鲍文,鲍文反应原理
鲍文反应原理是上世纪20年代由加拿大人鲍文(Norman Levi Bowen,1887~1956)提出来的。鲍文毕生从事实验岩石学研究,认为用玄武质岩浆的结晶分异作用可以解释全球几乎所有火成岩的形成。1928年鲍文在其经典的《火成岩的演化》一书中指出,一个地区在特定时期侵入的(从镁铁质到长英质)多种多样的岩石,其矿物成分或化学成分总是会显示某种相似性,于是通常认为它们之间有着共同的成因联系,由此他引伸出了分异作用的概念。从此,现代岩浆岩岩石学在相当大的程度上就是围绕这一科学命题展开的(引自马昌前等,2003)。鲍文认为,随着岩石中SiO2含量的增加,岩石将由玄武岩演化为安山岩、英安岩、流纹岩(相应的侵入岩由辉长岩-闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩),其中的暗色矿物由橄榄石-辉石-角闪石-黑云母,是一种反应关系(图13.7,引自都城秋穗和久城育夫,1984)。他还指出,地球上火成岩具有多样性的原因是由于岩浆具有上述反应关系造成的(Bowen,1921,1928)。都城秋穗和久城育夫(1984)认为,火成岩的多样性不能仅归因于结晶分异作用或一般的分异作用,原生岩浆的多样性应当起了更大的作用。
鲍文对玄武质岩浆的实验研究表明,先期结晶的矿物在物理化学条件改变之后将会不稳定,与熔浆反应形成新的矿物;晶出的矿物如果与残余熔浆之间存在密度差,矿物晶体将有可能离开熔浆下沉或上浮形成堆晶层或单矿物岩;由于矿物相之间是反应关系而非共结关系,因而发生结晶分离作用是可能的。
玄武质岩浆不可能演化为中酸性岩浆,鲍文反应系列不可能是连续的。例如,从薄片中我们可以观察到橄榄石被辉石交代、辉石被角闪石交代、角闪石被黑云母交代的现象,说明随着温度的降低(以及水的带入),矿物发生了反应,成分发生了变化。正是由于橄榄石和辉石是玄武岩(辉长岩)的主要造岩矿物、角闪石是安山岩(闪长岩)的主要造岩矿物,黑云母和白云母是流纹岩(花岗岩)的主要造岩矿物,因此,鲍文把上述反应与岩浆成分的变化联系起来,认为随着温度的变化和矿物依次的替代关系,相应的岩浆可以从玄武岩转变为安山岩和流纹岩(图13.7)。问题是,上述反应一段一段看是合理的,但是,连续的变化不可能,野外天然实验室见不到从玄武岩演化为安山岩接着演化为英安岩和流纹岩的实例。因为,从玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩,包括了两类完全不同的成因:(1)玄武岩或玄武岩+部分安山玄武岩(或+部分安山岩)是地幔部分熔融的;(2)安山岩-英安岩-流纹岩是地壳部分熔融的产物(图13.7)。虽然幔源岩浆和壳源岩浆可以有SiO2重叠的区间(图13.8),但是,幔源的岩石不可能与壳源的岩石组成一个连续的演化系列则是显而易见的,尽管在某些条件下它们可以发生某种程度的混合作用(见本书第12章)。
鲍文无疑是一位伟大的地质学家,对于现代地质学有突出的贡献,但是,他的鲍文反应原理中的错误的部分不应当再使用了。
图13.8 幔源和壳源物质部分熔融形成岩浆的SiO2范围
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