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地球行星/6h. 鲍文反应系列

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地球岩石的分布

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诺曼·L·鲍文于1907年驾驶他的独木舟划过魁北克和安大略省加拿大边界附近茂密的拉德湖,那里是哈德逊湾以南人口稀少的荒野地区。该地区的岩石是北美最古老的岩石之一,是北美克拉通的一部分,其中散布着更新的火山岩,这表明该地区可能蕴藏着丰富的金银矿藏。鲍文受雇于安大略省矿业局,当时他还是一名年轻的学生。在夏季独自进行野外考察期间,鲍文学会了通过矿物识别来解读岩石,并对岩石进行命名分类,并寻找该地区的采矿区域。他在野外观察矿物在岩石中分布方式的经历为他的一生打下了基础,即使后来他将自己投入到实验室实验中,通过加热和熔化矿物来了解它们是如何变成液体以及它们是如何冷却成晶体的。这些研究和实验深刻地揭示了岩石是如何在不同矿物成分方面变得富集和贫乏的。他毕生的工作清楚地解释了为什么位于中洋脊附近的大洋地壳是镁铁质的,而大陆地壳是长英质的。

鲍文反应系列

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鲍文反应系列,显示了各种矿物的熔点。这些熔点解释了地球岩石圈中大洋地壳和大陆地壳是如何被划分成富含长英质和镁铁质矿物的岩石的。

如今,鲍文提出的鲍文反应系列是一张图表,说明了各种矿物在不同温度下如何熔化。如果我们将地球的岩石循环视为地球上固体物质持续熔化和凝固的过程,随着时间的推移,在较低温度下熔化的矿物会“漂浮”在地表附近,而仅在非常高的温度下熔化的矿物会“沉”入地球内部。地球外壳的这种分异导致了观察到的在大陆地壳中发现的长英质矿物(石英、正长石、钠长石和白云母),而镁铁质矿物则被限制在海洋地壳(钙长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石)。解决方案是长英质矿物在较低温度下熔化,而镁铁质矿物会保持固态,因此会沉入地球岩浆的深处。随着时间的推移,随着岩石循环的持续过程,地球大陆将变得更加富含这些长英质矿物,尤其是石英,而地球的内部将变得更加富含镁铁质矿物,尤其是橄榄石。在中洋脊沿线由火山活动不断产生的非常年轻的岩石位于世界海洋底部,岩浆富含镁铁质矿物,需要高温才能熔化。学生们常常错误地认为海洋地壳是只存在于海洋下面的地壳,但这种镁铁质岩石在化学和物理上与大陆上发现的大部分大陆岩石截然不同,大陆岩石异常富含长英质矿物。奇怪的是,我们每天在地球大陆上拾起的岩石在矿物学和化学成分上与海底发现的岩石根本不同。

斜长石

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鲍文的一个重要发现是斜长石在升温过程中的熔化方式。斜长石实际上是长石族中的一系列矿物,它们呈现白色到蓝色,包括两个端元,钠长石 (NaAlSi3O8) 含有钠,钙长石 (CaAlSi3O8) 含有钙。钠长石的熔点低于钙长石,因此岩石中钠长石和钙长石的百分比可以揭示两种矿物部分熔化的历史,以及岩石是如何随着时间的推移而变得富含某一种矿物的。岩浆深处的岩石会富含钙长石,而浅层地壳和较冷岩浆中的岩石会富含钠长石。两种矿物的比例可以揭示岩浆内部的熔化温度。

地球地壳的分异

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大陆富含长英质的岩石和大洋地壳富含镁铁质的岩石。

鲍文反应系列为我们提供了重要的视角,了解长英质矿物和镁铁质矿物是如何在地球漫长的历史中逐渐分异的,形成固态富含长英质的大陆克拉通,漂浮在镁铁质成分不断增加的岩浆之上。地球大陆的形成过程是长英质地壳在镁铁质大洋地壳的海洋中不断累积在这些漂浮的固体岛屿上的漫长历史,这些大洋地壳在中洋脊不断形成并在俯冲带不断消亡。一个不断地将这些漂浮的长英质大陆板块在地球漫长的历史中移动的岩石循环,这是板块构造的结果。

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g. 常见岩石识别。

h. 鲍文反应系列。

i. 地球表面过程:沉积岩和沉积环境。

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