Maankuoren muodostavat kivet koostuvat monista mineraaleista, joilla on erilainen kemiallinen koostumus ja fysikaaliset ominaisuudet. Mineraalit ovat peräisin magmakivettyneistä magmakivistä, ja läsnä olevat mineraalityypit riippuvat paitsi alkuperäisen magman kemiallisesta koostumuksesta myös sen lämpötilasta, paineesta ja sen jäähtymisnopeudesta. 20 -luvun alussa geologi Norman L. Bowen, Washingtonin Carnegie -instituutin geofysiikan laboratorio, suoritti sarjan kokeita, joiden tarkoituksena oli määrittää eri mineraalien kiteytysjärjestys magmasta. Hän sulasi jauhemaisia magneettikivinäytteitä ja antoi niiden jäähtyä ennalta määrättyihin lämpötiloihin, jotta hän pystyi tarkkailemaan mineraalikiteiden muodostumista ja niiden esiintymisjärjestystä. Näistä tuloksista hän kokosi niin kutsutun Bowenin reaktiosarjan, mineraalien muodostumisjärjestyksen, jota käytetään laajalti geologiassa, petrologiassa ja vulkanologiassa.
Kun sulaa kiveä jäähdytetään hyvin nopeasti, mineraaleilla ei ole riittävästi aikaa muodostaa kiteitä; Tuloksena on amorfinen lasi. Bowenin käyttämä kokeellinen menettely on suunniteltu hyödyntämään tätä ilmiötä kiteytysprosessin “jäädyttämiseksi” eri vaiheissa. Kivinäytteet sijoitettiin erittäin kestävään astiaan, joka tunnetaan nimellä ”pommi”, ja ne lämmitettiin noin 2,912 ° C: n lämpötilaan, mikä varmisti, että kaikki materiaali sulaa. Näytteen annettiin jäähtyä tiettyyn lämpötilaan ja pidettiin siinä lämpötilassa riittävän kauan, jotta joidenkin mineraalien kiteytyminen tapahtuisi, ja sitten se jäähdytettiin äkillisesti vedellä, jotta saatiin “tilannekuva” prosessista kyseisessä vaiheessa. Mineraalit, jotka olivat jo kiteytyneet, säilyivät, kun taas muu materiaali, joka oli vielä sulanut, kiinteytyi lasiksi.
Toistamalla tämä menettely eri lämpötiloille Bowenin reaktiosarjaa laajennettiin, jolloin saatiin kuva kiteisistä mineraaleista, jotka on tuotettu 2,552 ° C: n ja 1,400 ° C: n välisissä lämpötiloissa. Bowen tunnisti sarjan kaksi erillistä haaraa, jotka erottuivat mineraalien kemiasta, jotka yhdistyivät alemmissa lämpötiloissa. Yksi, jota hän kutsui jatkuviksi sarjoiksi, kuvasi natriumia, kalsiumia, alumiinia ja piidioksidia sisältävien mineraalien kiteytysjärjestystä, joka tunnetaan yhdessä nimellä plagioclases. Toinen, nimeltään epäjatkuva sarja, kuvasi rautaa ja magnesiumia sisältävien mineraalien sekvenssiä, joka tunnetaan mafisina mineraaleina.
Jatkuva sarja on ns. Koska se osoittaa tasaisen siirtymisen mineraalien koostumuksessa lämpötilan laskiessa. Tämä näkyy parhaiten kalsiumin ja natriumin suhteellisissa osuuksissa. Kun kiteytyminen tapahtuu erittäin korkeissa lämpötiloissa, kiteinen materiaali on erittäin runsaasti kalsiumia ja erittäin vähän natriumia. Lämpötilan laskiessa natriumin ja kalsiumin suhde kasvaa tasaisesti, kunnes nämä suhteet muuttuvat. Myös piidioksidin osuus mineraaleissa kasvaa lämpötilan laskiessa.
Bowenin reaktiosarjan epäjatkuvassa haarassa prosessit ovat monimutkaisempia. Kuten jatkuvassa sarjassa, piidioksidin osuus kasvaa lämpötilan laskiessa; piidioksidipitoisuuden tasaisen kasvun sijasta on kuitenkin olemassa joukko melko erilaisia mineraaleja: oliviini, pyrokseeni, amfiboli ja biotiitti. Oliviini kiteytyy ensimmäisenä – noin 2,552 ° C: ssa, mutta lämpötilan laskiessa se reagoi vielä sulan materiaalin kanssa muodostaen sarjan seuraavan mineraalin, pyrokseenin. Samankaltaiset prosessit muuttavat pyrokseenin amfiboliksi ja amfibolin biotiitiksi; jokainen muutos mineraalista toiseen tapahtuu kuitenkin vain, jos magmassa on vielä riittävästi piidioksidia. Sekvenssi voi myös pysähtyä missä tahansa kohdassa, jos magma jäähtyy hyvin nopeasti saavuttamalla pinnan, jolloin mineraalit, kuten oliviini, pyrokseeni ja amfiboli, ovat edelleen läsnä jähmettyneessä kalliossa, aivan kuten Bowenin kokeissa.
Kun kaksi haaraa yhdistyvät, sarja jatkuu. Loput mineraalit, kasvavassa piidioksidipitoisuuden järjestyksessä, ovat ortoklaasia – joka tunnetaan myös nimellä kalium -maasälpä – muskoviitti ja kvartsi. Kaiken kaikkiaan Bowenin reaktiosarja ulottuu kivistä, joissa on paljon kalsiumia, magnesiumia ja rautaa ja vähän natriumia ja piidioksidia – kuten basaltti – kiviin, joissa on vähän kalsiumia, magnesiumia ja rautaa ja runsaasti natriumia ja piidioksidia – kuten graniitti. Suuressa, maanalaisessa magmakammiossa, joka jäähtyy hyvin hitaasti, oliviini- ja runsaasti kalsiumia sisältävä plagioklaasi kiteytyy ensin ja vajoaa nestemäisen magman läpi kammion pohjaan, minkä jälkeen muut mineraalit järjestyksessä jättävät graniittia ja vastaavia kiviä yläosa siihen mennessä, kun koko massa on jähmettynyt. Hyviä esimerkkejä tästä sekvenssistä, joka kulkee ylhäältä peräisin olevasta graniitista gabbroon – karkeaan kiteiseen kiveen, jonka koostumus on sama kuin basaltti – alhaalla, löytyy useista paikoista ympäri maailmaa.