Минералы группы пироксеков [греч. «пиро» — огонь, «ксенос» — чуждый] весьма распространены как в магматических, так и метаморфических породах.
Общая кристаллохимическая формула пироксенов следующая:
Х1-nY1-nZ2O6,
где X — Ca, Na, К, Mg, Fe2+, Mn; Y = Mg, Fe2+, Mn, Ni, Li, Fe3+, Cr, Al, Ti; Z = Al, Si.
В зависимости от состава выделяют различные крайние члены твердых растворов. Пироксены редко отвечают какому-либо из крайних членов. Характерны изоморфные замещения как изовалентные, так и гетеровалентные. Установлены неполные ряды: энстатит—гиперстен, диопсид—геденбергит; намечается ряд эгирин—авгит; установлен разрыв смесимости между эгирином и жадеитом, жадеитом и диопсидом, клиноэнстатитом Mg2(Si2O6) и диопсидом, клиноферросилитом Fe3(Si2O6) и геденбергитом.
Среди пироксенов выделяют ромбические (ортопироксен-ферросилит) и моноклинные (клинопироксен-клиноферросилит). К первым относятся Mg—Fе-пироксены, в частности, энстатит и ферросилит, ко вторым — не очень распространенные Mg—Fe-пироксены (клиноэнстатит и клиноферросилит), а также большое количество кальциевых и натриевых пироксенов, В магматических породах преобладают орто- и клинопироксены трехкомпонентной системы CaSiO3—MgSiO3—FeSiO3.
Ромбические пироксены встречаются как в магматических, так и метаморфических породах, в частности, они являются обычными породообразующими минералами чарнокитов, гиперстеновых гранитов, габбро-норитов, норитов, эклогитов, пироксенитов, двупироксеновых гнейсов, различных метаморфитов, кордиеритовых и сапфириновых гнейсов, гиперстен-кварц-силлиманитовых гнейсов и т. п. Общая формула ромбических пироксенов следующая:
W1-n(Х, Y)1+nZ2O6,
где W—Ga, Na; X—Mg, Fe2+, Mn, Ni, Li; Y—Al, Fe3+, Gr, Ti; Z—Al, Si.
Исходя из этого выводят приближенную среднюю формулу для ортопироксенов:
W0-0,2(X,Y)1,8-2,0Z2O6 или W0-0,2(X,Y)0,9-1,0ZO3.
В ортопироксенах полная смесимость (изоморфизм) происходит в системах FeSiO3—MgSiO3; MnSiO3—FeSiO3; MgSiO3—MnSiO3, а ограниченная смесимость —в системах MgSiO3—Al2O3; (Fe, Mg)SiO3—CaSiO3. Полная смесимость обусловливается составом горных пород. В частности, в дунитах, пироксенитах, модулях лав, а также метасоматитах, возникших по ультрабазитам, содержатся наиболее магнезиальные ортопироксены (например, в флогопит-форстеритовых скарнах юго-западного Памира); в состав эвлизитов входит наиболее железистый ортопироксен — ферросилит; в богатых марганцем метаморфитах и метасоматитах встречается марганцовистый ортопироксен—родонит в парагенезисе с марганцевыми минералами — родохрозитом, спессартином и др.
Моноклинные пироксены или кальциево-натриевые клинопироксены образуют систему твердых растворов: Ca(Mg, Fe, Mn)Si2O6—CaAl2Si2O6—NaAlSi2O6—NaFeSi2O6. В них допустимы примеси Li, Ti, Mn, Ni, Co. Состав клинопироксенов определяется составом содержащих их горных пород и РТ-условиями образования. Например, для скарнов характерен твердый раствор: геденбергит (CaFeSi2O6) — диопсид (CaMgSi2O6) — йохансенит (CaMnSi2O6), а для щелочных интрузивов: диопсид (CaMgSi2O6) — геденбергит (CaFeSi2O6) —эгирин (NaFeSi2O6). Состав клинопироксенов системы CaMgSi2O6—NaAlSi2O6 в парагенезисе с полевыми шпатами системы CaAl2Si2O8—NaAlSi3O8 зависит от температуры и давления. Следовательно, содержание жадеитового компонента в омфацитах в определенных парагенезисах указывает на РТ-условия их образования.
В пироксенах возможна смесимость следующих компонентов, образующих твердые растворы:
Ромбические пироксены. Наиболее характерные представители этой группы энстатит [греч. «энстатес» — супротивный, что связано с устойчивостью энстатита к плавлению] и ферросилит оптически положительны. Разновидности промежуточного состава оптически отрицательны. Ниже приведены некоторые оптические свойства энстатита и ферросилита:
Зависимость оптических и физических свойств ромбических пироксенов от химического состава показана на диаграмме рис. 43.
Моноклинные пироксены. Одними из наиболее распространенных в этой группе минералов являются диопсид и геденбергит. Их оптические особенности следующие:
Оба эти минерала оптически положительны. Зависимость оптических свойств от химического состава в серии диопсид — геденбергит показана на диаграмме рис, 44.
Йохансенит [по фамилии амер. геолога А. Йохансена] представляет собой марганцовистый аналог диапсида и геденбергита. Оптически положителен. Образуется главным образом в известняках в результате метасоматического процесса, относительно реже встречается как жильный минерал. Железистую разновидность называют железистым йохансенитом. По оптическим свойствам сходен с геденбергитом, что вызвано почти одинаковым влиянием ионов Mn+2 и Fe+2 на оптические свойства серии диопсид — геденбергит. Крупнокристаллический йохансенит имеет уплощенную по оси у форму и штриховку, параллельную оси z. Чаще он развивается в виде столбчатых, радиальнолучистых и сферолитовых агрегатов и призматических кристаллов.
Ниже приводятся некоторые оптические свойства йохапсенита: Np = 1,703—1,716; Nm = 1,711—1,728; Ng = 1,732—1,745; Ng—Np = 0,028—0,029; +2V = 68—70°.
Эгирин [Эгир — скандинавский бог моря, так как минерал был впервые установлен в Норвегии] оптически отрицательный минерал, эгирин - авгит [греч. «ауге» —блеск, за сильный блеск на плоскостях спайности] может быть как отрицательным, так и положительным.
Угол между оптическими осями у эгирина равен примерно —60°. В случае замещения Na на Ca и Fe+3 на (Mg, Fe+2) 2V возрастает и в пределах составов от Fe0,40+3 до Fe0,45+3 равен примерно +90°. При дальнейшем замещении (Na, Fe+3) на (Ca, Mg, Fe+2) Ng становится острой биссектрисой, и относительно богатые авгитовым компонентом члены серии становятся оптически положительными. Для чистого эгирина угол погасания Np:z в тупом углу β равен 9°. При составе примерно Fe0,7+3 этот угол опускается до 0°, а при дальнейшем замещении Fe+3 на (Mg, Fe+2) при составе Fe0,2+3 угол погасания в остром углу β возрастает до 20°.
Основные оптические показатели эгирина и эгирин-авгита следующие:
Сподумен [греч. «сподоуменос» — превращенный в пепел, в связи с обычной серовато-белой окраской минерала] характерен для литийсодержащих гранитных пегматитов; встречается также в аплитах и гнейсах. Размер кристаллов сподумена из гранитных пегматитов в штате Южная Дакота (США) достигает приблизительно 12x2 м2.
Оптические свойства сподуменов (показатели преломления, углы между оптическими осями, углы погасания) варьируют незначительно, что связано с небольшими колебаниями химического состава. Основные оптические параметры сподуменов следующие: Np = 1,648—1,663; Nm = 1,655—1,669; Ng = 1,662 — 1,679; Ng — Np = 0,014—0,027; +2V = 58—68°.
Жадеит [исп. «пидра де жада» — коликовый камень, в связи с суеверием, что он может предотвратить почечные колики] по сравнению с другими разновидностями пироксенов встречается редко. Обычно образуется в метаморфитах высокого давления, по встречается как устойчивая фаза в породах, претерпевших метаморфизм низкой ступени. Жадеитовый компонент присутствует в заметном количестве в омфаците — характерном пироксене эклогитовой породы.
Оптические и физические свойства жадеита следующие: Np = 1,640—1,658; Nm = 1,645—1,663; Ng = 1,652—1,673; Ng—Np = 0,012—0,013; +2V =67—70°. В отечественной петрографической литературе различают две его разновидности — собственно жадеит и нефрит; последний представляет собой либо тремолит, либо актинолит.
Авгит входит в состав многих основных магматических пород (габбро, долериты, базальты), встречается также в ультрабазитах и среднекремнекислотных породах (сиениты). Ферроавгит констатирован в кислых вулканических стеклах, в метаморфических породах он играет подчиненную роль. Из метаморфитов высокой ступени метаморфизма авгит содержится в некоторых гранулитах, чарнокитах и других породах.
На основании оптических свойств не всегда удается отличить друг от друга диопсид, геденбергит, авгит и ферроавгит по причине непрерывных переходов их химических составов. У авгита двупреломление меньше и дисперсия сильнее, чем у диопсида. Авгит и ферроавгит, по сравнению с салитом и ферросалитом, богаче Mg и Fe и имеют меньшие углы 2V. У авгита углы погасания меньше, чем у геденбергита. Авгит обладает менее интенсивной окраской, меньшим двум преломлением, меньшими углами погасания Ng:z и меньшим 2V, чем эгирин и эгирин-авгит. Оптически положителен.
Ниже приводятся некоторые оптические показатели авгита: Np = 1,671—1,735; Nm = 1,672—1,741; Ng = 1,703—1,741; Ng—Np = 0,018—0,033; +2V = 25—60°.
Пижонит [по назв. местности Пижон-Пойнт в штате Миннесота, США] — минерал, бедный кальцием; содержание CaSiO3 от 5 до 15%. От других пироксенов отличается малым углом между оптическими осями (<25°—30°). Плоскость 2V перпендикулярна, либо параллельна (010). Оптически положителен. Пижонит встречается в лавах, порой в виде вкрапленников. Наблюдается также в гипабиссальных интрузиях, в метаморфитах не известен. Кроме того, пижонит может выкристаллизоваться и в глубинных условиях, однако при этом он неизменно переходит в ромбический пироксен. Здесь происходит распад избыточного диопсид-геденбергитового компонента и образуются пластинки авгита, параллельные плоскости (001) исходного пижонита.
Точное определение положения Np, Nm и Ng в пижоните затруднено, особенно когда он одноосен. Двойникование для пижонитов — обычное явление; оно может быть простым или полисинтетическим. Плоскость двойникового срастания (100). Наблюдающаяся часто хорошо выраженная отдельность развивается по (001). Плеохроизм не наблюдается или слабо выражен, иногда умеренный в светло-зеленых и зеленовато-бурых тонах. На о. Малл установлен четко плеохроирующий пижонит: по Np и Nm —дымчато-бурый, по Ng — светло-желтый. Пижонит характеризуется зональностью: пижонит из долеритового силла горы Веллингтон в центральной зоне показывает +27 = 7° и плоскость 2V/(010); в краевой зоне +2V - = 5° и плоскость 2V||(010).
Основные оптические показатели следующие: Np = 1,682—1,722; Nm = 1,684—1,722; Ng = 1,705—1,751; Ng—Np = 0,023—0,029.
Омфацит [пo сходству с незрелым виноградом, по греч. «омфас»] минерал зеленого цвета, встречается в эклогитах и близких к ним горных породах. Главной особенностью химического состава омфацита является высокое содержание Si и Al и относительно высокое Na (содержание Na2O может достигать 8%). В условиях ретроградного метаморфизма омфацит испытывает амфиболизацию, начинающуюся с развития в краевой части минерала зеленой роговой обманки и одноосных ее волокон. Описано замещение омфацита мелкозернистыми симплектитовыми прорастаниями диопсида и плагиоклаза, замещающимися в последующем амфиболом и др.
Оптически положителен. Линейная связь между оптическими свойствами омфацита (показатели преломления, IV) и химическим составом не устанавливается, Плотность омфацита высокая, отвечающая кристаллизации в условиях высокого давления.
Омфацит от фассаита (см. ниже) отличается большим углом 2V, меньшим светопреломлением и большим удельным весом, от диопсида и диопсид-авгита — большим углом 2V, от жадеита — более интенсивной окраской, большим светопреломлением, дву-преломлением и углом погасания. Оптические показатели омфацита следующие: Np = 1,662—1,691; Nm = 1,670—1,700; Ng = 1,688—1,718; Ng—Np = 0,018—0,027; +2V = 58—83°.
Фассаит [по назв. долины Фасса в обл. Трентино-Альто-Адидже (Италия), где этот пироксен впервые был установлен в контакте авгитовых сиенитов с известняками] характеризуется высоким содержанием кальция CaO (-25%), что приблизительно соответствует одному иону кальция на формульную единицу. Другой особенностью химического состава фассаита является высокое содержание алюминия и высокое отношение окисного железа к закисному. В общем можно констатировать, что в фассаите Al+Fe+3 содержится меньше, чем в омфаците, но в последнем минерале кремния и натрия большей кальция меньше. Предполагается, что в фассаите изоморфизм осуществляется по схеме (Mg, Fe+2) Si ⇔ (Al, Fe+3)Al.
Данных для выявления точной зависимости между химическим составом и оптическими свойствами фассаита пока нет. В общем видна тенденция возрастания показателей преломления с повышением содержания Al и Fe+3, что не позволяет по оптическим свойствам определить относительные количества Al и Fe+3.
Фассаит характеризуется более низким двупреломлением, порой более высоким углом погасания и более интенсивной дисперсией, чем диопсид с умеренным содержанием железа. Фассаит трудно отличить также от омфацита, сравнительно с последним минералом он имеет меньший угол 2V, более высокое светопреломление, большие угол погасания и двупреломление. Основные оптические показатели фассаита следующие: Np = 1,676—1,712; Nm = 1,683—1,719; Ng = 1,702—1,736; Ng—Np = 0,018—0,028; + 2V = 41 —47°.