De Bowen Reaction-serie in de geologie

De Bowen-reactieserie is een beschrijving van hoe de mineralen van Magma veranderen terwijl ze afkoelen. Ter ondersteuning van zijn graniettheorie voerde de petroloog Norman Bowen (1887-1956) tientallen jaren smeltende experimenten uit. Hij ontdekte dat mineralen als een basaltische smelt langzaam afkoelden, kristallen in een bepaalde volgorde vormden. Bowen werkte er twee sets van uit, die hij de discontinue en continue reeks noemde in zijn artikel uit 1922 'Het reactieprincipe in petrogenese'.

De reactiereeks van Bowen

De discontinue reeks begint met olivijn, vervolgens pyroxeen, amfibool en biotiet. Wat dit een "reactieserie" maakt in plaats van een gewone serie, is dat elk mineraal in de serie wordt vervangen door het volgende als de smelt afkoelt. Zoals Bowen het uitdrukte: "Het verdwijnen van mineralen in de volgorde waarin ze verschijnen ... is van de essentie van de reactieserie." Olivijn vormt kristallen, dan reageert het met de rest van het magma zoals pyroxeen op zijn kosten vormt. Op een gegeven moment wordt alle olivijn geresorbeerd en bestaat alleen pyroxeen. Vervolgens reageert pyroxeen met de vloeistof terwijl amfiboolkristallen deze vervangen en biotiet vervangt vervolgens amfibool.

De doorlopende serie is plagioclase veldspaat. Bij hoge temperaturen vormt zich de calciumrijke variëteit anorthiet. Als de temperatuur daalt, wordt het vervangen door meer natriumrijke variëteiten: bytownite, labradoriet, andesine, oligoclase en albite. Terwijl de temperatuur blijft dalen, worden deze twee series samengevoegd en kristalliseren meer mineralen in deze volgorde: alkali veldspaat, muscoviet en kwarts.

Een kleine reeks reacties betreft de spinelgroep mineralen: chromiet, magnetiet, ilmeniet en titaniet. Bowen plaatste ze tussen de twee hoofdreeksen.

Andere delen van de serie

De complete serie is niet in de natuur te vinden, maar veel stollingsgesteenten vertonen delen van de serie. De belangrijkste beperkingen zijn de toestand van de vloeistof, de koelsnelheid en de neiging van minerale kristallen om te bezinken onder zwaartekracht:

1. Als de vloeistof uit een element komt dat nodig is voor een bepaald mineraal, wordt de reeks met dat mineraal onderbroken.
2. Als het magma sneller afkoelt dan de reactie kan doorgaan, kunnen vroege mineralen in gedeeltelijk geresorbeerd vorm blijven bestaan. Dat verandert de evolutie van het magma.
3. Als kristallen kunnen stijgen of zinken, reageren ze niet meer met de vloeistof en stapelen ze zich ergens anders op.

Al deze factoren beïnvloeden het verloop van de evolutie van een magma - zijn differentiatie. Bowen was ervan overtuigd dat hij kon beginnen met basaltmagma, het meest voorkomende type, en elk magma bouwen met de juiste combinatie van de drie. Maar mechanismen die hij heeft verdisconteerd - magma mixen, assimilatie van country rock en het smelten van crustal rocks - om nog maar te zwijgen over het hele systeem van platentektoniek dat hij niet voorzag, zijn veel belangrijker dan hij dacht. Tegenwoordig weten we dat zelfs de grootste lichamen van basaltmagma nog lang genoeg zitten om helemaal tot graniet te differentiëren.