Kimberlit

• 

• 

Kimberlit er en magmatisk sten, der er den vigtigste kilde til diamanter. Kimberlit er en variant af peridotit. Den er rig på indhold af glimmermineraler og ofte i form af krystaller af phlogopit. Andre mineraler, der forekommer i rigelige mængder, er kromdiopsid, olivin og krom- og pyroperig granat. Kimberlit findes typisk i rør – strukturer med lodrette kanter, der er groft cirkulære i tværsnit. Stenen kan være blevet sprøjtet ind i områder med svagheder i kappen. Dele af kappens bjergarter bringes ofte op til overfladen i kimberlitter, hvilket gør dem til en værdifuld kilde til information om den indre verden.

Trods sin relative sjældenhed har kimberlit tiltrukket sig opmærksomhed, fordi den tjener som transportør af diamanter og granatperidotitemantelxenolitter til Jordens overflade. Dens sandsynlige oprindelse fra større dybder end nogen anden magmatisk bjergartstype, og den ekstreme magmasammensætning, som den afspejler med hensyn til lavt silicaindhold og høje niveauer af inkompatibel sporelementberigelse, gør det vigtigt at forstå kimberlitpetrogenese. I denne henseende har studiet af kimberlit potentiale til at give oplysninger om sammensætningen af den dybe kappe og om smelteprocesser, der finder sted ved eller nær grænsefladen mellem den kratoniske kontinentale litosfære og den underliggende konvekterende asthenosfæriske kappe.

Navnets oprindelse: Kimberlite blev opkaldt efter Kimberley, Sydafrika, hvor den først blev opdaget. Kimberley-diamanter blev oprindeligt fundet i forvitret kimberlit, som var farvet gul af limonit og derfor blev kaldt yellow ground.Dybere udvindinger producerede mindre modificeret sten, serpentiniseret kimberlit, som minefolk kalder blue ground.

Kimberlitklassifikation

Baseret på undersøgelser af et stort antal kimberlitforekomster har geologer inddelt kimberlitterne i 3 separate enheder baseret på deres morfologi og petrologi.

Disse enheder er:

1. Kimberlit med kraterfacies
2. Kimberlit med diatremefacies
3. Hypabyssalfacies Kimberlit

1) Kimberlit med kraterfacies

Overflademorfologien af en ubevædet kimberlit er karakteriseret ved et krater, op til 2 kilometer i diameter, hvis bund kan være flere hundrede meter under jordoverfladen. Krateret er generelt dybest i midten. Rundt om krateret er der en tufring, som er relativt lille, generelt mindre end 30 meter, sammenlignet med kraterets diameter. Der findes to kategorier af bjergarter i kraterfacies kimberlit: pyroklastiske, som er aflejret af eruptive kræfter, og epiklastiske, som er bjergarter, der er bearbejdet af vand.

2) Diatreme facies kimberlit

Kimberlit diatremer er 1-2 kilometer dybe, generelt gulerodsformede kroppe, som er cirkulære til elliptiske ved overfladen og tilspidses i dybden. Dybdepunktet i forhold til værtsbjergarterne er normalt 80-85 grader. Zonen er karakteriseret ved fragmenteret vulkanklastisk kimberlitmateriale og xenolitter, der er plukket fra forskellige niveauer i jordskorpen under kimberlitternes vej til overfladen. Nogle teksturelle træk ved diatrem-facies-kimberlit:

3) Hypabyssal-facies-kimberlit

Disse bjergarter er dannet ved krystallisering af varm,flygtig-rig kimberlitmagma. Generelt mangler de fragmenteringstræk og fremstår magmatiske. Nogle teksturelle træk: Kalkit-serpentin-segregationer i matricen; Globulære segregationer af kimberlit i en karbonatrig matrix; Klippefragmenter er blevet metamorfoseret eller udviser koncentrisk zoneinddeling; Inequigranulær tekstur skaber en pseudoporfyritisk tekstur.

Kulstof og kimberlit

Kulstof er et af de mest almindelige grundstoffer i verden og er et af de fire essentielle grundstoffer for livets eksistens. Mennesker består af mere end18 procent kulstof. Den luft, vi indånder, indeholder spor af kulstof. Når det forekommer i naturen, findes kulstof i tre grundlæggende former:

Diamant – et ekstremt hårdt, klart krystal

Diamanter dannes ca. 161 km under jordens overflade i den smeltede sten i Jordens kappe, som giver den rette mængde tryk og varme til at omdanne kulstof til diamant. For at der kan dannes diamant, skal kulstof placeres under et tryk på mindst 435 113 pund pr. kvadrattomme (psi eller 30 kilobar) ved en temperatur på mindst 752 grader Fahrenheit (400 Celsius). Hvis forholdene falder under et af disse to punkter, dannes der grafit. I dybder på 150 km (93 miles) eller mere øges trykket til ca. 50 kilobar (725,189 psi), og varmen kan overstige 1 200 C (2 192 F). De fleste diamanter, som vi ser i dag, blev dannet for millioner (hvis ikke milliarder) af år siden. Kraftige magmaudbrud bragte diamanterne op til overfladen og skabte kimberlitrør.

Kimberlitrør opstår, når magma strømmer gennem dybe brud i jorden. Magmaen i kimberlitrørene fungerer som en elevator og skubber diamanterne og andre sten og mineraler gennem kappen og jordskorpen på få timer. Disse udbrud var korte, men mange gange mere kraftfulde end de vulkanudbrud, der finder sted i dag. Magmaen i disse udbrud stammer ifølge American Museum of Natural History fra tre gange dybere dybder end magmakilderne til vulkaner som Mount St. Helens.

Magmaen afkøledes til sidst inde i disse kimberlitrør og efterlod kegleformede årer af kimberlitsten, der indeholder diamanter.Kimberlit er en blålig sten, som diamantminearbejdere leder efter, når de leder efter nye diamantforekomster. Overfladen af diamantbærende kimberlitrør varierer fra 2 til 146 hektar (5 til 361 acres).

Diamanter kan også findes i flodlejer, som kaldes for aluvialdiamantlokaliteter. Det er diamanter, der stammer fra kimberlitrør, men som er blevet flyttet af geologisk aktivitet. Gletsjere og vand kan også flytte diamanter i tusindvis af kilometer fra deres oprindelige placering. I dag findes de fleste diamanter i Australien, Borneo, Brasilien, Rusland og flere afrikanske lande, herunder Sydafrika og Zaire.

Kimberlite Emplacement Models

Mitchell (1986) overvejer flere teorier og fremlægger en mere omfattende kritik af hver enkelt teori om placering.

1. Eksplosiv vulkanisme teori
2. Magmatisk (fluidisering) teori
3. Hydrovolkanisk teori

1. Eksplosiv vulkanisme teori

Denne teori indebærer sammenlægning af kimberlitmagma på lavtliggende dybder og den efterfølgende build-ıp af flygtige stoffer. Når trykket i denne lomme, der betegnes som et mellemkammer, er tilstrækkeligt til at overvinde belastningen af stenene ovenover, følger et udbrud. Man troede, at udbruddet havde sit epicenter ved kontakten med diatremfaciesen.

Da der er foretaget omfattende minedrift, er det klart, at denne teori er uholdbar. Der er ikke blevet fundet noget mellemliggende kammer i dybden.

2. Magmatisk teori

Den oprindelige fortaler for denne teori var Dowson (1971). Denblev efterfølgende udbygget af Clement (1982) og er blevet fremskyndet af Field og ScottSmith (1999)

Kimberlitmagma stiger op fra dybden med forskellige pulser, der opbygges som “embryonale rør”. Overfladen er ikke brudt, og de flygtige stoffer slipper ikke ud På et tidspunkt når de embryonale rør en tilstrækkelig lav dybde. hvorved trykket fra de flygtige stoffer er i stand til at overvinde belastningen fra de overliggende bjergarter. Efterhånden som de flygtige stoffer slipper ud, opstår der en kort periode med fluidisering. Fluidiseringen menes at være kortvarig, da fragmenterne almindeligvis er kantede.

3. Hydrovulkanisk teori

Den vigtigste fortaler for denne teori er Lorenz (1999).Kimberlites magmaer stiger op fra dybden gennem smalle 1m tykke sprækker. Kimberlitmagmaet er fokuseret langs strukturelle forkastninger, der fungerer som fokus for vand eller resulterende brecciation på grund af flygtig opløsning fra de opstigende kimberlitter kan fungere som et fokus for vand. Den brecciated rock bliver fyldt op med grundvand. En ny impuls af kimberlitmagma følger den strukturelle svaghed i klippen op til overfladen og kommer igen i kontakt med vand og forårsager endnu en eksplosion.

Kimberlitgeokemi

Kimberlitternes geokemi er defineret ved følgende parametre:

ultramafisk, MgO >12% og generelt >15%;

ultrapotasisk, molar K2O/Al2O3 >3;

næstenprimitiv Ni (>400 ppm), Cr (>1000 ppm), Co(>150 ppm);

REE-berigelse;

moderat til høj lithofilt element (LILE)-berigelse med store ioner, ΣLILE = >1.000 ppm;

høj H2O og CO2.

Kimberlitsammensætning

Både kimberlitiske magmas beliggenhed og oprindelse er genstand for uenighed. Deres ekstreme berigelse og geokemi har ført til mange spekulationer om deres oprindelse, hvor modeller placerer deres kilde i den subkontinentale litosfæriske kappe (SCLM) eller så dybt som i overgangszonen. Mekanismen for berigelsen har også været et emne af interesse med modeller, der omfatter delvis smeltning, assimilation af subduktedsediment eller afledning fra en primær magmakilde.

Historisk set er kimberlitter blevet klassificeret i to forskellige varianter kaldet “basaltiske” og “glimmer” baseret på petrografiske observationer. Dette blev senere revideret af CB Smith, som omdøbte “gruppe I” og “gruppe II” af disse grupper baseret på disse bjergarters isotopiske affiniteter ved hjælp af Nd-, Sr- og Pb-systemer. Roger Mitchelllater foreslog, at disse kimberlitter i gruppe I og II skulle vises. Disse indlysendeforskelle er måske ikke så nært beslægtede, som man engang troede. II. Grupperne viste, at kimberlitterne viste større tendens til lampoliner end gruppe I. Derfor omklassificerede gruppe II kimberlitterne som orange for at undgå forvirring.

Kimberlitter i gruppe I

Kimberlitter i gruppe I består af CO2-rige ultramafiske kaliumholdige magmafiske bjergarter, der domineres af primær forsteritisk olivin og karbonatmineraler med en spormineralsammensætning af magnesisk ilmenit, krompyrope, almandinpyrope, kromdiopsid (i nogle tilfælde subkalcitisk), phlogopit, enstatit og Ti-fattig kromit. Kimberlitter i gruppe I udviser en karakteristisk, kvigranulær tekstur forårsaget af makrokrystaller (0,5-10 mm eller 0,020-0,394 tommer) til megakrystaller (10-200 mm eller 0,39-7,87 tommer) af olivin, pyrop, kromdiopsid, magnesiansk ilmenit og phlogopit i en fin- til mellemkornet grundmasse.

Olivinlamproitter

Olivinlamproitter blev tidligere kaldt gruppe IIkimberlit eller orangeit som reaktion på den fejlagtige opfattelse, at de kun forekom i Sydafrika. Deres forekomst og petrologi er imidlertid identiske globalt set og bør ikke fejlagtigt omtales som kimberlit.Olivinelamproitter er ultrapotasiske, peralkaline bjergarter, der er rige på flygtige stoffer (overvejendeH2O). Det karakteristiske kendetegn ved olivinlamproitter er phlogopitmakrokrystaller og mikrofænokrystaller sammen med grundmassemikas, der varierer i sammensætning fra phlogopit til “tetraferriphlogopit” (anomal Al-fattig phlogopit, der kræver Fe for at komme ind på tetraederpladsen). Resorberede olivin-makrokrystaller og euedriske primærkrystaller af grundmasseolivin er almindelige, men ikke væsentlige bestanddele.

Kimberlitiske indikatormineraler

Kimberlitter er ejendommelige magmatiske bjergarter, fordi de indeholder en række forskellige mineralarter med kemiske sammensætninger, der tyder på, at de er dannet under højt tryk og høj temperatur i kappen. Disse mineraler, såsom kromdiopsid (en pyroxen), kromspineller, magnesisk ilmenit og pyrope granater, der er rige på krom, er generelt fraværende i de fleste andre magmatiske bjergarter, hvilket gør dem særligt nyttige som indikatorer for kimberlitter.

Kimberlitternes økonomiske betydning

Kimberlitter er den vigtigste kilde til diamanter i verden. Der er blevet opdaget ca. 6.400 kimberlitrør i verden, hvoraf ca. 900 er blevet klassificeret som diamantholdige, og af dem har lidt over 30 været økonomiske nok til at udvinde diamanter.

Forsekomsterne i Kimberley, Sydafrika, blev først anerkendt og har givet navn til dem. Kimberley-diamanterne blev oprindeligt fundet i forvitret kimberlit, som var gulfarvet af limonit og derfor blev kaldt “yellow ground”. I dybere arbejder blev der fundet mindre forandret sten, serpentiniseret kimberlit, som minearbejderne kalder “blueground”.

Den blå og den gule grund var begge produktive producenter af diamanter. Efter at den gule grund var blevet udtømt, skar minearbejdere i slutningen af det 19. århundrede ved et uheld i den blå grund og fandt diamanter af ædelstenskvalitet i store mængder. Den økonomiske betydning på det tidspunkt var så stor, at minearbejderne, da der blev fundet en strøm af diamanter, underbød hinandens priser og til sidst sænkede diamanternes værdi ned til prisen på kort tid.

Kimberlitdannelse

Den generelle konsensus er, at kimberlitter dannes dybt inde i kappen i dybder på mellem 150 og 450 kilometer fra anomalt berigede eksotiske kappesammensætninger. De bryder hurtigt og voldsomt ud, ofte med frigivelse af betydelige mængder af kuldioxid (CO2) og flygtige komponenter. De voldsomme eksplosioner producerer lodrette søjler af sten – vulkanske rør eller kimberlitrør – der stiger op fra magma-reservoirerne.Kimberlitterne er på grund af smeltedybden og dannelsesprocessen tilbøjelige til at rumme diamantxenokrysterne.

Kimberlitrørenes morfologi varierer, men omfatter generelt et kompleks af lodret nedadgående diger i roden af røret, der strækker sig ned til kappen. Inden for 1,5-2 kilometer (km) fra overfladen, når magmaet eksploderer opad, udvider det sig til at danne en kegleformet til cylindrisk zone kaldet diatret, som bryder ud til overfladen.

Overfladeudtrykket er sjældent bevaret, men det ligner normalt en maarvulkan. Diameteren af et kimberlitrør ved overfladen er typisk et par hundrede meter til en kilometer.

Mange kimberlitrør menes at være dannet for omkring 70 til 150 millioner år siden, men i det sydlige Afrika er der flere, der er dannet for mellem 60 til 1.600 millioner år siden (Mitchell, 1995, p. 16).

Konklusion

• Kimberlitmagmaer er rige på kuldioxid og vand, hvilket bringer magmaen hurtigt og voldsomt op i kappen.
• Kimberlit er en gasrig kaliumholdig ultramafiktær bjergart.
• Auistralien er i øjeblikket verdens størsteproducent af diamanter er af lav kvalitet og bruges til industrielle formål.
• Kimnerlit med kraterfacies er genkendt afsedimentære træk.
• Diaterfaciesen er genkendt ved pelletallapilli.
• Den hypabyssale facies er almindeligvis genkendt vedsegregationær tekstur og tilstedeværelsen af rigelig cancit.

• Bonewitz, R. (2012). Bjergarter og mineraler. 2. udgave.London: DK Publishing.
• Kurszlaukis, S., & Fulop, A. (2013). Factorscontrolling the internal facies architecture of maar-diatreme volcanoes.Bulletin of Volcanology, 75(11), 761.
• Wikipedia contributors. (2019, 14. februar).Kimberlite. I Wikipedia, Den frie encyklopædi. Hentet 16:10, 11. maj 2019,fra https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063