보웬의 반응계열 (Bowen's Reaction Series)
쉽게 풀면
뜨거운 마그마가 식으면 모든 광물이 한꺼번에 굳는 것이 아니라, 녹는점이 높은 광물부터 차례대로 결정이 됩니다. 1920년대 노먼 보웬은 실험을 통해 이 순서를 정리했는데, 감람석·휘석·각섬석·흑운모처럼 종류 자체가 바뀌는 줄(불연속 계열)과, 사장석이 칼슘 많은 것에서 나트륨 많은 것으로 서서히 조성이 바뀌는 줄(연속 계열)이 나란히 진행되다가 마지막에 정장석·백운모·석영이 정출됩니다.
왜 중요한가
보웬의 반응계열은 하나의 모마그마에서 현무암질부터 유문암질까지 다양한 화성암이 만들어지는 이유를 설명하는 출발점입니다. 화성암의 광물 조합이 왜 특정 짝으로만 나타나는지, 어떤 광물이 풍화에 약한지(먼저 정출된 고온 광물일수록 지표 조건에서 불안정) 같은 문제를 해석할 때 기본 틀로 쓰이므로 암석학·지구화학 논문에서 전제로 자주 등장합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
암석에 들어 있는 광물 짝이 반응계열상 고온 단계에 해당하므로 마그마가 식기 시작한 초기에 만들어진 암석이라는 뜻이다.
사장석 결정 내부의 동심원 무늬가 냉각 과정에서 칼슘에서 나트륨 쪽으로 조성이 바뀐 흔적이라는 해석이다.
조금 더 깊게 보면
불연속 계열에서 먼저 정출된 광물은 남은 용융체와 반응하여 다음 광물로 바뀌는데, 이 반응이 완료되지 못하면 감람석을 휘석이 둘러싸는 반응연(reaction rim)이 남습니다. 정출된 결정이 중력 침강 등으로 용융체에서 분리되면 반응이 중단되고 잔류 용융체의 조성이 점점 규장질로 이동하는데, 이것이 분별결정작용과 연결되는 지점입니다. 실제 마그마는 물 함량, 압력, 산소 분압에 따라 정출 순서가 달라지므로 반응계열은 건조한 현무암질 마그마에 대한 이상화된 모형으로 이해하는 것이 정확합니다.
주의할 점
반응계열은 단일 현무암질 마그마의 이상적 냉각 순서를 나타낸 것이며, 모든 화성암이 이 순서로 정출됐다거나 한 마그마가 계열 전체를 거쳐 화강암까지 만든다고 일반화하면 안 된다. 화강암질 마그마 대부분은 지각 물질의 부분용융으로 따로 생성된다.