De Cross-Iddings-Pirsson-Washingtonnorm of CIPW-norm is de meestgebruikte norm in de petrologie, een theoretisch model voor de samenstelling van een gesteente. Voor de berekening van de CIPW-norm moet de chemische samenstelling van het gesteente bekend zijn. Deze wordt uitgedrukt in gewichtspercentages van de oxiden van aanwezige elementen. De CIPW-berekening zet de aandelen van de oxiden om in die van een hypothetische set 'normatieve' mineralen. De normatieve mineralen hoeven niet daadwerkelijk in het gesteente aanwezig te zijn. Ze vormen een model voor een gesteente met dezelfde samenstelling dat onder thermodynamisch en mechanisch evenwicht uit magma kristalliseerde.
Achtergrond De CIPW-norm is genoemd naar Whitman Cross, Joseph Iddings, Louis Pirsson en Henry Washington, die de methode van berekening in 1902 publiceerden. Sindsdien is de CIPW-norm algemeen in gebruik gebleven. De berekening kan na invoering van computers sneller worden uitgevoerd. Ook werd het daardoor mogelijk de mineralogie aan de hand van thermodynamisch evenwicht te berekenen.Ghiorso & Sack (1995) De CIPW-norm is echter zo robuust gebleken dat ze meestal vergelijkbare resultaten oplevert.
tot halverwege de 20e eeuw vastgesteld met een lange handmatige berekening aan de hand van een tabel. De opkomst van de computer heeft berekeningen aanzienlijk versneld.
Een bulkgesteentesamenstelling wordt meestal uitgedrukt in de oxiden van maximaal 13 elementen. Afhankelijk van de aanwezige componenten worden CIPW-normen samengesteld uit niet meer dan ongeveer 30 verschillende normatieve mineralen, waarvoor veel in de natuur voorkomende, gesteentevormende of aanvullende mineralen met een eenvoudige empirische formule genomen zijn. Verder zijn er onder de normatieve mineralen alleen eindleden van een vaste oplossing, en geen gehydrateerde mineralen.
Veel van de oxiden van een bulkgesteentesamenstelling komen echter in meerdere van normatieve mineralen voor. Het oxide van natrium (Na2O) kan bijvoorbeeld in albiet (NaAlSi3O8, plagioklaas) als nefelien (NaAlSiO4), veldspaatvervanger) voorkomen, en deze twee mineralen kunnen samen in de CIPW-norm van een gesteente voorkomen. De verdeelsleutel vormt de kern van het CIPW-model. Aan welk normatief mineraal een component toegekend wordt is gebaseerd op observatie van in de natuur voorkomend gesteente. De mineraalsamenstelling is het gevolg van de thermodynamische eigenschappen van de mineralen, bijvoorbeeld welk mineraal als eerste kristalliseert in een magma. De kracht van de CIPW-norm blijkt uit het feit dat het resultaat sterk overeenkomt met thermodynamische modellen die de evenwichtssamenstelling berekenen.
De CIPW-norm kan niet direct met de modale samenstelling van het gesteente, de daadwerkelijk aanwezige mineralen, vergeleken worden. De modale samenstelling wordt namelijk in volumepercentages berekend terwijl de norm uit gewichtspercentages bestaat. Om de twee te vergelijken wordt voor elk normatief mineraal het percentage door de soortelijke massa gedeeld. Die omrekening is ook nodig voor het classificeren van gesteente omdat gesteentenamen gedefinieerd zijn op basis van de volumeverhouding tussen mineralen.
Berekening De CIPW-norm kijkt naar het gesteente in zijn ongehydrateerde staat. Het oxide van waterstof (H2O) in de bulkgesteentesamenstelling wordt daarom niet meegenomen in de berekening. De overige oxiden worden opgeteld en genormaliseerd tot 100%.
Omdat ijzer in twee oxidatietoestanden voorkomt (Fe2+ en Fe3+) kan onduidelijk zijn in welk oxide het element zit. De verdeling over Fe2O3 en FeO heeft sterke invloed op de silicaverzadiging van de norm. Voor deze ratio Fe2O3/FeO kan het getal 0,15 worden genomen (oftewel de ratio Fe3+/Fe2+ = 0,30), dat overeenkomt met natuurlijk gesteente.
Als er in de bulkgesteentesamenstelling nikkel (NiO) en mangaan (MnO) aanwezig is, wordt dit gehalte bij dat van FeO opgeteld. Op dezelfde manier worden SrO en BaO bij CaO opgeteld. De reden is dat nikkel in de praktijk in de kristalroosters ijzer vervangt, en strontium en barium hetzelfde doen met calcium. Er blijven dan 13 oxiden over.
De berekening van de CIPW lijkt een lang proces, maar in de praktijk valt dit voor het meeste gesteente behoorlijk mee. Er is bovendien verschillende software beschikbaar om de berekening snel uit te voeren.
Normatieve mineralen De volgende lijst toont welk mineralen in de CIPW-norm voorkomen. Omdat de CIPW-norm van 'droog' gesteente uitgaat, ontbreken vergeleken met modale mineralen de hydraten en hydroxiden. Mica's en mineralen die bij diagenese of verwering vormen, zoals kleimineralen, komen daarom niet in de norm voor.
mineraal symbool empirische formule formule in oxiden gewichtspercentage per molData uit Philpotts & Ague (2022), uitgezonderd voor cs - voor dit getal Best (2003)kwarts Q SiO2 SiO2 60,09 [SiO2]korund C Al2O3 Al2O3 101,96 [Al2O3]zirkoon Z ZrSiO4 ZrO2•SiO2 183,31 [ZrO2]fluoriet fr CaF2 - 39,04 [F]pyriet pr FeS2 - 59,98 [S]orthoklaas or KAlSi3O8 K2O•Al2O3•6SiO2 556,67 [K2O]albiet ab NaAlSi3O8 Na2O•Al2O3•6SiO2 524,46 [Na2O]anorthiet an CaAl2Si2O8 CaO•Al2O3•2SiO2 278,21 [CaO]acmiet ac Na2Fe2Si4O6 Na2O•Fe2O3•4SiO2 462,02 [Na2O]natriummetasilicaat ns Na2SiO3 Na2O•SiO2 122,07 [Na2O]kaliummetasilicaat ks K2SiO3 K2O•SiO2 154,3 [K2O]calciumorthosilicaat cs Ca2SiO4 2CaO•SiO2 86,12 [CaO]chromiet cm FeCr2O4 FeO•Cr2O3 223,84 [Cr2O3]magnetiet mt Fe3O4 FeO•Fe2O3 231,54 [FeO]hematiet hm Fe2O3 Fe2O3 159,69 [Fe2O3]ilmeniet il FeTiO3 FeO•TiO2 151,75 [TiO2]titaniet (sfeen) tn CaTiSiO5 CaO•TiO2•SiO2 196,07 [TiO2]rutiel ru TiO2 TiO2 79,90 [TiO2]calciet cc CaCO3 CaO•CO2 100,09 [CO2]apatiet ap Ca5(PO4)3F 9CaO•3P2O3•F2O 336,21 [P2O3]diopsied di (en/fs) Ca(Mg,Fe)Si2O6 CaO•(Mg,Fe)O•SiO2 (116,17 + 0,7609(MgO/FeO)) [(Mg,Fe)O]wollastoniet wo CaSiO3 CaO•SiO2 116,17 [CaO]hyperstheen hy (en/fs) (Mg,Fe)2Si2O6 (Mg,Fe)O•SiO2 0,7609(MgO/FeO) [(Mg,Fe)O]olivijn ol (fo/fa) (Mg,Fe)2SiO4 2(Mg,Fe)•SiO2 0,6905(MgO/FeO) [(Mg,Fe)O]perovskiet pf CaTiO3 CaO•TiO2 135,98 [TiO2]leuciet lc KAlSi2O6 K2O•Al2O3•4SiO2 436,50 [K2O]nefelien ne NaAlSiO4 Na2O•Al2O3•2SiO2 284,11 [Na2O]kaliofilliet kp KAlSiO4 K2O•Al2O3•2SiO2 316,33 [K2O]
CIPW-norm voor silicaverzadigd gesteente De oxiden van het bulkgesteente worden in opeenvolgende stappen over de normatieve mineralen verdeeld. Daarbij is van belang de stappen in de correcte volgorde te volgen. De 'gewone' berekening gaat uit van silicaverzadigd gesteente, waarin zoveel silica (SiO2) zit dat het na de verdeling van de andere oxiden nog steeds over is. In de laatste stap wordt het overgebleven silica in normatief kwarts omgezet.
Niet alle gesteente heeft een dergelijk overschot aan silica. Bij silica-onderverzadigd gesteente moet op de berekening van de CIPW-norm na afloop nog een correctie worden uitgevoerd. Daarbij worden sommige 'voorlopige' normatieve mineralen omgezet in andere, die minder silica bevatten. Een 'voorlopig' mineraal wordt met een apostrof (') aangemerkt.
Normatief chromiet, zirkoon, zwavel, apatiet, fluoriet en calciet Chroom (Cr2O3) gaat in de CIPW-norm in het mineraal chromiet (cm) zitten. Bij aanwezigheid van chroom moet FeO verlaagd worden met het molair aandeel van Cr2O3. Zirkonium (ZrO2) wordt aan het mineraal zirkoon (Z) gegeven. Daarbij wordt SiO2 met dezelfde hoeveelheid verminderd. Als er zwavel (in een bulkgesteentesamenstelling weergegeven als S) aanwezig is, wordt dit in normatief pyriet (pr) gestopt, en de hoeveelheid FeO wordt verlaagd met 0,5 S. Fosfor (uitgedrukt als P2O5) gaat in apatiet (ap) zitten. Daarbij wordt CaO verminderd met 3,33 P2O5. Overgebleven fluor (vaak simpelweg als F weergegeven, maar om het totaal aan zuurstof rond de 100% te houden is F2O beter) komt bij normatief fluoriet (fr). Daarbij moet CaO met 0,5 F worden verlaagd. Koolstof (in CO2) gaat in calciet (cc) zitten. Daarbij wordt CaO met dezelfde hoeveelheid verminderd.
Normatief veldspaat en ijzer- en titaniumoxiden Kalium (K2O) wordt gebruikt om er voorlopig orthoklaas (or') van te maken. Daarbij wordt Al2O3 met het molair gehalte K2O verminderd en SiO2 met 6 K2O. Als er te weinig Al2O3 is om alle K2O te gebruiken wordt van het overgebleven K2O kaliummetasilicaat (ks) gemaakt. Dit komt alleen voor bij relatief zeldzaam peralkalien gesteente. Overgebleven aluminium (Al2O3) wordt met dezelfde hoeveelheid Na2O voorlopig aan het mineraal albiet toegekend (ab'). Daarbij wordt SiO2 verminderd met 6 Al2O3. Als er te weinig Na2O was om alle aluminium aan albiet toe te kennen, wordt de daarna overgebleven hoeveelheid Al2O3 aan het mineraal anorthiet (an) gegeven. Daarbij wordt het overgebleven CaO2 met dezelfde hoeveelheid verminderd. Titanium (TiO2) wordt aan het mineraal ilmeniet (il) toegekend. Daarbij wordt FeO verminderd met het molaire aandeel TiO2. Als daarna nog TiO2 over is wordt dit (voorlopig) aan het mineraal titaniet (tn') toegekend. Daarbij wordt een gelijke hoeveelheid CaO gebruikt. Als er onvoldoende CaO over is om alle TiO2 te gebruiken, gaat het overgebleven TiO2 naar het mineraal rutiel (ru). Als na voorgaande stappen geen Al2O3 over is maar wel Na2O, wordt de laatste aan het mineraal acmiet (ac) toegekend. Daarbij wordt Fe2O3 met dezelfde hoeveelheid verminderd, en SiO2 met vier maal dezelfde hoeveelheid verminderd. Als na al deze stappen nog steeds Al2O3 over is wordt dit aan korund (C) toegekend. Dit gebeurt alleen bij peralumineus gesteente. In het uitzonderlijke geval dat er nog steeds Na2O over is, wordt dit in natriummetasilicaat (ns) gestopt. Overgebleven Fe2O3 wordt aan het mineraal magnetiet (mt) toegekend. Daarbij wordt een gelijke hoeveelheid FeO gebruikt. Als er onvoldoende FeO is om alle Fe2O3 te gebruiken, gaat het overgebleven Fe2O3 naar het mineraal hematiet (hm).
Normatief pyroxeen Na deze stappen overgebleven MgO en FeO gaat in pyroxeen (of olivijn) zitten. Deze twee oxiden worden daarbij samen genomen. Hun verhouding (FeO/MgO) komt tot uiting in de verhouding tussen forsteriet (Mg-olivijn) en fayaliet (Fe-olivijn). Overgebleven CaO wordt aan voorlopig diopsied (di') toegekend. Daarbij wordt een gelijke hoeveelheid FeO+MgO gebruikt, en wordt SiO2 met 2 CaO verminderd. Als er CaO overgebleven is, gaat dit in voorlopig wollastoniet (wo') zitten. Daarbij wordt een gelijke hoeveelheid SiO2 gebruikt. Als er FeO+MgO over is, wordt hiervan voorlopig hyperstheen (hy') gemaakt. Daarbij wordt SiO2 met een gelijke hoeveelheid als MgO+FeO verminderd. De verhouding Mg/Fe in normatief hyperstheen dient dezelfde te zijn als de eerder berekende verhouding FeO/MgO. Als na al deze stappen SiO2 groter is dan 0, is het gesteente verzadigd in silica. Het overgebleven SiO2 wordt dan toegekend aan kwarts (Q). Daarmee is de berekening compleet.
Correctie bij een tekort aan silica Als na de voorgaande stappen SiO2 kleiner is dan 0 was er te weinig silica in het gesteente aanwezig om de eerder berekende normatieve mineralen te vormen. Sommige mineralen (met name veldspaat en pyroxeen) moeten dan worden omgerekend naar mineralen die minder silica bevatten. Het tekort aan silica wordt weergegeven met de letter D. Het omzetten van mineralen gaat met zeven opeenvolgende stappen. Als het silicatekort volledig kan worden opgevangen na een aantal van die stappen hoeven de verdere stappen niet doorlopen te worden.
Eerst wordt hyperstheen (hy') naar voorlopig olivijn (ol') omgezet. De op die manier berekende hoeveelheid olivijn is gelijk aan D (ol' = D) en de hoeveelheid hyperstheen (hy) is gelijk aan hy = hy' - 2D. In zowel hyperstheen als olivijn dient FeO/MgO gelijk te zijn aan de eerder berekende verhouding. Daarna is het silicatekort verdwenen (D1 = 0) en is de berekening klaar. Als D > hy'/2 wordt geen normatief hyperstheen gemaakt; alle voorlopige hyperstheen wordt dan omgezet in olivijn (ol' = hy') en het silicatekort na deze stap wordt D1 = D - hy'/2.