Bowen’in Reaksiyon Serisi, farklı yaygın silikat minerallerinin sıvıdan katı faza (veya katıdan sıvıya) değiştiği sıcaklıkları tanımlar. Petrolog Norman Bowen (1887-1956), 1900’lerin başında granit teorisini desteklemek için onlarca yıllık eritme deneyleri yaptı. Bazaltik erimenin yavaş yavaş soğuduğunu ve minerallerin belirli bir sırayla kristaller oluşturduğunu buldu.
Bu reaksiyon serisi, tek bir “ebeveyn magmadan” tüm çeşitli magmatik kayaların Magmatik Farklılaşma ile türetilebileceğini ima eder (aşağıya bakın)
Bowen Reaksiyon Serisi İlkeleri
- Eriyik soğudukça, termodinamik denge içindeki mineraller eriyik ile kristalleşir (çözünme kristalleşmeye eşittir; eğer denge yoksa ya kristalizasyon (süperdoyma) ya da (doygunluk altında) çözünmeye hakim olacaktır).
- Eriyik soğumaya devam ettikçe ve mineraller kristalleştikçe, eriyik bileşimini değiştirecektir.
- Daha önce oluşmuş kristaller bu çözelti ile dengede olmayacak ve yeni mineraller oluşturmak için yeniden çözünecektir. Başka bir deyişle, bu kristaller eriyik ile reaksiyona girerek yeni kristaller oluşturur, dolayısıyla adı reaksiyon serisi.
- Magmatik kayaçların ortak mineralleri, feldispatın sürekli reaksiyon dizisi ve ferromagnezyen minerallerin (olivin, piroksen, hornblend ve biyotit) kesintili bir reaksiyon dizisi olarak iki seri halinde düzenlenebilir.
- Bu reaksiyon dizisi, tüm çeşitli magmatik kayaçların tek bir “ana magmadan” Magmatik Farklılaşma ile elde edilebileceğini ima eder.
Bowen Reaksiyon Serisi için genel olarak konuşursak, daha yüksek sıcaklıktaki mineraller daha yüksek oranda demir ve magnezyum içerir ve bu nedenle mafik olarak kabul edilir. Düşük sıcaklık mineralleri, kompozit spektrumun karşı ucuyla ilişkilidir (demir ve magnezyumda düşük, silikon ve oksijende daha yüksek) ve felsik olarak kabul edilir. Bazı mineraller açıkça mafiktir, bazıları açıkça felsiktir ve bazıları bu iki uç noktanın arasına düşer.
Yaygın mafik mineraller arasında olivin , piroksen , amfibol ve biyotit mika ve plajiyoklaz feldispat bulunur. Yaygın felsik mineraller arasında kuvars, muskovit mika ve ortoklaz feldspat bulunur. Farklı magma bileşimleri açıkça farklı magmatik kayaçlarla sonuçlanır.
Magmatik kayaçlardaki farklılıklara katkıda bulunan bir diğer faktör, magmanın kristalleşmesi için geçen süre ile ilgilidir. Genel olarak, soğutma hızı ne kadar hızlıysa (volkanik kayaçlar için ekstrüzyon yaygınsa), elde edilen mineral taneleri o kadar küçük olur. Daha yavaş bir soğutma geçmişi, daha kaba taneli bir kayaya neden olur.
Ara bileşiklerin magmaları, ara minerallerin kristalleşmesine (aslında orta menzilli minerallerin bir karışımı: amfibol ve her iki feldispat türleri), yaygın magmatik kayaçlar andezit (ekstrüzyon) ve diyorit’a (müdahaleci) neden olur.
Basitçe söylemek gerekirse, bir magma kütlesinde kristalleşen ilk sıcaklıkta bulunan mineraller, Dünya yüzeyindeki en dengesiz minerallerdir ve çok hızlı bir şekilde havaya karışırlar. Öte yandan, düşük sıcaklık mineralleri çok daha kararlıdır çünkü yüzey koşulları oluştukları koşullara çok daha benzerdir.
Bowen Reaksiyon Serisi Tepkisi Sürekli ve Süreksiz
Süreksiz seriler olivin, ardından piroksen, amfibol ve biyotit ile başlar. Bunu sıradan bir seriden ziyade bir “tepkime dizisi” yapan şey, serideki her bir mineralin eriyik soğudukça bir sonraki ile değiştirilmesidir. Bowen’in dediği gibi, “Minerallerin göründükleri sırayla yok olması reaksiyon serisinin özüdür.” Olivin kristaller oluşturur ve bu kristaller daha sonra parodinin geri kalanıyla piroksen formları olarak reaksiyona girer. Belli bir noktada bütün olivin emilir ve sadece piroksen içinde bulunur. Piroksen daha sonra sıvı ile reaksiyona girer ve amfibol kristalleri onun yerini alır ve ardından biyotit amfibinin yerini alır.
Sürekli seri plajiyoklaz feldispattır. Yüksek sıcaklıklarda yüksek kalsiyumlu çeşitlilikte anortit oluşur. Daha sonra sıcaklıklar düştükçe yerini daha çok sodyum bakımından zengin çeşitler alır: bytownit, labradorit, andezin, oligoklaz ve albit. Sıcaklık düşmeye devam ettikçe, bu iki seri birleşir ve bu sırayla daha fazla mineral kristalleşir: Alkali feldispat, muskovit ve kuvars.
Serinin Diğer Parçaları
Dizinin tamamı doğada bulunmaz, ancak birçok magmatik kayaç, dizinin bölümlerini gösterir. Ana sınırlamalar, sıvının durumu, soğuma hızı ve mineral kristallerin yerçekimi altında çökelme eğilimidir:
- Sıvı, belirli bir mineral için gerekli olan bir elementten tükenirse, o minerali içeren seriye son verilir.
- Magma, reaksiyonun devam edebileceğinden daha hızlı soğursa, erken mineraller kısmen absorbe edilmiş formda kalabilir. Bu, magmanın evrimini değiştirir.
- Kristaller yükselebilir veya batabilirse, sıvıyla reaksiyona girmeyi durdurur ve başka yere yerleşir.
Norman L. Bowen kimdir?
Norman Levi Bowen 21 Haziran 1887’de doğdu ve 11 Eylül 1956’da öldü. Kanadalı bir jeologdu. Bowen “deneysel petroloji ve bizim mineral kristalleşme anlayışımız” devrim yarattı. Hakkında Türkçe kaynak az olsa da, jeoloji öğrencileri, Bowen’in farklı minerallerin farklı basınç ve sıcaklıklarda nasıl kristalleştiğini gösteren reaksiyon serisine aşinadır.
