltre ai siti tetraedrici, presenta due siti cationici: M1 (Y) a correlazione ottaedrica, e M2 (X) a coordinazione variabile da 6 a 8, a seconda del raggio ionico del catione.
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 e augite. Anche la pigeonite 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% in moli di calcio dando origine ai tre polimorfi protoenstatite e ortoenstatite ortorombiche e clinoenstatite monoclina (e gli equivalenti ferrosiliti). Raramente il rapporto Fe:Mg è superiore a 1:1. L'enstatite pura è composta per il 60,0% da silice (SiO2) e per il 40,0% di ossido 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. pp. 478-484
Aumentando il contenuto di calcio si forma la pigeonite ([Mg,Fe,Ca][Mg,Fe]Si2O6) che cristallizza solo nel sistema monoclino. Contiene il 5-15% in moli di metasilicato di calcio (CaSiO3).
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 il raggio ionico del calcio non permette la coesistenza di calcio e magnesio (o ferro) in tali proporzioni all'interno della struttura cristallina. Infatti la differenza dei raggi ionici tra calcio e magnesio è del 50% e tra calcio e ferro è del 34%.
Le augiti si estendono lungo la linea dei diopsidi-hedenbergiti con larghezza limitata e crescente con la temperatura. 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%. 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 i pirossenoidi.
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. Nella giadeite (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 come onfacite e egirina-augite, con 80% o più di questi componenti i pirosseni ricadono nel quadrilatero mostrato in figura 1.
Esiste solo un pirosseno a litio, lo spodumene, e le sue varietà.
Cristallografia Morfologia e abito Solitamente i cristalli dei pirosseni presentano abito prismatico tozzo, poco allungato. Frequentemente si possono osservare geminati semplici o a lamelle polisintetiche.
Pirosseni rombici: presentano in genere abito prismatico. I cristalli sono rari e spesso massivi, fibrosi o lamellari. Pirosseni monoclini: la pigeonite presenta abito prismatico allungato secondo c, ma sono rari i cristalli ben formati. Diopsidi, hedembergiti e augiti formano in genere cristalli prismatici con sezioni quadrate o con otto lati. Essi possono essere granulari, massivi, lamellari, o colonnari. Sono rari i cristalli singoli di giadeite e si trovano spesso in aggregati granulari massivi e compatti. I cristalli di aegirina si trovano spesso in aggregati fibrosi e hanno abito prismatico allungato con terminazioni appuntite e facce imperfette. I cristalli ad abito prismatico dello spodumene sono spesso appiattiti con striature verticali profonde. Si presentano di aspetto solitamente grossolano con facce ruvide.
Proprietà fisiche e ottiche
Sfaldatura I pirosseni presentano una buona sfaldatura 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°.
Peso specifico Il peso specifico dei pirosseni va da circa 3.0 a 4.0, in particolare:
Pirosseni rombici: da 3,1 a 3,5 g in correlazione alla crescita del contenuto in Fe. Pirosseni monoclini: da 3,2 a 3,6 g in base alla composizione.
Durezza La durezza sulla scala di Mohs va da 5 a 7.
Lucentezza Pirosseni rombici: enstatiti e ferrosiliti con lucentezza vitrea o perlacea, talvolta presentano lucentezza submetallica bronzea. Pirosseni monoclini: lucentezza generalmente vitrea, talvolta perlacea in giadeite.
Proprietà ottiche Colore 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.
Pirosseni rombici: le enstatiti hanno colore giallognolo o marroncino-verde chiaro ed è incolore in sezione sottile, mentre le ferrosiliti vanno da bruno a nero. Pirosseni monoclini: la pigeonite va da bruno-verdastra a nera. I diopsidi hanno una colorazione che va da biancastro a verde chiaro, scurendosi al crescere del contenuto in ferro. Hedembergite e augite sono tipicamente nere. La giadeite va dal bianco al verde-mela al verde-smeraldo. Talvolta si presenta bianca con chiazze verdi. La aegirina ha colore bruno o verde, e lo spodumene è incolore, bianco, grigio, rosa, giallo, o verde. Le due varietà di gemme dello spodumene sono la kunzite (lilla) e la hiddenite (verde smeraldo).
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 e pleocroismi caratteristici.
I pirosseni ortorombici differiscono dai monoclini per avere estinzione parallela.
Indici di rifrazione Pirosseni rombici: gli indici di rifrazione crescono al crescere del contenuto in Fe. Pirosseni monoclini: indici di rifrazione elevati.
I valori specifici sono riportati nella Tabella 1.
Birifrangenza Pirosseni rombici: le enstatiti hanno birifrangenza bassa. Pirosseni monoclini: per la maggior parte presentano birifrangenza abbastanza notevole, elevata anche nelle egirine.
I valori specifici sono riportati nella Tabella 1. + Tabella 1 - Proprietà ottiche pp. 578-579MineraleIndici di rifrazionePleocroismoSegno otticoBirifrangenzaEnstatite1.65 - 1.68 Biassico+0.009 - 0.011 Iperstene1.67 - 1.77Debole/ModeratoBiassico-0.011 - 0.018 Pigeonite1.70 - 1.75Biassico+0.021 - 0.030Augite1.68 - 1.74DeboleBiassico+0.018 - 0.034Diopside1.66 - 1.76Biassico+0.028 - 0.031 Hedembergite1.72 - 1.75DeboleBiassico+0.029Giadeite1.65 - 1.69Biassico+0.005 - 0.021 Egirina1.74 - 1.83Moderato/ForteBiassico-0.037 - 0.061 Egirina-augite1.70 - 1.81ForteBiassico-0.030 - 0.053Spodumene1.66 - 1.67ForteBiassico+0.014 - 0.018
Nomenclatura 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. p. 427
Minerali e giacitura I pirosseni sono suddivisi in due sottogruppi pp. 482-483, 479:
Sottogruppo dei clinopirosseni (monoclini) augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6 costituente delle rocce basiche povere o prive di silice clinoenstatite MgSiO3 clinoferrosilite colomeraite NaTi3+Si2O6 cosmocloro NaCrSi2O6 costituente accessorio di alcuni meteoriti ferrosi davisite CaScAlSiO6 diopside CaMgSi2O6 diffusa in rocce metamorfiche, ma anche in rocce ignee egirina NaFe3+Si2O6 relativamente rara, presente prevalentemente in rocce ignee ricche di sodio e potassio e povere di SiO2 egirina-augite (NaaCabMgd)()Si2O6 (con a+b+c+d = 1, e+f+g=h = 1, a = e+f, 0,2 ≤ a ≤ 0,8, e > f) esseneite CaFe3+[AlSiO6] relativamente rara, si trova in rocce derivate dalla fusione della lava su rocce sedimentarie in condizioni di alta temperatura e bassa pressione giadeite Na(Al,Fe3+)Si2O6 si trova solo in rocce metamorfiche, in condizioni di alte pressioni e temperature relativamente basse grossmanite CaTi3+AlSiO6 hedenbergite CaFe2+Si2O6 diffusa in rocce metamorfiche e ignee jervisite (Na,Ca,Fe2+)(Sc,Mg,Fe2+)Si2O6 presente nelle cavità miarolitiche del granito johannsenite CaMn2+Si2O6 limitata a calcari metasomatizzati kanoite Mn2+(Mg,Mn2+)Si2O6 raro, reperibile nelle fratture tra pirossimangite e cummingtonite delle rocce metamorfiche kushiroite CaAl[AlSiO6] namansilite NaMn3+Si2O6 presente in sedimenti ricchi in sodio e manganese, molto ossigenati e con basso livello di metamorfosi natalyite Na(V3+,Cr3+)Si2O6 presente in rocce di quarzo-diopside, che fanno parte di complessi metamorfici del Precambriano omfacite (Ca,Na)(Mg,Fe2+,Al)Si2O6 tipica di rocce metamorfiche di alta pressione petedunnite Ca(Zn,Mn2+,Mg,Fe2+)Si2O6 reperibile in depositi di zinco metamorfosati e stratificati pigeonite (Ca,Mg,Fe)(Mg,Fe)Si2O6 comune in lave basiche raffreddate velocemente e alcune rocce intrusive ryabchikovite CuMgSi2O6