地球行星/6h. 鮑文反應系列
諾曼·L·鮑文 在1907年,駕駛著他的獨木舟,穿過位於加拿大魁北克省和安大略省邊界附近的茂密森林的拉德湖。這是一個位於哈德遜灣以南人口稀少的荒野地區,這裡的岩石是北美最古老的岩石之一,是北美大陸的一部分,散佈著更新的火山岩,這使得該地區有可能蘊藏著豐富的金銀礦藏。鮑文被安大略省礦業局聘用,當時他還是一名年輕的學生,受僱於探索這一地區。在夏季獨自一人進行野外考察期間,鮑文學會了透過識別礦物來辨認岩石,對岩石名稱進行分類,並尋找該地區的採礦區域。他在野外觀察礦物在岩石中分佈方式的經驗,奠定了他的餘生,即使他後來將自己的職業生涯投入到實驗室實驗中,涉及礦物的加熱和熔化,以瞭解它們是如何變成液態以及如何冷卻成晶體的。這些研究和實驗,使人們對岩石如何富集和貧乏不同的礦物成分有了深刻的瞭解。他畢生的工作清楚地解釋了為什麼靠近洋中脊的海洋地殼是鎂鐵質的,而大陸地殼是長英質的。

如今,鮑文提出的反應系列是一個圖表,說明了各種礦物在不同溫度下是如何熔化的。如果我們將地球的岩石迴圈視為地球上固體物質持續熔化和凍結的過程,隨著時間的推移,在較低溫度下熔化的礦物將“漂浮”在地表附近,而只有在非常高的溫度下才會熔化的礦物會“沉”入地球內部。地球外殼的這種分異導致了在大陸地殼中觀察到的長英質礦物(石英、正長石、鈉長石和白雲母),而鎂鐵質礦物則被限制在海洋地殼中(鈣長石、黑雲母、角閃石、輝石、橄欖石)。原因是長英質礦物在較低溫度下熔化,而鎂鐵質礦物將保持固態,因此會沉入地球岩漿更深處。隨著時間的推移,隨著岩石迴圈過程的持續進行,地球大陸將變得富含這些長英質礦物,尤其是石英,而地球內部將變得富含鎂鐵質礦物,尤其是橄欖石。在洋中脊沿線火山活動持續產生的,地球上海洋地板上顯著年輕的岩石,岩漿富含鎂鐵質礦物,需要高溫才能熔化。學生們經常錯誤地認為海洋地殼只是存在於海洋之下的地殼,但這種鎂鐵質岩石在化學和物理性質上與大陸上發現的大部分大陸岩石截然不同,大陸岩石異常富含長英質礦物。令人驚奇的是,我們每天在陸地上拾起的岩石,在礦物學和化學成分上,與海底發現的岩石有著根本的不同。
鮑文的重要發現之一是斜長石隨溫度升高而熔化的過程。斜長石實際上是長石族中的一系列礦物,表現出白色到藍色的顏色,包括兩個端元:鈉長石(NaAlSi3O8)含有鈉,鈣長石(CaAlSi3O8)含有鈣。鈉長石的熔點低於鈣長石,因此岩石中鈉長石和鈣長石的百分比可以揭示這兩種礦物部分熔化的歷史,以及岩石是如何隨著時間的推移而富集或貧化其中一種礦物的。岩漿更深處的岩石將富含鈣長石,而淺層地殼和較冷岩漿中的岩石將富含鈉長石。這兩種礦物的比例可以揭示岩漿內部的熔化溫度。

鮑文反應系列,是瞭解在地球漫長的歷史中,長英質礦物和鎂鐵質礦物是如何分異形成固態的富含長英質的大陸克拉通,漂浮在岩漿之上,岩漿的鎂鐵質成分不斷增加的一個重要視角。地球大陸形成的過程,是富含長英質的地殼,在富含鎂鐵質的海洋地殼海洋中,不斷地吸積到這些漂浮的固體島嶼上的漫長曆史,海洋地殼在洋中脊不斷形成,並在俯衝帶不斷消亡。一個不斷地將這些漂浮的富含長英質的大陸,在地球漫長的歷史中,由於板塊構造運動,在地球表面移動的岩石迴圈。
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