包溫氏反應系列（Bowen’s Reaction Series）

包溫氏反應系列（Bowen’s Reaction Series）
國立臺灣師範大學地球科學系林忠彥碩士生

我們在化學實驗課時，在等待某溶液凝結時，我們都知道熔點較高的物質會先凝結形成，熔點低的物質後凝結形成。在礦物的世界也是如此，礦物從岩漿中生成時也有一定的順序，熔點較高的礦物會先結晶形成，熔點低的礦物後結晶形成。在包溫氏的試驗裡發現，若當有礦物從正在冷卻中的岩漿裡，結晶出來後，如果並未將結晶出的礦物移除，而存放在岩漿裡時，先結晶的礦物會繼續和冷卻中的剩餘岩漿再發生反應，因而產生新的礦物種類。這種作用好像比我們認知的化學實驗課所做的實驗還要複雜許多，先結晶形成的物質還會與剩餘的溶液再反應，形成新的物質。因此包溫氏不斷的試驗，終於將造岩礦物結晶的先後順序列成一張次序表，此次序表也是後人所稱的包溫氏反應系列。

因為包溫氏認為原始的岩漿是玄武岩質，所以在包溫氏的試驗裡是用玄武岩岩漿來做冷卻結晶試驗。試驗中，矽酸鹽類的礦物在玄武岩岩漿冷卻結晶過程時，可以分為兩個系列：一為斜長石連續系列，另一為鐵鎂礦物不連續系列。每一系列在溫度不斷下降的過程裡，先形成的礦物會和剩餘正在冷卻中的岩漿再起反應，形成另一種礦物，這種現象會不斷的在冷卻的過程裡一直發生，因而產生出多種的造岩礦物。在斜長石連續系列，最先凝結結晶的礦物是富含鈣的鈣長石(Anorthite)，隨著冷卻溫度的下降，結晶出來的鈣長石和剩餘正在冷卻中的岩漿再發生作用形成了含鈉較高的倍長石 (Bytownite)，以此類推，結晶出來的倍長石和剩餘正在冷卻中的岩漿再發生作用形成了含鈉更高的斜長石礦物，直到最後形成鈉長石(Albite)，也因為此系列的礦物其化學成分上，隨著冷卻溫度的下降，由富含鈣的斜長石礦物逐漸的被鈉取代，形成富含鈉的斜長石礦物，換句話說，在逐漸冷卻溫度下產生了不同鈣鈉比成分的斜長石礦物，因此稱之為斜長石連續系列。另一系列鐵鎂礦物不連續系列中，最先凝結結晶出來的礦物是橄欖石，隨著冷卻溫度的下降，結晶出來的橄欖石和剩餘正在冷卻中的岩漿再發生作用形成輝石，以此類推，輝石再和剩餘正在冷卻中的岩漿發生再發生作用形成角閃石，角閃石再和剩餘正在冷卻中的岩漿發生作用形成黑雲母，這一系列看起來好像跟斜長石連續系列一樣連續在反應，但為何稱之為不連續系列，主要原因在同一大類的礦物間，如橄欖石類，它們之間是有連續的，由富含鎂的橄欖石隨冷卻溫度下降逐漸轉換成富含鐵的橄欖石。但不同大類之間是不連續的，如橄欖石類和輝石類，形成的礦物其化學成份和結晶構造是截然不同的，所以在特定的溫度下，礦物的形成類型會有很大的轉變，因而稱之為鐵鎂礦物不連續系列。包溫氏反應系列可以解釋很多不同成分火成岩石之間的關係和不同成分的岩漿其溫度的關係，如岩漿分異作用。

參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Bowen%27s_reaction_series
地質學 錢憲和 地球科學文教基金會