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鮑文反應原理

鮑文反應原理是上世紀20年代由加拿大人鮑文(Norman Levi Bowen,1887~1956)提出來的。鮑文畢生從事實驗巖石學研究,認為用玄武質巖漿的結晶分異作用可以解釋全球幾乎所有火成巖的形成。1928年鮑文在其經典的《火成巖的演化》壹書中指出,壹個地區在特定時期侵入的(從鎂鐵質到長英質)多種多樣的巖石,其礦物成分或化學成分總是會顯示某種相似性,於是通常認為它們之間有著***同的成因聯系,由此他引伸出了分異作用的概念。從此,現代巖漿巖巖石學在相當大的程度上就是圍繞這壹科學命題展開的(引自馬昌前等,2003)。鮑文認為,隨著巖石中SiO2含量的增加,巖石將由玄武巖演化為安山巖、英安巖、流紋巖(相應的侵入巖由輝長巖-閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖),其中的暗色礦物由橄欖石-輝石-角閃石-黑雲母,是壹種反應關系(圖13.7,引自都城秋穗和久城育夫,1984)。他還指出,地球上火成巖具有多樣性的原因是由於巖漿具有上述反應關系造成的(Bowen,1921,1928)。都城秋穗和久城育夫(1984)認為,火成巖的多樣性不能僅歸因於結晶分異作用或壹般的分異作用,原生巖漿的多樣性應當起了更大的作用。

鮑文對玄武質巖漿的實驗研究表明,先期結晶的礦物在物理化學條件改變之後將會不穩定,與熔漿反應形成新的礦物;晶出的礦物如果與殘余熔漿之間存在密度差,礦物晶體將有可能離開熔漿下沈或上浮形成堆晶層或單礦物巖;由於礦物相之間是反應關系而非***結關系,因而發生結晶分離作用是可能的。

玄武質巖漿不可能演化為中酸性巖漿,鮑文反應系列不可能是連續的。例如,從薄片中我們可以觀察到橄欖石被輝石交代、輝石被角閃石交代、角閃石被黑雲母交代的現象,說明隨著溫度的降低(以及水的帶入),礦物發生了反應,成分發生了變化。正是由於橄欖石和輝石是玄武巖(輝長巖)的主要造巖礦物、角閃石是安山巖(閃長巖)的主要造巖礦物,黑雲母和白雲母是流紋巖(花崗巖)的主要造巖礦物,因此,鮑文把上述反應與巖漿成分的變化聯系起來,認為隨著溫度的變化和礦物依次的替代關系,相應的巖漿可以從玄武巖轉變為安山巖和流紋巖(圖13.7)。問題是,上述反應壹段壹段看是合理的,但是,連續的變化不可能,野外天然實驗室見不到從玄武巖演化為安山巖接著演化為英安巖和流紋巖的實例。因為,從玄武巖-安山巖-英安巖-流紋巖,包括了兩類完全不同的成因:(1)玄武巖或玄武巖+部分安山玄武巖(或+部分安山巖)是地幔部分熔融的;(2)安山巖-英安巖-流紋巖是地殼部分熔融的產物(圖13.7)。雖然幔源巖漿和殼源巖漿可以有SiO2重疊的區間(圖13.8),但是,幔源的巖石不可能與殼源的巖石組成壹個連續的演化系列則是顯而易見的,盡管在某些條件下它們可以發生某種程度的混合作用(見本書第12章)。

鮑文無疑是壹位偉大的地質學家,對於現代地質學有突出的貢獻,但是,他的鮑文反應原理中的錯誤的部分不應當再使用了。

圖13.8 幔源和殼源物質部分熔融形成巖漿的SiO2範圍