Pyroxene – gesteinsbildende Inosilikate: Struktur, Typen und Vorkommen

Pyroxene: Aufbau, Typen und Vorkommen — kompakte Übersicht zu Struktur, chemischer Zusammensetzung, Vorkommen und Bedeutung in magmatischen sowie metamorphen Gesteinen.

Die Pyroxene sind eine bedeutende Gruppe gesteinsbildender Insilikatmineralien, die in vielen magmatischen und metamorphen Gesteinen vorkommen. Charakteristisch ist ihre einheitliche Kristallstruktur aus einzelnen Ketten von Silicium-Sauerstoff-Tetraedern, formal beschrieben durch die allgemeine Formel XY(Si,Al)_2O6, wobei X und Y für unterschiedliche Metallionen stehen. Während in anderen Silikaten wie Feldspäten und Amphibolen Aluminium die Siliciumposition häufiger substituiert, ist die Al-Substitution in den meisten Pyroxenen nur begrenzt ausgeprägt.

Struktur

Pyroxene sind einfache Ketten (Inosilikate) von SiO4-Tetraedern, die sich entlang einer Kristallachse über jeweils zwei gemeinsame Sauerstoffatome verbinden. Die resultierende Kette hat die Zusammensetzung (Si2O6)⁴⁻. Zwischen den Ketten sitzen Kationen in zwei unterschiedlichen Koordinationsumgebungen (die X‑ und Y‑Positionen) und stabilisieren so das Kristallgitter. Diese Anordnung führt zu zwei deutlich ausgeprägten Spaltflächen, die nahezu im rechten Winkel (≈90°) zueinander stehen — ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu Amphibolen (mit Spaltwinkeln ≈56°/124°).

Chemische Zusammensetzung und Hauptendglieder

Die X‑Position wird meist von größeren Kationen wie Ca, Na, Fe²⁺, Mg oder Mn besetzt, die Y‑Position von kleineren Kationen wie Mg, Fe²⁺, Fe³⁺, Al oder Cr. Wichtige Endglieder sind:

• Enstatit (Mg2Si2O6) und Ferrosilit (Fe2Si2O6) — bilden zusammen die Orthopyroxen‑Solidlösung (OPX).
• Diopsid (CaMgSi2O6) und Hedenbergit (CaFeSi2O6) — typische Clinopyroxene (CPX).
• Jadeit (NaAlSi2O6) und Aegirin (NaFe³⁺Si2O6) — natriumreiche Pyroxene.

Viele natürliche Pyroxene sind Mischkristalle (Solidlösungen) zwischen diesen Endgliedern, z. B. augit (heterogene Zusammensetzung mit Ca, Na, Mg, Fe) oder pigeonite (niedriger Ca‑Gehalt, häufig in basischen Vulkaniten).

Haupttypen und kristallographische Unterschiede

• Orthopyroxene (OPX): orthorhombisch, meist Mg‑Fe‑reich (Enstatit–Ferrosilit). Häufig in ultramafischen Gesteinen und granulitfaziellen Metamorphiten.
• Clinopyroxene (CPX): meist monoklin (z. B. Diopsid–Hedenbergit‑Reihe), treten in mafischen bis ultramafischen Gesteinen sowie in metasomatischen und hochgradig metamorphen Gesteinen auf.

Physikalische und optische Kennzeichen

• Spaltbarkeit: zwei Richtungen nahe 90°.
• Kristallform: prismatisch, körnig bis massig.
• Härte: etwa 5–6 (Mohs).
• Dichte: typischerweise 3,2–3,9 g/cm³, abhängig vom Fe‑/Mg‑Gehalt.
• Optik (Dünnschliff): unterschiedlich starke Pleochroie, markante Extinktionswinkel, Interferenzfarben variierend mit Zusammensetzung; diese Merkmale sind wichtig in der petrographischen Bestimmung.

Vorkommen und geologische Bedeutung

Pyroxene sind typische Minerale in maficen und ultramafischen magmatischen Gesteinen wie Basalten, Gabbros und Peridotiten. Sie treten aber auch in metamorphen Gesteinen gehobener Temperaturgrade auf — z. B. als omphacit oder diopsid in Eklogiten und als Orthopyroxen und Clinopyroxen in Granuliten. Darüber hinaus sind Pyroxene häufig in meteoritischen und extraterrestrischen Gesteinen (Mond‑ und Marsgesteine) vorhanden.

Der Begriff Pyroxenit bezeichnet dagegen ein überwiegend aus Pyroxenen bestehendes, meist ultramafisches und plutonisches Gestein (nicht primär vulkanisch). Pyroxenite entstehen oft als cumulate in Magmakammern oder als Bestandteil des Erdmantels und können wirtschaftlich bedeutende Konzentrationen von Metallen wie Cr, Ni oder Co halten.

Petrologische Anwendung

Pyroxene sind wichtige Indikatoren in der Petrologie: Ihre chemische Zusammensetzung liefert Hinweise auf Bildungstemperatur, Druck und die chemische Umgebung der Gesteinsentstehung. Spezielle pyroxenbezogene Thermometer und Barometer (z. B. Zwei‑Pyroxen‑Thermometer) werden zur Rekonstruktion magmatischer bzw. metamorpher Bedingungen genutzt. Die Fe3+/Fe2+‑Verteilung kann zudem Rückschlüsse auf die Sauerstoffaktivität (fO2) geben.

Besondere Erscheinungsformen und Verwendung

Einige Pyroxene haben wirtschaftlichen oder kulturellen Wert: Jadeit (ein natrium‑reiches Pyroxen) ist als Jade geschätzt; Pyroxenit‑Vorkommen können Erzminerale führen. In der Geowissenschaft sind Pyroxene vor allem wegen ihrer Aussagekraft für die Entstehungsbedingungen von Gesteinen von großem Interesse.

Zusammenfassend sind Pyroxene vielseitige, strukturell einheitliche, aber chemisch variable Insilikatmineralien, die zentrale Rollen in magmatischen, metamorphischen und sogar extraterrestrischen Prozessen spielen.

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