地球行星/6h. 鲍文反应系列
诺曼·L·鲍文 在1907年,驾驶着他的独木舟,穿过位于加拿大魁北克省和安大略省边界附近的茂密森林的拉德湖。这是一个位于哈德逊湾以南人口稀少的荒野地区,这里的岩石是北美最古老的岩石之一,是北美大陆的一部分,散布着更新的火山岩,这使得该地区有可能蕴藏着丰富的金银矿藏。鲍文被安大略省矿业局聘用,当时他还是一名年轻的学生,受雇于探索这一地区。在夏季独自一人进行野外考察期间,鲍文学会了通过识别矿物来辨认岩石,对岩石名称进行分类,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验,奠定了他的余生,即使他后来将自己的职业生涯投入到实验室实验中,涉及矿物的加热和熔化,以了解它们是如何变成液态以及如何冷却成晶体的。这些研究和实验,使人们对岩石如何富集和贫乏不同的矿物成分有了深刻的了解。他毕生的工作清楚地解释了为什么靠近洋中脊的海洋地壳是镁铁质的,而大陆地壳是长英质的。
如今,鲍文提出的反应系列是一个图表,说明了各种矿物在不同温度下是如何熔化的。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冻结的过程,随着时间的推移,在较低温度下熔化的矿物将“漂浮”在地表附近,而只有在非常高的温度下才会熔化的矿物会“沉”入地球内部。地球外壳的这种分异导致了在大陆地壳中观察到的长英质矿物(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中(钙长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石)。原因是长英质矿物在较低温度下熔化,而镁铁质矿物将保持固态,因此会沉入地球岩浆更深处。随着时间的推移,随着岩石循环过程的持续进行,地球大陆将变得富含这些长英质矿物,尤其是石英,而地球内部将变得富含镁铁质矿物,尤其是橄榄石。在洋中脊沿线火山活动持续产生的,地球上海洋地板上显著年轻的岩石,岩浆富含镁铁质矿物,需要高温才能熔化。学生们经常错误地认为海洋地壳只是存在于海洋之下的地壳,但这种镁铁质岩石在化学和物理性质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。令人惊奇的是,我们每天在陆地上拾起的岩石,在矿物学和化学成分上,与海底发现的岩石有着根本的不同。
鲍文的重要发现之一是斜长石随温度升高而熔化的过程。斜长石实际上是长石族中的一系列矿物,表现出白色到蓝色的颜色,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这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富集或贫化其中一种矿物的。岩浆更深处的岩石将富含钙长石,而浅层地壳和较冷岩浆中的岩石将富含钠长石。这两种矿物的比例可以揭示岩浆内部的熔化温度。
鲍文反应系列,是了解在地球漫长的历史中,长英质矿物和镁铁质矿物是如何分异形成固态的富含长英质的大陆克拉通,漂浮在岩浆之上,岩浆的镁铁质成分不断增加的一个重要视角。地球大陆形成的过程,是富含长英质的地壳,在富含镁铁质的海洋地壳海洋中,不断地吸积到这些漂浮的固体岛屿上的漫长历史,海洋地壳在洋中脊不断形成,并在俯冲带不断消亡。一个不断地将这些漂浮的富含长英质的大陆,在地球漫长的历史中,由于板块构造运动,在地球表面移动的岩石循环。
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