Norman Bowen, petrólogo Canadense, que nasceu em 1887 e morreu em 1956, examinou entre 1920 e 1950, o comportamento dos magmas, nomeadamente os processos de fusão dos matérias pétreos e consequente cristalização dos minerais.
Com efeito, Bowen reduziu rochas magmáticas a pó e, em seguida, aquecia o pó a altas temperaturas. Com este procedimento, Bowen obteve magmas artificiais. Mediante diferentes processos de arrefecimento destes magmas, este cientista observou que os minerais não cristalizavam todos ao mesmo tempo.
Primeiro, cristalizavam os minerais de mais alto ponto de fusão, seguidos dos restantes, por ordem decrescente do respetivo ponto de fusão. Este processo foi denominado cristalização fraccionada, e é um dos processos responsáveis pela diferenciação magmática.
Para entendermos melhor como funciona a Série de Bowen, é necessário entender outras relações básicas de petrologia. Com isso, entende-se que: magmas são fusões das rochas, que são formados sob altas temperaturas e pressões.
Após a sua geração, estes tendem a se alojar em determinados locais da crosta da Terra (denominadas câmaras magmáticas). Desta forma, eles iniciam um processo lento e contínuo de resfriamento e cristalização magmática.
A Série de Bowen é uma simplificação deste processo evolutivo de cristalização de magmas, pois diferentes minerais se cristalizam em diferentes temperaturas. Esta Série, é, portanto, um modelo de Cristalização Fracionada que resulta diretamente na mudança de composição química do magma remanescente.
As séries Contínuas e Descontínuas
Existem dois tipos de série de reações de cristalização descritas na Série de Bowen com base na temperatura de formação dos minerais: as séries contínuas e descontínuas.
A série de reação descontínua toma este nome porque, por diminuição da temperatura, o mineral anteriormente formado reage com o líquido residual magmático, formando um mineral com uma composição química e estrutura interna diferente, estável nas novas condições. Todos os minerais desta série possuem ferro e magnésio.
Após a cristalização da olivina a composição do magma fica relativamente pobre em ferro e magnésio e enriquecida com sílica. Com o arrefecimento progressivo do magma, atinge-se a temperatura de cristalização do piroxênio. A olivina, formada anteriormente, reage com o líquido residual formando o piroxênio que integra na sua estrutura uma maior quantidade de sílica.
Atingida a temperatura de cristalização do anfibólio, o piroxênio formado reage com o líquido residual, caso o magma não tenha ainda solidificado, empobrecendo-o mais em ferro e magnésio. Se ainda houver uma fração magmática após a cristalização do anfibólio, e a temperatura continuar a descer, o mineral a formar-se é a biotita, sendo o último mineral rico em ferro e magnésio a cristalizar.
Terminada a cristalização da biotita, o magma residual, se existir, não possui ferro nem magnésio. A partir daqui, deste patamar térmico, os minerais que se formam, não contêm estes elementos químicos. Os plagioclásios são os únicos minerais da série contínua, tratam-se de minerais constituídos por alumínio, sílica e com percentagens variáveis de sódio e cálcio.
Os íons sódio e de cálcio podem substituir-se na estrutura cristalina, podendo formar plagioclásios cálcicos e plagioclásios sódicos. Se o plagioclásio for 100% cálcico toma o nome de anortita, se a plagioclásio for constituída apenas por íons de sódio, trata-se de uma albita.
A série designa-se contínua porque a alteração gradual de íons nos plagioclásios não altera a sua estrutura interna. O plagioclásio que primeiro cristaliza é a anortita. À medida que a temperatura do magma diminui, a quantidade de plagioclásio aumenta, sendo incorporado cada vez mais sódio.
Após a cristalização completa dos minerais que constituem os dois ramos, a série descontínua e a série contínua, a fração magmática resultante pode apresentar elevadas concentrações de sílica e de metais mais leves, tais como o potássio e o alumínio. Cristalizam, posteriormente, até ao esgotamento do magma residual, o feldspato potássico, moscovita e, por fim, o quartzo.
Neste processo de cristalização fracionada, há a formação de importantes depósitos minerais mundiais pela deposição diferencial de cristais no fundo das câmaras magmáticas, com concentrações economicamente importante, tais como os depósitos de Bushveld, na África do Sul e o de Stillwater, em Montana, USA.
Esses depósitos representam uma das maiores reservas mundiais de metais de grupo Platina (platina, paládio), assim como grandes quantidades de ferro, estanho, cromo e titânio.
