什么是鮑恩反應級數(Bowen's Reaction Series)？
構成地殼的巖石由各種不同化學成分和物理性質的礦物組成。礦物來源于巖漿凝固的火成巖，所含礦物的類型不僅取決于原始巖漿的化學成分，還取決于其溫度、壓力和20世紀初，華盛頓卡內基研究所地球物理實驗室的地質學家諾曼L....
構成地殼的巖石由各種不同化學成分和物理性質的礦物組成。礦物來源于巖漿凝固的火成巖，所含礦物的類型不僅取決于原始巖漿的化學成分，還取決于其溫度、壓力和20世紀初，華盛頓卡內基研究所地球物理實驗室的地質學家諾曼L.鮑恩進行了一系列實驗，旨在確定巖漿中不同礦物的結晶順序。他熔化了火成巖的粉末樣品，然后讓它們冷卻到預定的溫度，這樣他就能觀察到礦物晶體的形成和它們出現的順序。根據這些結果，他編制了后來被稱為鮑恩反應系列的礦物形成序列，這是一個廣泛應用于地質學、巖石學和火山學的礦物形成序列。
當巖漿冷卻時，巖漿中所含的礦物按一定的順序結晶。當熔融巖石迅速冷卻時，礦物就沒有足夠的時間形成晶體，結果變成了非晶玻璃。鮑恩設計的實驗程序就是利用這種現象來"凍結"結晶過程在不同的階段。將巖石樣本放入一個稱為"炸彈"的極其堅固的容器中，并加熱至約2912°F（1600°C），確保所有的材料都會熔化。讓樣品冷卻到一定的溫度，并在這個溫度下保持足夠長的時間，以允許某些礦物發生結晶，然后用水突然冷卻，以便提供該特定階段過程的"快照"已經結晶的礦物被保存下來，而剩下的仍在熔融中的物質凝固成玻璃。通過在不同溫度下重復這一過程，Bowen的反應系列擴大，給出了在2552°F（1，400°C）至1472°F（800°C）。Bowen確定了該系列的兩個不同分支，其區別在于礦物的化學性質，它們在較低的溫度下結合在一起。其中一個，他稱之為連續系列，描述了富含鈉、鈣、鋁和硅的礦物的結晶順序，另一個叫做不連續系列，描述了富含鐵和鎂的礦物的序列，被稱為鎂鐵質礦物。之所以稱之為連續系列，是因為它顯示出隨著溫度降低而形成的礦物成分的平滑轉變。鈣和鈉的相對比例最能說明這一點。當在非常高的溫度下結晶時，結晶物質非常豐富在鈣中，在鈉中含量很低。隨著溫度的降低，鈉與鈣的比例逐漸增加，直到這些比例發生逆轉。在Bowen反應系列的不連續分支中，過程更為復雜。與連續系列一樣，二氧化硅的比例隨著溫度的下降而增加；然而，硅石含量沒有穩定增加，而是有一系列截然不同的礦物：橄欖石、輝石、角閃石和黑云母。橄欖石是第一個結晶的，溫度約為2552°F（1400°C），但隨著溫度的下降，它與仍然熔融的物質發生反應，形成該系列中的下一種礦物，輝石類似的過程將輝石轉化為角閃石，角閃石轉化為黑云母；但是，只有在巖漿中仍有足夠的二氧化硅時，才會發生從一種礦物到另一種礦物的每一種變化。如果巖漿到達地表后很快冷卻，留下橄欖石、輝石和角閃石仍然存在于固化巖石中，正如鮑恩的實驗一樣。在兩個分支匯合的地方，序列繼續進行。剩下的礦物，按二氧化硅含量的增加順序，是正長石-也稱為鉀長石-白云母和石英。總的來說，Bowen的反應系列從鈣、鎂、鐵含量高、鈉和硅含量低的巖石（如玄武巖）到鈣、鎂、鐵含量低、鈉和硅含量高的巖石，如花崗巖。在一個冷卻速度非常慢的地下大型巖漿房中，橄欖石和高鈣斜長石將首先結晶，并通過液態巖漿下沉到洞室底部，然后是序列中的其他礦物，當整個巖體凝固時，花崗巖和類似巖石會留在頂部。這一序列的好例子，從頂部的花崗巖到底部的輝長巖（一種與玄武巖成分相同的粗晶巖石）可以在世界各地的許多地方找到。
當巖漿冷卻時，巖漿中所含的礦物按一定的順序結晶。當熔融巖石迅速冷卻時，礦物就沒有足夠的時間形成晶體，結果變成了非晶玻璃。鮑恩設計的實驗程序就是利用這種現象來"凍結"結晶過程在不同的階段。將巖石樣本放入一個稱為"炸彈"的極其堅固的容器中，并加熱至約2912°F（1600°C），確保所有的材料都會熔化。讓樣品冷卻到一定的溫度，并在這個溫度下保持足夠長的時間，以允許某些礦物發生結晶，然后用水突然冷卻，以便提供該特定階段過程的"快照"已經結晶的礦物被保存下來，而剩下的仍在熔融中的物質凝固成玻璃。通過在不同溫度下重復這一過程，Bowen的反應系列擴大，給出了在2552°F（1，400°C）至1472°F（800°C）。Bowen確定了該系列的兩個不同分支，其區別在于礦物的化學性質，它們在較低的溫度下結合在一起。其中一個，他稱之為連續系列，描述了富含鈉、鈣、鋁和硅的礦物的結晶順序，另一個叫做不連續系列，描述了富含鐵和鎂的礦物的序列，被稱為鎂鐵質礦物。之所以稱之為連續系列，是因為它顯示出隨著溫度降低而形成的礦物成分的平滑轉變。鈣和鈉的相對比例最能說明這一點。當在非常高的溫度下結晶時，結晶物質非常豐富在鈣中，在鈉中含量很低。隨著溫度的降低，鈉與鈣的比例逐漸增加，直到這些比例發生逆轉。在Bowen反應系列的不連續分支中，過程更為復雜。與連續系列一樣，二氧化硅的比例隨著溫度的下降而增加；然而，硅石含量沒有穩定增加，而是有一系列截然不同的礦物：橄欖石、輝石、角閃石和黑云母。橄欖石是第一個結晶的，溫度約為2552°F（1400°C），但隨著溫度的下降，它與仍然熔融的物質發生反應，形成該系列中的下一種礦物，輝石類似的過程將輝石轉化為角閃石，角閃石轉化為黑云母；但是，只有在巖漿中仍有足夠的二氧化硅時，才會發生從一種礦物到另一種礦物的每一種變化。如果巖漿到達地表后很快冷卻，留下橄欖石、輝石和角閃石仍然存在于固化巖石中，正如鮑恩的實驗一樣。在兩個分支匯合的地方，序列繼續進行。剩下的礦物，按二氧化硅含量的增加順序，是正長石-也稱為鉀長石-白云母和石英。總的來說，Bowen的反應系列從鈣、鎂、鐵含量高、鈉和硅含量低的巖石（如玄武巖）到鈣、鎂、鐵含量低、鈉和硅含量高的巖石，如花崗巖。在一個冷卻速度非常慢的地下大型巖漿房中，橄欖石和高鈣斜長石將首先結晶，并通過液態巖漿下沉到洞室底部，然后是序列中的其他礦物，當整個巖體凝固時，花崗巖和類似巖石會留在頂部。這一序列的好例子，從頂部的花崗巖到底部的輝長巖（一種與玄武巖成分相同的粗晶巖石）可以在世界各地的許多地方找到。
- 發表于 2020-09-07 12:26
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