Rocile care compun scoarța terestră constau dintr-o varietate de minerale cu diferite compoziții chimice și proprietăți fizice. Mineralele provin din rocile magmatice, care s-au solidificat din magmă, iar tipurile de minerale prezente depind nu numai de compoziția chimică a magmei originale, ci și de temperatura, presiunea și viteza cu care s-a răcit. La începutul secolului al XX-lea, geologul Norman L. Bowen de la Laboratorul de geofizică de la Instituția Carnegie din Washington, DC a efectuat o serie de experimente menite să determine secvența de cristalizare a diferitelor minerale din magmă. A topit mostre de rocă magmatică sub formă de pulbere, apoi le-a lăsat să se răcească la temperaturi prestabilite, astfel încât să poată observa formarea cristalelor minerale și succesiunea în care au apărut. Din aceste rezultate, el a compilat ceea ce a devenit cunoscut sub numele de seria de reacție a lui Bowen, o secvență de formare minerală care este utilizată pe scară largă în geologie, petrolologie și vulcanologie.
Când roca topită este răcită foarte rapid, nu există timp suficient pentru ca mineralele să formeze cristale; rezultatul este în schimb un pahar amorf. Procedura experimentală folosită de Bowen a fost concepută pentru a exploata acest fenomen pentru a „îngheța” procesul de cristalizare în diferite etape. Probele de rocă au fost plasate într-un recipient extrem de robust cunoscut sub numele de „bombă” și încălzite la aproximativ 2,912 ° F (1,600 ° C), asigurându-se că tot materialul se va topi. Proba a fost lăsată să se răcească la o anumită temperatură și menținută la acea temperatură suficient de mult pentru a permite cristalizarea unor minerale, apoi a fost răcită brusc cu apă pentru a oferi o „instantanee” a procesului în acea etapă anume. Mineralele care se cristalizaseră deja s-au păstrat, în timp ce restul materialului, care încă fusese topit, sa solidificat în sticlă.
Prin repetarea acestei proceduri pentru diferite temperaturi, seria de reacție a lui Bowen a fost extinsă, dând o imagine a mineralelor cristaline produse la temperaturi cuprinse între 2,552 ° F (1,400 ° C) și 1472 ° F (800 ° C). Bowen a identificat două ramuri distincte ale seriei, remarcate prin chimia mineralelor, care s-au unit la temperaturi mai scăzute. Unul, pe care l-a numit seria continuă, a descris secvența de cristalizare a mineralelor bogate în sodiu, calciu, aluminiu și silice, cunoscute colectiv sub numele de plagioclaze. Celălalt, numit seria discontinuă, a descris secvența pentru minerale bogate în fier și magneziu, cunoscute sub numele de minerale mafice.
Seria continuă este așa-numită deoarece prezintă o tranziție lină în compoziția mineralelor formate pe măsură ce temperatura scade. Acest lucru este cel mai bine ilustrat de proporțiile relative de calciu și sodiu. Când cristalizarea are loc la temperaturi foarte ridicate, materialul cristalin este foarte bogat în calciu și foarte sărac în sodiu. Odată cu scăderea temperaturii, raportul dintre sodiu și calciu crește constant, până când aceste proporții sunt inversate. Proporția de siliciu în minerale crește, de asemenea, odată cu scăderea temperaturii.
În ramura discontinuă a seriei de reacție a lui Bowen, procesele sunt mai complexe. Ca și în cazul seriei continue, proporția de silice crește pe măsură ce temperatura scade; totuși, în loc de o creștere constantă a conținutului de silice există o secvență de minerale destul de distincte: olivină, piroxen, amfibol și biotit. Olivina este prima care cristalizează – la aproximativ 2,552 ° F (1,400 ° C), dar pe măsură ce temperatura scade, ea reacționează cu materialul încă topit, formând următorul mineral din serie, piroxenul. Procese similare transformă piroxenul în amfibol, iar amfibolul în biotit; cu toate acestea, fiecare schimbare de la un mineral la altul va avea loc numai dacă există suficientă silice încă prezentă în magmă. Secvența se poate opri, de asemenea, în orice moment, dacă magma este răcită foarte repede prin ajungerea la suprafață, lăsând minerale precum olivina, piroxenul și amfibolul încă prezente în roca solidificată, la fel ca în experimentele lui Bowen.
Acolo unde cele două ramuri se îmbină, secvența continuă. Mineralele rămase, în ordinea crescândă a conținutului de silice, sunt ortoclaze – cunoscute și sub numele de feldspat de potasiu – muscovit și cuarț. În general, seria de reacție a lui Bowen merge de la roci cu conținut ridicat de calciu, magneziu și fier și sărace în sodiu și silice – cum ar fi bazalt – la roci care au un conținut scăzut de calciu, magneziu și fier și bogate în sodiu și silice – cum ar fi granit. Într-o cameră de magmă mare, subterană, care se răcește foarte lent, olivina și plagioclaza cu conținut ridicat de calciu se vor cristaliza mai întâi și se vor scufunda prin magma lichidă în fundul camerei, urmate de alte minerale din secvență, lăsând granitul și rocile similare la vârful până când întreaga masă s-a solidificat. Exemple bune ale acestei secvențe, mergând de la granit în partea de sus la gabro – o rocă cristalină grosieră cu aceeași compoziție ca bazaltul – în partea de jos pot fi găsite în mai multe locații din întreaga lume.