Группа пироксенов




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Группа пироксенов

Группа пироксенов

19.08.2017


Пироксены, благодаря устойчивости в широком диапазоне температyp и давлений, а также разнообразию изоморфных замещений, относятся к числу наиболее распространенных минералов земной коры и верхней мантии. Содержание пироксенов и их полиморфных модификаций в земной коре оценивается в 16 об.%, а в верхней мантии -29 об.%.
Состав

Общая формула пироксенов ABT2O6, где A-Ca2+, Na+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Li+; B-Mg2+, Fe2+, Fe3+, Al3+,Cr3+,Ti4+; T-Si4+ и Al3+.
Для группы пироксенов характерен изоморфизм. Конечные члены изоморфных рядов (миналы), как правило, образуют самостоятельные минералы (табл. 1.4), но некоторые миналы являются гипотетическими (табл. 1.5). По преобладающим катионам выделяют магнезиально-железистые, кальциевые, кальциево-натриевые, натриевые (щелочные), марганцево-магниевые и литиевые пироксены (табл. 1.4).
Структура и особенности изоморфизма

Минералы группы пироксенов относятся к метасиликатам с непрерывными цепочками SiO4-тeтpаэдров, соединенными между собой атомами кислорода (рис. 1.48). Между цепями находятся два типа катионных позиций: между основаниями соседних тетраэдров -крупные позиции М2, а между вершинами - позиции M1 меньшего размера (рис. 1.48).
Когда позицию М2 занимает Ca2+, в его окружении находятся восемь атомов кислорода (координационное число Ca равно 8). Координационное число Fe2+, с меньшим, чем у кальция ионным радиусом, снижается до 6. В позиции M1 катион всегда окружен шестью атомами кислорода.
Как сообщалось выше, минералы группы пироксена кристаллизуются в ромбической или моноклинной сингониях.
Магнезиально-железистые пироксены кристаллизуются преимущественно в ромбической (En и Fs), значительно реже в моноклинной (CEn и CFs) сингониях (табл. 1.4).
Ромбические пироксены, чаще называемые ортопироксенами, представляют собой непрерывный ряд твердого раствора, крайними членами которых являются энстатит и ферросилит. Изоморфизм здесь осуществляется по схеме Mg <-> Fe+2. При высоких температурах Mg и Fe занимают обе позиции M1 и М2, но при понижении температуры разделяются: Fe2+ предпочитает занимать более крупную позицию М2. Согласно последней классификации, ортопироксены представлены ферросилитами и энстатитами, граница между которыми проводится по ХMg > 0.50, при ХCa < 0.05 (рис. 1.49).
Однако в петрологической и петрохимической литературе все еще используется более ранняя номенклатура ортопироксенов, также основанная на содержании En (мол.%): энстатит (100—88), бронзит (88-70), гиперстен (70-50), феррогиперстен (50-30), эвлит (30-10), ферросилит (10-0) (рис. 1.49).


В ортопироксенах из глубинных метаморфических и магматических пород может содержаться до 10 и более мас.% Al2O3. Таким образом, проявлено широко распространенное изоморфное замещение (Fe, Mg)Si <-> 2Al.
Пироксен с небольшим содержанием Ca (5-15 мол.%) называется пижонитом. Пижонит - моноклинный минерал, занимающий по составу промежуточную позицию между магнезиальножелезистыми и кальциевыми пироксенами (табл. 1.4).
Кальциевые пироксены кристаллизуются в моноклинной сингонии и оттого называются клинопироксенами (табл. 1.4). Ca в них содержится исключительно в позиции М2.
Некоторые изоморфные замещения в клино- и ортопироксен ах отражает классификационная диаграмма, представленная в виде трапеции, в вершинах которой находятся диопсид, геденбергит, ферросилит и энстатит (рис. 1.49).
Например, общую формулу такого распространенного минерала, как авгит, можно записать (Ca,R2+)(R2+,R3+)(Si,Al)2O6, где R2+ - Mg, Fe; R3+ - Fe, Al. В авгитовом твердом растворе Al3+ может входить в кремнекислородные тетраэдры, а позицию M1 могут занимать как двухвалентные, так и трех валентные катионы.

Кальциево-натриевые и натриевые (щелочные) пироксены кристаллизуются в моноклинной сингонии и представлены твердыми растворами Aeg-Jd-Aug (рис. 1.50).

Элементы-примеси. B отличие от структуры ортопироксепа, структура клинопироксена более благоприятна для вхождения элементов-примесей. Например, такие некогерентные элементы, как Li, Sr, Ba, Th, REE, Y, занимают позицию М2; Be, Zr, Nb, Ti входят в позицию M1.
Оптические свойства и особенности в шлифах

В шлифах продольные разрезы зерен моноклинных и ромбических пироксенов имеют призматические (более удлиненные для ортопироксенов) формы с характерной совершенной спайностью в одном направлении; эгирин образует шестоватые, игольчатые кристаллы, радиально-лучистые агрегаты. Поперечные разрезы зерен всех пироксенов представлены восьмиугольниками с двумя направлениями спайности, пересекающимися под углом 87-89° (рис. 1.51). Все пироксены, за редким исключением, имеют высокий рельеф, то есть попадают в диапазон 1.7-1.8 по величинам показателей преломления.

Ортопироксены отличаются прямым погасанием с осью Ng на всех разрезах зоны [001] (в плоскостях, параллельных плоскости оптических осей). Небольшие углы погасания (c:Ng до 10°) и волокнистое строение этих разрезов указывают па присутствие субмикро-скопических вростков клинопироксена в виде линз и ламеллей. Ортопироксены характеризуются относительно низкими интерференционными окрасками (табл. 1.6). Магнезиальные ортопироксены, содержащие до 10-12% Fs минала, являются оптически положительными, остальные - оптически отрицательными, причем величина угла 2V строго зависит от состава ортопироксена. Железистые разности этих минералов могут иметь характерные, розова-то(желтовато)-зеленоватые окраски (табл. 1.6).
Клинопироксены являются оптически положительными, обладают высоким двулучепреломлением, косым погасанием. Однако следует помнить, что в клинопироксенах кристаллографическая ось b=Nm, так что на разрезах, параллельных плоскости (100) они гаснут прямо. Все кальциевые клинопироксены не окрашены или имеют слабо-зеленоватые, желтоватые окраски (табл. 1.6). Их оптические свойства нередко перекрываются, и под микроскопом бывает трудно или невозможно отличить их друг от друга.
Пижониты отличаются от других пироксенов малыми углами оптических осей, которые всегда меньше 25-30°. В плоскости оптических осей, по разрезе NgNp, клинопироксены имеют разные углы погасания с осью Ng (рис. 1.52). Ho при попытке таким образом диагностировать клинопироксены не следует забывать, что даже слабое отклонение разреза от плоскости (001) приведет к искажению угла погасания.

Эгирин (щелочной пироксен) отличается от других пироксенов небольшим углом погасания с осью Np, высоким двупреломлением и резким плеохроизмом от медово-желтого до изумрудно-зеленого цвета (табл. 1.6, рис. 1.53). Окрасками эгирин напоминает некоторые щелочные амфиболы. В базальных и близких к базальным разрезах диагностическим признаком может служить характерный для пироксенов угол спайности, а в призматических разрезах пироксены хорошо отличаются от арфведсонита и рибекита по своему плеохроизму. От других амфиболов минералы ряда эгирина отличаются отрицательным удлинением. Многие из них обнаруживают концетрическую зональность, обусловленную различием в окраске и, следовательно, в составе отдельных зон, а также зональность типа «песочных часов» (рис. 1.54).
Вторичные изменения

Образуясь при больших и умеренных температурах и давлениях, пироксены легко изменяются под термальным и флюидным воздействием (наложенные метаморфические, метасоматические и гидротермальные процессы). Магнезиальные ортопироксены замещаются серпентином и тальком. Пластинки серпентина вытягиваются по направлению спайности, образуя псевдоморфозы по ортопироксену, называемые баститом. По железистым ромбическим пироксенам чаще развивается хлорит. Среди вторичных минералов, замещающих клинопироксены, преобладают хлорит, карбонат, эпидот, низкотемпературные амфиболы актинолит-тремолитового ряда. Псевдоморфоза последних по клинопироксену называется уралитом.

Условия стабильности и нахождение в природе

Благодаря широким диапазонам термодинамической устойчивости, пироксены и их высокоплотные модификации широко распространены в земной коре и верхней мантии.
Превращения пироксенов при высоких давлениях. В переходной зоне мантии (410-660 км) происходит возникновение высокоплотной модификации пироксена со структурой граната - мэйджорита, в соответствии с реакцией:
2Mg2(Si2О6) -> Mg3(MgSi)(SiО4)3.

Наряду с ортопироксеном замещается и клинопироксен с образованием мэйджоритовых гранатов широкого спектра составов (рис. 1.55).



На нижней границе переходной зоны (глубины около 660 км) появляются высокобарические модификации пироксена, которые обладают орторомбической (Pbnm) структурой перовекита, и потому в отношении к этим фазам часто используются упрощенные названия - Fe-Mg- и Са-перовскиты, Эти фазы, согласно некоторым оценкам Д.Андерсона (Anderson, 1989), составляют 85% нижней мантии Земли.
Особенности плавления пироксенов. Температура плавления пироксенов сильно зависит от их железистости: например, диопсид плавится при атмосферном давлении при температуре около 1390°С, а геденбергит лишь при 965°С. Температура плавления повышается с увеличением давления, но в присутствии воды она снижается, что хорошо видно на примере диопсида и энстатита (рис. 1.56, 1.57).
Плавление пироксенов может происходить как конгруэнтно (например, так плавится диопсид), так и инконгруэнтно. Например, энстатит в «сухих» условиях при давлении менее 5 кбар плавится инконгруэнтно с образованием форстерита и расплава, а при более высоком давлении начинается конгруэнтное плавление (рис. 1.57). В условиях насыщения системы водой инконгруэнтное плавление энстатита может продолжаться до 30 кбар (рис. 1.57).


Смесимость и распад твердого раствора в пироксенах. Повышение температуры и понижение давления способствуют смесимости между клино- и ортопироксенами (рис. 1.58) и, наоборот, снижение температуры и повышение давления приводят к сокращению смесимости, вследствие чего возникают кристаллографически ориентированные срастания двух пироксенов, которые называются структурами распада (рис. 1.59). При падении температуры процессы распада в пироксен ах происходят главным образом в результате сокращения области твердого раствора между богатыми и бедными кальцием пироксенами (рис. 1.58, 1.60).

«Вода» в пироксенах. В дефекты структуры пироксенов при высоких давлениях может входить водород, В связи с этим в литературе указывается на присутствие воды в номинально безводных минералах, что, конечно же, является преувеличением. Экспериментальные исследования показывают, что содержание «воды» в чистом энстатите увеличивается с давлением. Однако для глиноземистой разности энстатита наблюдается обратная корреляция в диапазоне давлений 38-55 кбар. При этом содержание «воды» (то есть водорода) в нижнем диапазоне давления может значительно превышать таковое в чистом энстатите. Иными словами, возле верхней границы астеносферы может существовать область с повышенным содержанием «воды», заключенной в глиноземистом энстатите. Аномальная способность к протонированию, вероятно, вызвана изоморфными замещениями в кристаллической решетке энстатита:
Аl3+ + Н+ <-> Si4+:
Al3+ + H+ <-> 2Mg2+.


В связи с этим уменьшение количества «воды» в глиноземистом энстатите с давлением может быть вызвано снижением его глиноземистости.
Вхождение «воды» в структуру пироксенов фиксируется не только в экспериментальных, но и в природных образцах. Например, в клинопироксене из эклогитов алмазоносного Кокчетавского массива обнаружено до 3000 ppm «воды».
Распространенность в природе

Пироксены являются породообразующими минералами для широкого спектра пород земной коры и верхней мантии - магматических, метаморфических и метасоматических. Они также входят в состав лунных пород и метеоритов.
Состав клинопироксена зависит от химического состава протолита и P-T условий образования.
Для мантийных пород ультраосновного и основного состава - перидотитов, эклогитов и пироксенитов, встречающихся в аллохтонных массивах (например, Родна, Бени Бушера) и в ксенолитах (включениях) в щелочных базальтах и кимберлитах, характерны магнезиальные пироксены (энстатит и диопсид) в ассоциации с оливином, хромистыми шпинелидами, ильменитом, гранатом (Oрх + Cрх + Ol ± Cr - Sp1 ± Ilm ± Gr).
Пироксены можно встретить в коровых магматических породах ширкого спектра кремнекислотности: от ультраосиовных до кислых.
В магматических породах нормальной щелочности чаще всего присутствуют ортопироксены, авгиты, а также пижонит, являющийся продуктом быстрой кристаллизации. В этих рядах с увеличением кремнекислотности магматических пород закономерно растет железистость пироксенов и меняется набор минералов, с которыми они сосуществуют.
В ультраосновных коматиитовых лавах и в расслоенных перидотит-габброидных массивах магнезиальные орто- и клинопироксены находятся в ассоциации с оливином, шпинелидами, а также оксидами Ti и Fe.
В основных вулканических (базальты, долериты, туфы) и интрузивных (различные габброиды) горных породах пироксены сосуществуют с оливином и плагиоклазом.
В средних вулканических (андезиты, туфы) и плутонических (диориты, кварцевые диориты) породах в ассоциации с пироксенами могут находиться плагиоклаз, амфибол, биотит.
Пироксены могут присутствовать даже в кислых породах в ассоциации с кварцем, кислым плагиоклазом. В гранитах иногда встречается крайне железистая разность ортопироксена - с содержанием энстатитового минала до 10%. В эффузивах кислого состава (дацитах и риолитах) Галапагосских островов встречается чистый Fs.
Парагенезис ортопироксена с кварцем, одним или двумя полевыми шпатами в гранулитовых метаморфических комплексах характерен для гнейсов, чарнокитов или эндербитов.
Во всех типах щелочных магматических пород широко представлены щелочные пироксепы. Прежде всего, это кристаллизующиеся из расплава эгирин и эгирин-авгит.
В этих породах щелочные пироксены могут встречаться с фельдшпатоидами, калиевым полевым шпатом, альбитом, щелочными амфиболами, высокожелезистым биотитом, титаномагнетитом, широким набором акцессорных минералов.
Пироксены широко представлены в метаморфических породах. Они являются породообразующими минералами в породах средней и высокой ступеней регионального метаморфизма (гранулитовая, эклогитовая, реже глаукофансланцевая и амфиболитовая фации), а также высокотемпературного контактового метаморфизма.
В метаморфических породах широко проявлен типохимизм пироксенов - соответствие их состава определенным породам и парагенезисам минералов. Приведем некоторые примеры. Наиболее железистые ортопироксены (с магнезиальностью 10—30%) характерны для регионально метаморфизованных железистых осадков — эвлизитов, где этот минерал ассоциирует с фаялитом, геденбергитом, грюнеритом или альмандин-спессартиновым гранатом. Авгиты входят в состав кристаллических сланцев, образовавшихся как за счет изверженных, так и за счет осадочных материнских пород, богатых Ca, Fe, Mg. Омфациты входят в высокобарный эклогитовый (реже глаукофансланцевый) парагенезис, включающий также гранат, фенгит, кианит, кварц и другие минералы. Высококальциевые пироксены характерны для метаморфических пород богатых кальцием, образованным, прежде всего, по известнякам.
Пироксен нередко входит в состав высокотемпературных метасоматических пород. Клинопироксены диопсид-геденбергитового ряда и магнезиальные ортопироксены типичны для скарновых формаций, в щелочных метасомагитах распространены эгирины и эгирин-авгиты.