Пироксены

Пироксены — это группа породообразующих минералов подкласса цепочечных силикатов, кристаллическая структура которых характеризуется одинарными цепочками кремнекислородных тетраэдров. Пироксены являются одними из наиболее распространённых минералов в земной коре и верхней мантии, входя в состав магматических и метаморфических горных пород. Название происходит от греческих слов πῦρ (pyr — огонь) и ξένος (xenos — чужой), что связано с ошибочным представлением ранних исследователей о том, что эти минералы являются чуждыми примесями в вулканических породах.

Химический состав и кристаллическая структура

Пироксены относятся к группе иносиликатов (цепочечных силикатов). Их общая химическая формула имеет вид XY(Si,Al)₂O₆, где:

• X — катионы с крупным ионным радиусом (Ca, Na, Mg, Fe²⁺, Li, Mn), занимающие позиции M2 в кристаллической решётке. Координационное число этих позиций обычно равно 6–8.
• Y — катионы среднего и малого радиуса (Mg, Fe²⁺, Fe³⁺, Al, Cr, Ti, Mn), занимающие позиции M1 с координационным числом 6.

Ключевой структурной единицей пироксенов является одинарная цепочка кремнекислородных тетраэдров (SiO₄)⁴⁻, соединённых общими вершинами. Каждый тетраэдр делится двумя кислородными атомами с соседними тетраэдрами, образуя непрерывную цепь с повторяющимся звеном [Si₂O₆]⁴⁻. Эти цепочки связаны между собой катионами X и Y, которые располагаются в междоузлиях. Такая структура обусловливает характерную для пироксенов призматическую спайность под углом около 87° и 93° (в отличие от близких к ним амфиболов, у которых спайность под углом 56° и 124°).

Кристаллическая решётка пироксенов может быть моноклинной (клинопироксены) или ромбической (ортопироксены), что определяется симметрией расположения цепочек и катионов.

Классификация

Пироксены классифицируются по нескольким признакам: кристаллографической системе, химическому составу и содержанию кальция.

По кристаллической системе

• Ортопироксены — кристаллизуются в ромбической сингонии. Имеют упорядоченную структуру, в которой катионы Mg и Fe²⁺ распределены по позициям M1 и M2. Представлены твёрдым раствором между энстатитом (Mg₂Si₂O₆) и ферросилитом (Fe₂Si₂O₆). Промежуточные члены ряда называются гиперстеном и бронзитом.
• Клинопироксены — кристаллизуются в моноклинной сингонии. Включают большинство пироксенов, в том числе диопсид, авгит, геденбергит, сподумен, жад, эгирин и другие.

По химическому составу

• Магнезиально-железистые пироксены — энстатит, ферросилит, гиперстен, бронзит. Характерны для ультраосновных и основных пород.
• Кальциевые пироксены — диопсид (CaMgSi₂O₆), геденбергит (CaFeSi₂O₆), авгит (сложный состав с Al, Fe, Ti). Диопсид и геденбергит образуют непрерывный изоморфный ряд.
• Натриевые пироксены — эгирин (NaFe³⁺Si₂O₆), жад (NaAlSi₂O₆), сподумен (LiAlSi₂O₆). Эгирин и жад часто встречаются в щелочных породах.
• Литиевые пироксены — сподумен, являющийся важным промышленным источником лития.
• Хромовые пироксены — разновидности, содержащие Cr³⁺ (например, хромдиопсид), придающий минералу зелёную окраску.

По содержанию кальция

• Кальциевые — диопсид, геденбергит, авгит, салит (содержание CaO более 20 %).
• Низкокальциевые — энстатит, ферросилит, гиперстен (CaO менее 5 %).
• Промежуточные — пижонит, субкальциевый авгит.

Физические свойства

Физические свойства пироксенов варьируются в зависимости от химического состава, но имеют ряд общих характеристик:

• Цвет: от белого и серого (энстатит) до зелёного (диопсид, жад), чёрного (авгит, геденбергит), розового (сподумен) и изумрудно-зелёного (хромдиопсид). Окраска часто обусловлена примесями переходных металлов (Fe, Cr, V, Ti).
• Блеск: стеклянный, на плоскостях спайности — перламутровый.
• Твёрдость по шкале Мооса: 5–6.5 (у жадета — до 7).
• Плотность: 3.1–3.6 г/см³ (у сподумена — около 3.1, у геденбергита — до 3.6).
• Спайность: совершенная в двух направлениях, пересекающихся под углом 87° и 93°.
• Излом: неровный до занозистого.
• Прозрачность: от прозрачных до непрозрачных.

Генезис и распространение

Пироксены образуются в широком диапазоне геологических условий.

Магматические породы

• Ультраосновные и основные породы (перидотиты, пироксениты, базальты, габбро): пироксены являются главными породообразующими минералами наряду с оливином и плагиоклазом. В мантийных ксенолитах часто встречаются энстатит, диопсид и хромдиопсид.
• Средние и кислые породы (андезиты, дациты, граниты): пироксены присутствуют в меньших количествах, часто в виде авгита или геденбергита.
• Щелочные породы (нефелиновые сиениты, фонолиты): характерны натриевые пироксены — эгирин, жад.

Метаморфические породы

Пироксены типичны для пород высоких ступеней метаморфизма (гранулитовая фация, эклогитовая фация). В эклогитах пироксен (омфацит) является одним из главных минералов наряду с гранатом. В скарнах образуются диопсид и геденбергит.

Гидротермальные и метасоматические процессы

Жад и сподумен часто встречаются в гидротермальных жилах, связанных с щелочными интрузиями. Сподумен является основным минералом в пегматитах, богатых литием.

Практическое значение

Промышленность

• Литий-содержащие пироксены — сподумен является главным рудным минералом для получения лития, используемого в аккумуляторах, керамике, стекле, смазках и фармацевтике. Крупные месторождения сподумена известны в Австралии, Чили, Китае, России (Кольский полуостров, Забайкалье).
• Жад — ценный поделочный камень, используемый в ювелирном деле. Наиболее ценится полупрозрачный зелёный жад (империал-жад). Месторождения: Мьянма, Гватемала, Россия (Восточный Саян, Полярный Урал).
• Хромдиопсид — ювелирный камень ярко-зелёного цвета, добываемый в Якутии (Россия) и на Таймыре.

Научное значение

Пироксены являются важными индикаторами условий образования горных пород. По составу пироксенов (особенно соотношению Ca, Mg, Fe) геологи определяют температуру, давление и состав магмы. Например, содержание Al в ортопироксенах используется для оценки давления при метаморфизме. Пироксены также широко изучаются в петрологии, геохимии и минералогии.

Космические исследования

Пироксены обнаружены в лунном грунте, доставленном советскими автоматическими станциями «Луна-16, -20, -24» и американскими миссиями «Аполлон». На Луне они входят в состав базальтов и анортозитов. Пироксены также присутствуют в метеоритах (хондритах, ахондритах, марсианских метеоритах), что позволяет изучать состав и эволюцию других планетных тел. В 2020-х годах с помощью спектрометров на марсоходах Curiosity и Perseverance были подтверждены пироксены в марсианских породах.

Интересные факты

• Пироксены — одни из самых распространённых минералов в земной коре, уступая по объёму только полевым шпатам и кварцу.
• В России крупные месторождения пироксенов (сподумена, жадета, диопсида) находятся в Якутии, Забайкалье, на Кольском полуострове, Урале и в Саянах.
• В 2018 году китайские учёные обнаружили на Луне новый минерал — чанъэзит-(Y), относящийся к группе пироксенов, в образцах, доставленных миссией «Чанъэ-5».
• Сподумен может образовывать кристаллы гигантских размеров — до 14 метров в длину (месторождение Этта, Южная Дакота, США).
• Жад (жадеит) в древности ценился в Китае и Мезоамерике выше золота; из него изготавливали ритуальные предметы, украшения и оружие.

Источники

• Минералогия: учебник / под ред. А. Г. Булаха. — М.: Недра, 1988.
• Дир У. А., Хауи Р. А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т. 2. Цепочечные силикаты. — М.: Мир, 1966.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: КДУ, 2007.
• Deer W. A., Howie R. A., Zussman J. An Introduction to the Rock-Forming Minerals. — 3rd ed. — London: Mineralogical Society, 2013.
• Геологический словарь. Т. 2. — М.: Недра, 1978.
• Данные Международной минералогической ассоциации (IMA) по классификации пироксенов.