A gyémántok a legcsodálatosabb drágakövek. Ugyanolyan csodálatos azonban, hogy a természetes gyémántok hogyan érik el a Föld felszínét. A gyémántok 150-700 km mélyen képződnek a Földön, majd egy kimberlit magma ritka vulkánkitörése során felfelé viszik őket. Az ember még soha nem volt tanúja ilyen eseménynek, és ennek a magmának a kitörését tartják a leggyorsabb és legerőszakosabb vulkánkitörésnek a Földön. Szerencsére, mivel a gyémánt a legnehezebb ásványi anyag, általában túléli az ilyen durva kezelést. Ez a szállítórendszer vulkáni szállítás formájában csak növeli a természetes gyémánt misztikáját és értékét.

két fő magmatípus létezik, amelyek természetes gyémántokat hordoznak a felszínre. Ezek a magmák a kimberlit és a lamproite néven ismert vulkáni kőzetekké kristályosodnak ki (lásd az A. keretes írást). A kimberlit messze a domináns kitörési típus, amely gyémántokat hoz a Föld felszínére (1.ábra). Bár a gyémánt csak egy véletlen utas, és valójában nem a kimberlite hozta létre, a kimberlites alapvető megértése segít megérteni a köpeny természetes gyémántképződésének körülményeit.

Box A: Rock nevek

a kőzeteknek, mint az ásványoknak, saját nevük van, amelyet a geológusok nemzetközi közössége ad, amikor elismerik őket. A kőzetek esetében ezek a nevek a kémiai összetételen, a textúrán (a-1 ábra), a színen, az ásványianyag-tartalomon és a formájuk módján alapulnak. Miután meghatározták és elfogadták a kimberlite—hez hasonló kőzetnevet, az minden tulajdonságának rövidítésévé válik-beleértve azokat is, amelyeket a terepi geológus megfigyelhet az outcrop-ban, és azokat, amelyek a föld mélyén a lemeztektonikai folyamatok révén kapcsolódnak tényleges eredetéhez. A Rock nevek azért hasznosak, mert megtestesítik ezeket a fontos ötleteket.

a kimberlit egy szilícium-dioxid-szegény és magnéziumban gazdag extruzív magmás kőzet (pl. vulkáni kőzet), amely nagy mennyiségű olivint tartalmaz, gyakran szerpentinizált. Az olvadék, az olvadékból kristályosodó ásványi anyagok, valamint az idegen kristályok és kőzetek rendkívül változó keveréke. A kimberlit a mezőn gátak vagy csövek formájában fordulhat elő, amelyek a felszín közelében, De alatt kristályosodnak (hypabyssal kimberlite), vagy vulkanikusan kitörő magmákként (vulkaniklasztikus kimberlit).

a Lamproite egy kristályosított extrudáló magmás kőzet neve, amely gazdag káliumban és magnéziumban, és hiányzik a közönséges kéreg ásványi földpát. Míg a lamproiták sokkal gyakoribbak, mint a kimberliták, azok, amelyek gyémántokat hordoznak, sokkal ritkábbak, mint a kimberliták. Valójában csak négy vagy öt diamondiferous lamproitáról tudunk a Földön.

A kimberlit és a gyémánt kapcsolata

a kimberlitek felfedezése előtt a gyémántokat mind másodlagos hordalékforrásokból bányászták: olyan folyami környezetekből, ahol a gyémántokat elsődleges forrásukból erodálták. Az Indiából származó történelmi gyémántokat túlnyomórészt a Krisna folyó mentén, Madhya Pradeshben állították elő. Ma a másodlagos gyémántbányászat még mindig Sierra Leone, Brazília, Angola, Namíbia számos területén, sőt a tengerfenék mentén is előfordul, ahol a folyók az óceánokba folynak.

a paladarabok gyakori előfordulása az első felfedezett kimberlitben összezavarja a korai geológusokat (lásd a B. keretes írást). A pala a környező kőzet egy darabja volt, amelyet a kimberlite vett fel, amikor a kitörés előtt áthaladt a kéregen. Mivel a pala gyakran nagyon szénben gazdag, néhány geológus úgy vélte, hogy a gyémántok a magma és a pala közötti reakció során keletkezhettek (Lewis, 1887b). Abban az időben, mintegy 30 évvel a radioaktivitás felfedezése előtt, nem volt mód pontosan meghatározni a gyémánt abszolút életkorát (lásd 2019.tavaszi gyémántok a mélyből), a kimberlit vagy a pala.

Box B: A Kimberlitok felfedezése a gyémántok forrásaként

1866 és 1869 között az első Dél-afrikai gyémántokat fedezték fel a Vaal és az Orange folyó medrében (az úgynevezett “hordalékos” gyémántok). Ezt követték az első gyémánt felfedezések az elsődleges forrás kőzetükben Jagersfonteinben, Koffiefonteinben és Kimberley területén 1870-ben. A B-1 ábra a Kimberley korai bányászati műveleteit mutatja.

Ernest Cohen először felismerte ezt az új forráskövet magmás (Janse, 1985), Henry Lewis (1887a) pedig azt javasolta, hogy a sziklát “kimberlite” – nek hívják.”Kimberley városáról nevezték el, amelyet viszont Lord Kimberley, a brit külügyminiszter (Field et al. 2008-ban, és az ott található hivatkozások). Az alábbiakban kivont Lewis (1887b) megfigyelései érdekes bepillantást engednek a gyémánt előfordulások több mint 130 évvel ezelőtti geológiai körülményeinek hajnalos megértésébe:

1870-ben, amikor mintegy tízezer ember gyűlt össze a Vaal partján, a hír a gyémántok felfedezéséről érkezett a folyótól mintegy tizenöt mérföldre, ahol Kimberley városa jelenleg áll. Ezek voltak az úgynevezett “száraz ásatások”, amelyeket először hordalékos lerakódásoknak gondoltak, de most nagyon érdekes jellegű vulkáni csöveknek bizonyultak. Ezek közül négy, gyémántban gazdag és hasonló geológiai szerkezetű csövet vagy nyakot találtak közel egymáshoz. Bebizonyosodott, hogy függőlegesen egy ismeretlen mélységbe mennek, behatolva a környező rétegekbe. A gyémántot hordozó anyag először egy omladozó sárgás föld volt, amely körülbelül 50 láb mélységben keményebbé és sötétebbé vált, végül léces kék vagy sötétzöld színt és zsíros érzetet kapott, amely hasonlít a szerpentin bizonyos fajtáira. Ez a gyémántbányászok jól ismert “kék földje”.

rövid ideig ki van téve a napnak, amikor könnyen szétesik, majd gyémántjaiért megmossák. Ezt a” kék talajt ” most 600 láb mélységig hatolták át, és a mélység növekedésével egyre keményebbé és sziklaszerűbbé válik.

a gyémánttartalmú részek gyakran olyan sok pala zárványt tartalmaznak, hogy hasonlítanak egy brecciára, és így a láva fokozatosan tufa vagy vulkáni hamu, amely szintén gazdag gyémántokban, és könnyebben lebomlik, mint a sűrűbb láva.

nyilvánvalónak tűnik, hogy a gyémánthordozó csövek valódi vulkanikus nyakúak, amelyek egy vulkanikus brecciával és tufával társított nagyon alapvető lávából állnak, és hogy a gyémántok másodlagos ásványok, amelyeket ennek a lávának a hővel és nyomással történő reakciója hoz létre a vele érintkező és az által beborított széntartalmú palákon.

kísérletekre és geokémiai elemzésre volt szükség annak bizonyítására, hogy a gyémántok nem a kimberlit palával való reakció eredményeként alakulnak ki. De a kimberlite felfedezése után több mint 100 évbe telik annak bizonyítása, hogy a gyémántok nem kristályosodnak ki a kimberlite magmából.

az első lépés a gyémántok és a kimberlitek közötti kapcsolat megismerésében a gyémánt kristályosodásának korai munkájából származik. A laboratóriumi kísérletek azt mutatták, hogy a grafit gyémántná történő átalakulása nagy nyomáson és hőmérsékleten történt a köpeny mélyén, bár a legtöbb gyémántformát más reakciókkal ismerjük (lásd 2018.Téli gyémántok a mélyből). Ezt követően a geotudósok nyomás-és hőmérsékleti korlátokat szereztek a gyémántképződéshez (gyémántgazda kőzetekből és ásványi zárványaikból), megerősítve a természetes gyémántok nagynyomású eredetét (pl. Bundy et al., 1961; Mitchell és Crocket, 1971). A nagynyomású eredetük bizonyítéka azt jelentette, hogy a gyémántoknak egyértelműen kialakulniuk kellett a kimberlit és a kéregkőzetek, például a pala közötti kölcsönhatás előtt (lásd még: B. háttérmagyarázat). Azonban még mindig azt hitték, hogy a gyémántok kristályosodhatnak a kimberlite magmából a köpeny mélyén, mielőtt a Föld felszínére való kitörés megtörtént, vagy hogy a gyémántok metastabil körülmények között nőttek a kimberlite felemelkedése során (Mitchell and Crocket, 1971).

az 1970-es években a tudósok a kimberlit ásványok izotópos datálását használták a kimberlit kitörések első korának meghatározására. A kimberlitikus micák RB-SR geokronológiájának felhasználásával a Witwatersrandi Egyetem geológusai megállapították, hogy a Kimberlitek Kimberleyből körülbelül 86 millió évvel ezelőtt törtek ki (Allsopp and Barrett, 1975). Körülbelül ugyanabban az időben, U-Pb geokronológia kimberlitikus cirkonok ugyanezen kimberlites hasonló eredményeket mutatott, hogy körülbelül 90 millió évvel ezelőtt tört ki (Davis et al., 1976). Későbbi analitikai munka finomította ezeket a korokat (pl. Allsopp and Kramers, 1977; Davis, 1977, 1978; Clement et al., 1979; Kramers and Smith, 1983; Smith, 1983). Ma már tudjuk, hogy a Föld kimberlitjeinek többsége viszonylag nemrégiben (geológiailag) tört ki 250-50 millió évvel ezelőtt (lásd összeállítások Heaman et al., 2003; Jelsma et al., 2009; Tappe et al., 2018).

Az 1980-as években Stephen H. Richardson és az MIT munkatársai, akik a Kimberley bányákból származó gyémántokon dolgoztak, megállapították, hogy a gyémántok életkora egy milliárd évtől több mint három milliárd évig terjed, és hogy a Kaapvaal craton alatti litoszférikus köpenyrégióból származnak (Richardson et al., 1984). Mivel a Kimberley kimberlites csak 84 millió évvel ezelőtt tört ki (Clement et al., 1979), a Richardson et al. a tanulmány egyértelműen kimutatta, hogy a gyémántoknak nincs genetikai kapcsolata a kimberlittel. Ez az alapvető életkori kapcsolat az összes többi diamondiferous kimberlitre vonatkozik. A kimberlit kitörések tehát csak a gyémántok útja a köpeny mélységétől a Föld felszínéig. A gyémántok egyszerűen az utasok, a kimberlitek pedig a szállításuk.

miért maradnak fenn a gyémántok a Kimberlitben a kitörés során?

a kimberlites gyémántok nagy mélységből történő szállításának másik csodálatos tulajdonsága, hogy a gyémántoknak sikerül túlélniük. A nyers gyémántokat gyakran felszívják elsődleges oktaéderes alakjukból másodlagos alakzatokká, úgynevezett dodekaéderekké. Ez azért van, mert a kimberlitek a gyémánt feloldásának folyamatában vannak—csak ez a folyamat nem fejeződött be. Szinte az összes többi Magma a Földön, mint például a bazalt és az andezit, teljesen feloldaná a gyémántot, ezért a természet ajándéka, hogy a kimberlitok lehetővé teszik a gyémántok túlélését.

a sikeres gyémántszállítás és-szállítás azért is történik, mert a kimberlitek gyorsabban törnek ki és kevésbé oxidálódnak, mint a Föld többi magmája. A gyémántokat szállításuk nagy részében a fogadó kőzetek darabjaiban is árnyékolhatják. A sebesség itt a lényeg: az alacsony viszkozitású kimberlit becslések szerint körülbelül 8-40 mérföld / óra sebességgel halad (Sparks et al., 2006), míg a normál viszkozitású bazaltos magma ennek a tempónak a töredékével mozog. A kimberlit kémiai összetételét és Illékony összetevőit szintén fontos tényezőknek tartják.

kimberlit kitörések a Föld történetében

az elhelyezett kimberlitek helyén végzett helyszíni megfigyelések alapján a kimberlitek robbanékonyabbak, mint azok a kitörések, amelyeket ma látunk olyan helyeken, mint Hawaii, Izland, Indonézia és a Mount St. Helens. A kristálygranulációra, a xenolit kerekítésére és a töredezettségre vonatkozó bizonyítékok (lásd az a-1.ábrát) arra a következtetésre vezetik a geológusokat, hogy a kimberlit-kitörések sokkal erőszakosabbak, és a vulkán legnagyobb sebességével törik meg a felszínt.

az utolsó ismert kimberlit kitörések a körülbelül 10 000 éves Igwisi Hills kimberlites (Brown et al., 2012) Tanzániában, bár van némi vita arról, hogy ezek valódi kimberlitnek minősülnek-e. Ezenkívül ezek a kimberlitek nem gyémánt hordozók. A következő legfiatalabb afrikai kimberlites a 32 millió éves Kundelungu kimberlites a Kongói Demokratikus Köztársaságban (Batumike et al., 2008). A legutóbbi gyémánthordozó kimberlit-szerű kitörések a West Kimberley lamproites (a doboz) voltak, amely 24-19 millió évvel ezelőtt tört ki (Allsopp et al., 1985). Ezeknek a lámpáknak körülbelül 45%-a gyémánthordozó, bár csak kettőt bányásztak gyémántjaikért.

a Kimberlitek legalább az Archean óta kitörnek, és a legrégebbiek, amelyeket eddig felfedeztek, a Gabonban (Nyugat-Afrika) található mitzic kimberlitek, amelyek körülbelül 2,8 milliárd évvel ezelőtt törtek ki (de Wit et al., 2016). A kimberliták azonban azóta nem törtek ki folyamatosan, és globálisan több olyan időszak is volt, amikor a kimberliták gyakrabban törtek ki (Heaman et al., 2003; Jelsma et al., 2009):

hogyan és miért alakulnak ki a Kimberlites?

olvadék összetétele.A kimberlit elsődleges (vagy eredeti) olvadékösszetétele kevéssé ismert, mert a kőzet, amelyet ma látunk, olyan változó, bonyolult fizikai keverék. A Kimberlite magmát tartalmaz, amelyet sok összetevővel összekevertek, amelyeket a >150 km-es út mentén vettek fel a felszínre. A felszínen a kimberlite finomszemcsés mátrixanyagot és ásványi anyagokat tartalmaz, amelyek fenokriszták, idegen ásványok, xenokriszták néven ismertek (a gyémánt az a xenokriszt, amit akarunk!), valamint a xenolitok néven ismert idegen kőzetek. Más szavakkal, a kimberlitet “hibrid” sziklának tekintik. Maguk a xenolitok nagyon érdekesek a geológusok számára, mert azok a kőzet mintái, amelyeken a kimberlit áthaladt.

a kimberlit domináns ásványa az olivin, amely lehet fenokrisztikus (magától a kimberlittől) vagy xenokrisztikus (a köpenyből, amelyet a kitörés letört és mintavételezett). Az olivin e két populációja közötti különbségtétel nem mindig egyértelmű. Az olivin könnyen átalakítható szerpentinnek nevezett ásványi anyaggá, és ez a változás megnehezíti az eredeti magma összetételének becslését is.

az elsődleges olvadékösszetétel meghatározásának sokféle módja van: nagy nyomáson és hőmérsékleten végzett kísérletek, a kimberlit ásványokban található olvadék-zárványok vizsgálata, és tömegmérleg-számítások elvégzése, ahol a xenokrisztust és az átalakító anyagot kivonják, hogy elérjék a fennmaradó kimberlit anyagot. Mindezek a különböző megközelítések most úgy tűnik, hogy azt sugallják, hogy a kimberlit magmák olvadékként alakulnak ki, amelyek karbonátban gazdagok az asztenoszférikus köpenyben (Stone and Luth, 2016; Bussweiler et al., 2016; Stamm és Schmidt, 2017; Soltys et al., 2018; Howarth és Buttner, 2019). A kimberlit magma a peridotit kis mennyiségű olvadása után alakul ki (lásd a 2018.Téli gyémántokat a mélyről a peridotitról), 200-300 km mélységben, és nagy mennyiségű szén-dioxidot és vizet tartalmaz. Ezeknek az úgynevezett illékony komponenseknek a jelenléte a kimberlite magmában az egyik oka annak, hogy a kimberlite kitöréseket különösen robbanásveszélyesnek gondolják.

miért kezdődött az olvadás? Nagyjából tudjuk, hogy a földön honnan származik a kimberlit Magma, de miért kezdődött az olvadás? A kimberlit kitörését megelőző mély földolvadás “kiváltói” nem azonosak minden kimberlit esetében, és három fő nagyszabású geológiai forgatókönyv létezik, amelyeket a geológusok általában figyelembe vesznek:

1. a köpeny a köpeny mélyéből emelkedik fel, és kölcsönhatásba lép a kratonikus litoszférával
2. az óceáni kéreg szubdukciója és a kapcsolódó ütközési folyamatok a szuperkontinens kialakulása során
3. a szuperkontinens felbomlásával kapcsolatos tektonotermikus események (pl. kjarsgaard, 2000, heaman et al., 2004; Jelsma et al., 2009; Kjarsgaard et al., 2017)

különösen a kontinensek szakadása és a szuperkontinens felbomlása-a litoszféra törésével és törékeny deformációjával – biztosítja a kimberlit magmák felszínének elérését (pl. Jelsma et al., 2009). De a magma-előállítás és az ebből eredő kimberlit-kitörés mindezen folyamatainak alapja a lemeztektonika folyamatával való kapcsolat. Anélkül, hogy lemeztektonika újrahasznosítaná a karbonátot és az illékony anyagokat a köpenybe, nem lenne kimberlit.

hol fordulnak elő Kimberliták?

a Kimberlitek nem törnek ki a Föld minden területén. Globálisan a kimberlitek a kontinensek legrégebbi részei alatt fordulnak elő, úgynevezett kratonok (2.ábra) (Clifford, 1966; Shirey and Shigley, 2013). A kratonok vastag litoszférikus gyökerekkel rendelkeznek, amelyek legalább 150-200 km-ig terjednek, és a köpenyben a kimberlit képződése valószínűleg összefügg a köpeny felemelkedésének fizikai akadályával, amelyet ezek a mély kontinentális gyökerek biztosítanak. Függetlenül attól, hogy a kimberlitek hogyan alakulnak ki, ezeknek a kitöréseknek a mély kontinentális gyökerekkel való társulása egy másik csodálatos rejtély arról, hogy a kimberlites hogyan szállít gyémántokat. Ezek a mély kontinentális gyökerek a Föld gyémántraktárai.

folyamatban lévő kutatás

még sok mindent meg kell tanulni a kimberlitekről és a kimberlit magmák és az általuk hordozott gyémántok közötti kapcsolatról: miért éli túl pontosan a gyémánt a kimberlit kitörését? A gyémánt milyen felületi jellemzői kapcsolódnak a kimberlite magma hatásaihoz, szemben azokkal, amelyeket a köpenyben mélyen lévő folyadékok okozhatnak, ahol a gyémántok tartózkodnak (pl. Fedortchouk, 2019)?

bár minden kimberlit egyedi, általános kitörési és elhelyezési modellekre van szükség (lásd a C. keretes írást) annak megértéséhez, hogy sok kimberlit miért nem tartalmaz gyémántot—ez egyszerűen azért van, mert nem tört ki gyémántot hordozó köpenyen keresztül? Vagy a gyémántok hiánya valamilyen módon összefügg az oldódási és / vagy kitörési mechanizmusokkal? Az ilyen információk fontosak az új gyémánt események feltárása és értékelése során.

Box C: Kimberlite kitörés

Kimberlites minden feeder “magmatikus vízvezeték” rendszerek mélységben, amely állhat egy hengeres (cső), egy sík függőleges (gát), és / vagy egy sík vízszintes (párkány) alakú mélységben. Csak a felszín közelében van, hogy a magma magas Illékony tartalma kitörő “kitörést” okoz, amely vulkáni krátert eredményez; ez a magmás modell (Sparks et al., 2006). Egy másik kitörési modell a phreatomagmatic modell (Lorenz et al., 2003), amely azt javasolja, hogy a magma reakciója a felszíni vízzel vezérli a kitörést, nem pedig a magmában lévő gázok és illékony anyagok. A phreatomagmatic modellt javasolták az Argyle lamproite kitöréshez (Rayner et al., 2018) és néhány kitörési fázis a Fort cetlin La Corne-ban (Kjarsgaard et al., 2009). Mind a magmás, mind a phreatomagmatikus kitörési fázisokat a C-1 ábra mutatja.

végül is vannak olyan okok, amelyek a kimberlitekkel foglalkoznak, amelyek nem közvetlenül kapcsolódnak a gyémántok mintavételéhez, hanem inkább a szilárd Föld legmélyebb geokémiai ciklusainak nagyszabású nézetéhez. A Kimberlite magma a kis mennyiségű köpeny olvadásának és a magas Illékony (beleértve a vizet és a szén-dioxidot) tartalmának szélsőséges végeleme. Hogyan alakulnak ki és vándorolnak az ilyen olvadékok ilyen magas nyomáson és hőmérsékleten? Mit mutat a fiatal kimberlitek magas aránya a lemeztektonikáról és az illékony anyagok mély újrahasznosításáról? Mit mondhat nekünk a kimberlit a szilárd föld dinamikája és a legfontosabb légköri üvegházhatású gázunk, a szén-dioxid közötti kapcsolatról?

kiemeltük a kimberlitek alapvető geológiai, történelmi és gyakorlati jellemzőit. Ami kivételes, hogy végül, amikor természetes gyémántot vásárolnak, van egy kimberlite, amelyet köszönhetünk, hogy elhozta nekünk.