Bowenova reakčná schéma

Bowenova reakčná schéma je zjednodušená petrologická koncepcia postupnej kryštalizácie alkalicko-vápenatých minerálov z taveniny, ktorá umožňuje lepšie pochopiť vznik vyvretých hornín. V obrátenom pohľade ju možno čiastočne použiť aj na pochopenie stability minerálov na zemskom povrchu.
Vznik teórie.
Je výsledkom práce kanadského petrológa Normana Bowena, ktorý pomocou nej vysvetlil prečo sa niektoré typy minerálov zvyknú vyskytovať v spoločnej asociácii, zatiaľ čo s inými sa prakticky vôbec nenachádzajú. Na začiatku 20. storočia experimentoval s tavením práškových vzoriek vyvretých hornín a pri následnom ochladzovaní sledoval pri akých teplotách kryštalizujú jednotlivé druhy minerálov. Postupne opakoval proces chladnutia a prechádzal do čoraz nižších teplôt, podľa získaných výsledkov formuloval reakčnú schému, ktorá je s určitými obmenami akceptovaná dodnes ako idealizovaný proces chladnutia magmy. Na základe Bowenovej schémy, možno pri pozorovaní horniny dospieť k pomerne presnému záveru za akých teplotných podmienok hornina vznikala.
Frakčná kryštalizácia.
Bowen pri výskume nebol schopný zohľadniť niektoré podmienky, ktoré sa reálne vyskytujú v prírode. Pri pokračujúcej kryštalizácií sa totiž postupne mení zloženie zvyšku taveniny, zbavenej vykryštalizvaných minerálov. Ďalšie minerály, ktoré krystalizujú neskôr, tak musia vznikať z menšieho množstva prvkov, čo má za následkok postupnú zmenu ich chemického zloženia a tým aj celkovej kryštálovej stavby. Príkladom je olivín, ktorý sa postupne mení z Mg-bohatej odrody - forsteritu na Fe-bohatý variant fayalit. Tento proces sa tiež označuje ako frakčná kryštalizácia.
Popis.
Schéma je rozdelená na dve časti, ktoré sú pri vyšších teplotách nezávislé a až pri nižších teplotách sa spájajú do jednotného radu. V zjednodušenom pohľade možno sledovať, že najprv kryštalizujú bázické, neskôr intermediárne až nakoniec kyslé minerály. Pravá časť je označovaná ako kontinuitná séria (vznikajú postupné tuhé roztoky živcov) a ľavá ako diskontinuitná (Fe-Mg) séria (zloženie sa mení po prekročení kritických hodnôt skokmi). Prvý minerál kryštalizujúci z diskontinuitnej schémy je na Mg bohatý olivín. Ten vzniká za vysokých teplôt a tlakov. Ako teplota klesá vznikajú náhle Fe-olivíny a Fe-pyroxény, amfiboly a biotit. V kontinuitnej schéme je najvyššie postavený bázický na vápnik živec anotrit, ktorý tiež vzniká pri vysokých teplotách a tlakoch. Pri pokračovaní kryštalizácie počas chladnutia postupne kryštalizujú bytownit, labradorit, andezín, oligoklas a až nakoniec sodný živec albit, ktorý je už celkom svetlý. Zvyškové taveniny oboch sérií už majú porovnateľné zloženie. Všeobecne možno povedať, že je bohatá na kremík, ale aj draslík a hliník. Tieto prvky môžu pri klesajúcej teplote vytvárať draselný živec ortoklas, za dostatočnej prítomnosti fluíd vzniká aj muskovit. Následne je tavenina tak ochudobnená o iné prvky, že pri najnižšej teplote okolo 570 °C vzniká prevažne už iba kremeň.
Zemský povrch je v porovnaní so spodnokôrovými alebo plášťovými podmienkami oblastí vzniku hornín, zónou nízkych tlakov a teplôt. V tejto oblasti nie je väčšina minerálov stabilná a rozpadá sa alebo premieňa na iné. Pri pohľade na Bowenovu schému možno sledovať, že minerály, ktoré sú najstabilnejšie na zemskom povrchu sa nachádzajú v jej spodnej časti, zatiaľ čo menej stabilné minerály obvykle vo vrchnej časti. Spôsobené je to faktom, že na povrchu nestabilné minerály, obyvkle kryštalizujú za vysokých tlakov a teplôt, len čo sa dostanú do iných podmienok je ich kryštálová štruktúra nestabilná a premieňajú sa na inú, v daných podmienkach stabilnejšiu formu.