Kimberlit

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Kimberlit ist ein Eruptivgestein, das eine wichtige Quelle für Diamanten darstellt. Kimberlit ist eine Variante von Peridotit. Es ist reich an Glimmermineralen und liegt oft in Form von Phlogopitkristallen vor. Andere häufig vorkommende Mineralien sind Chromdiasid, Olivin sowie chrom- und pyrophaltiger Granat. Kimberlit kommt in der Regel in Röhren vor, d. h. in Strukturen mit vertikalen Rändern, die im Querschnitt etwa kreisförmig sind. Das Gestein kann in die Schwachstellen des Erdmantels injiziert worden sein. In Kimberliten werden oft Teile des Mantelgesteins an die Oberfläche gebracht, was sie zu einer wertvollen Quelle für Informationen über das Innere der Erde macht.

Trotz seiner relativen Seltenheit hat Kimberlit Aufmerksamkeit erregt, weil er als Träger von Diamanten und Granatperidot-Mantel-Xenolithen an die Erdoberfläche dient. Seine wahrscheinliche Herkunft aus größeren Tiefen als jede andere magmatische Gesteinsart und die extreme Magmazusammensetzung, die sich in einem niedrigen Siliziumdioxidgehalt und einer hohen Anreicherung inkompatibler Spurenelemente widerspiegelt, machen ein Verständnis der Petrogenese von Kimberlit wichtig. In dieser Hinsicht hat die Untersuchung von Kimberlit das Potenzial, Informationen über die Zusammensetzung des tiefen Mantels und Schmelzprozesse zu liefern, die an oder nahe der Grenzfläche zwischen der kratonischen kontinentalen Lithosphäre und dem darunter liegenden konvektiven asthenosphärischen Mantel ablaufen.

Name Ursprung: Das Gestein Kimberlit wurde nach Kimberley, Südafrika, benannt, wo es erstmals entdeckt wurde. Kimberley-Diamanten wurden ursprünglich in verwittertem Kimberlit gefunden, der durch Limonit gelb gefärbt war und daher als Yellow Ground bezeichnet wurde.

Tieferer Abbau ergab weniger verändertes Gestein, serpentinisierten Kimberlit, den die Bergleute als Blue Ground bezeichnen.

Kimberlit-Klassifizierung

Basierend auf Studien über eine große Anzahl von Kimberlit-Lagerstätten, unterteilten Geologen die Kimberlite in 3 separate Einheiten auf der Grundlage ihrer Morphologie und Petrologie.

Diese Einheiten sind:

1. Kraterfazies-Kimberlit
2. Diatremefazies-Kimberlit
3. Hypabyssalfazies-Kimberlit

1) Kraterfazies-Kimberlit

Die Oberflächenmorphologie eines unverwitterten Kimberlits ist durch einen Krater charakterisiert, mit einem Durchmesser von bis zu 2 Kilometern, dessen Boden mehrere hundert Meter unter dem Bodenniveau liegen kann. Der Krater ist im Allgemeinen in der Mitte am tiefsten. Um den Krater herum befindet sich ein Tuffsteinring, der im Vergleich zum Durchmesser des Kraters relativ klein ist, im Allgemeinen weniger als 30 Meter. Im Kraterfazies-Kimberlit finden sich zwei Hauptkategorien von Gesteinen: pyroklastische Gesteine, die durch eruptive Kräfte abgelagert wurden, und epiklastische Gesteine, bei denen es sich um vom Wasser überarbeitete Gesteine handelt.

2) Diatremfazies-Kimberlit

Kimberlitdiatreme sind 1-2 Kilometer tiefe, im Allgemeinen karottenförmige Körper, die an der Oberfläche kreisförmig bis elliptisch sind und sich in die Tiefe verjüngen. Der Neigungskontakt mit dem Wirtsgestein beträgt gewöhnlich 80-85 Grad. Die Zone ist durch fragmentiertes vulkanoklastisches kimberlitisches Material und Xenolithe gekennzeichnet, die während der Reise der Kimberlite an die Oberfläche aus verschiedenen Ebenen der Erdkruste herausgelöst wurden. Einige Texturmerkmale von Kimberlit der Diatrem-Fazies:

3) Kimberlit der Hypabyssal-Fazies

Diese Gesteine entstehen durch die Kristallisation von heißem, flüchtigem Kimberlit-Magma. Im Allgemeinen weisen sie keine Fragmentierungsmerkmale auf und erscheinen magmatisch. Einige Texturmerkmale: Kalzit-Serpentin-Ablagerungen in der Matrix; kugelförmige Ablagerungen von Kimberlit in einer karbonatreichen Matrix; Gesteinsfragmente wurden metamorphosiert oder weisen konzentrische Zonierung auf; eine ungleichmäßige Textur erzeugt eine pseudoporphyritische Textur.

Kohlenstoff und Kimberlit

Kohlenstoff ist eines der häufigsten Elemente der Welt und eine der vier Grundvoraussetzungen für die Existenz von Leben. Der Mensch besteht zu mehr als 18 Prozent aus Kohlenstoff. Die Luft, die wir atmen, enthält Spuren von Kohlenstoff. In der Natur kommt Kohlenstoff in drei Grundformen vor:

Diamant – ein extrem harter, klarer Kristall

Diamanten bilden sich etwa 161 km (100 Meilen) unter der Erdoberfläche, im geschmolzenen Gestein des Erdmantels, der die richtige Menge an Druck und Hitze bietet, um Kohlenstoff in Diamant umzuwandeln. Damit ein Diamant entstehen kann, muss der Kohlenstoff einem Druck von mindestens 435.113 Pfund pro Quadratzoll (psi oder 30 Kilobar) und einer Temperatur von mindestens 752 Grad Fahrenheit (400 Celsius) ausgesetzt sein. Wenn die Bedingungen unter einen dieser beiden Punkte fallen, entsteht Graphit. In einer Tiefe von 93 Meilen (150 km) oder mehr steigt der Druck auf etwa 725.189 psi (50 Kilobar) und die Hitze kann 2.192 F (1.200 C) übersteigen. Die meisten Diamanten, die wir heute sehen, sind vor Millionen (wenn nicht Milliarden) von Jahren entstanden. Starke Magmaeruptionen brachten die Diamanten an die Oberfläche und ließen Kimberlit-Röhren entstehen.

Kimberlit-Röhren entstehen, wenn Magma durch tiefe Risse in der Erde fließt. Das Magma in den Kimberlit-Röhren wirkt wie ein Fahrstuhl und drückt die Diamanten und andere Gesteine und Mineralien in nur wenigen Stunden durch den Erdmantel und die Erdkruste. Diese Eruptionen waren kurz, aber um ein Vielfaches stärker als heutige Vulkanausbrüche. Nach Angaben des American Museum of Natural History stammt das Magma bei diesen Ausbrüchen aus einer Tiefe, die dreimal tiefer liegt als die Magmaquelle von Vulkanen wie dem Mount St. Helens.

Das Magma kühlte schließlich im Inneren dieser Kimberlit-Röhren ab und hinterließ kegelförmige Adern aus Kimberlitgestein, die Diamanten enthalten.Kimberlit ist ein bläuliches Gestein, nach dem Diamantenschürfer bei der Suche nach neuen Diamantenvorkommen suchen. Die Fläche der diamantenhaltigen Kimberlit-Röhren liegt zwischen 2 und 146 Hektar.

Diamanten können auch in Flussbetten gefunden werden, die als alluviale Diamantenvorkommen bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um Diamanten, die aus Kimberlit-Röhren stammen, aber durch geologische Aktivitäten bewegt werden. Auch Gletscher und Wasser können Diamanten Tausende von Kilometern von ihrem ursprünglichen Standort wegbewegen. Heute werden die meisten Diamanten in Australien, Borneo, Brasilien, Russland und mehreren afrikanischen Ländern, darunter Südafrika und Zaire, gefunden.

Kimberlit-Verschiebungsmodelle

Mitchell (1986) zieht mehrere Theorien in Betracht und stellt eine umfassendere Kritik an jeder Verschiebungstheorie vor.

1. Theorie des explosiven Vulkanismus
2. Theorie des Magmatismus (Verflüssigung)
3. Theorie des Hydrovulkanismus

1. Theorie des explosiven Vulkanismus

Diese Theorie beinhaltet die Ansammlung von Kimberlit-Magma in geringer Tiefe und den anschließenden Aufbau von flüchtigen Bestandteilen. Wenn der Druck in dieser Tasche, die als Zwischenkammer bezeichnet wird, ausreicht, um die Last des darüber liegenden Gesteins zu überwinden, kommt es zu einer Eruption. Das Epizentrum der Eruption wurde am Kontakt der Diatrem-Fazies vermutet.

Durch umfangreiche Bergbauarbeiten wurde deutlich, dass diese Theorie nicht haltbar ist. Es wurde keine Zwischenkammer in der Tiefe gefunden.

2. Magmatische Theorie

Der ursprüngliche Verfechter dieser Theorie war Dowson (1971). Sie wurde später von Clement (1982) weiterentwickelt und von Field und ScottSmith (1999) vorangetrieben.

Kimberlit-Magma steigt aus der Tiefe mit verschiedenen Pulsen auf, die als „embryonale Rohre“ bezeichnet werden. Die Oberfläche wird nicht durchbrochen und die flüchtigen Stoffe entweichen nicht. Irgendwann erreichen die embryonalen Rohre eine ausreichend geringe Tiefe. Dann ist der Druck der flüchtigen Stoffe in der Lage, die Last des darüber liegenden Gesteins zu überwinden. Während die flüchtigen Stoffe entweichen, kommt es zu einer kurzen Phase der Fluidisierung. Man geht davon aus, dass die Fluidisierung nur von kurzer Dauer ist, da die Fragmente in der Regel kantig sind.

3. Hydrovulkanische Theorie

Der Hauptvertreter dieser Theorie ist Lorenz (1999).Kimberlit-Magma steigt aus der Tiefe durch schmale, 1 m dicke Klüfte auf. Das Kimberlit-Magma konzentriert sich entlang struktureller Verwerfungen, die als Brennpunkte für Wasser fungieren, oder die daraus resultierende Brekziation aufgrund der flüchtigen Exsolution aus den aufsteigenden Kimberliten kann als Brennpunkt für Wasser fungieren. Das brekziöse Gestein wird mit Grundwasser angereichert. Ein weiterer Impuls von Kimberlitmagma folgt der strukturellen Schwäche des Gesteins an die Oberfläche und kommt erneut mit Wasser in Kontakt, was eine weitere Explosion auslöst.

Geochemie der Kimberlite

Die Geochemie der Kimberlite wird durch die folgenden Parameter definiert:

ultramafisch, MgO >12% und in der Regel >15%;

ultrapotassisch, molares K2O/Al2O3 >3;

near-primitive Ni (>400 ppm), Cr (>1000 ppm), Co(>150 ppm);

REE-Anreicherung;

moderate bis hohe Anreicherung von lithophilen Elementen mit großen Ionen (LILE), ΣLILE = >1.000 ppm;

hohes H2O und CO2.

Kimberlit-Zusammensetzung

Sowohl die Lage als auch die Herkunft der kimberlitischen Magmen sind umstritten. Ihre extreme Anreicherung und Geochemie haben zu zahlreichen Spekulationen über ihren Ursprung geführt, wobei Modelle ihre Quelle im subkontinentalen lithosphärischen Mantel (SCLM) oder sogar tief in der Übergangszone verorten. Auch der Mechanismus der Anreicherung ist von Interesse, wobei Modelle wie partielles Aufschmelzen, Assimilation von subduzierten Sedimenten oder Ableitung aus einer primären Magmaquelle in Betracht gezogen werden.

Historisch wurden Kimberlite auf der Grundlage von petrographischen Beobachtungen in zwei verschiedene Sorten eingeteilt: „basaltisch“ und „glimmerhaltig“. Diese Einteilung wurde später von CB Smith revidiert, der diese Gruppen auf der Grundlage der isotopischen Affinitäten dieser Gesteine unter Verwendung von Nd-, Sr- und Pb-Systemen in „Gruppe I“ und „Gruppe II“ umbenannte. Roger Mitchelllater schlug vor, diese Kimberlite der Gruppen I und II anzuzeigen. Diese offensichtlichen Unterschiede sind möglicherweise nicht so eng miteinander verwandt, wie man früher dachte. II. Die Gruppen zeigten, dass die Kimberlite mehr zu den Lampolinen tendierten als die Gruppe I. Daher ordnete die Gruppe II die Kimberlite neu als orange ein, um Verwechslungen zu vermeiden.

Kimberlite der Gruppe I

Die Kimberlite der Gruppe I bestehen aus CO2-reichem ultramafischem Kaligestein, das von primärem forsteritischem Olivin und Karbonatmineralen dominiert wird, mit einer Spurenmineralgruppe aus magnesischem Ilmenit, Chrompyrop, Almandinpyrop, Chromdiopsid (in einigen Fällen subkalzifisch), Phlogopit, Enstatit und tiarmem Chromit. Kimberlite der Gruppe I weisen eine ausgeprägte einquigranulare Textur auf, die durch makrokristalline (0,5-10 mm oder 0,020-0,394 in) bis tomegakristalline (10-200 mm oder 0,39-7,87 in) Phänokristalle aus Olivin, Pyrop, Chromdiopsid, magnesischem Ilmenit und Phlogopit in einer fein- bis mittelkörnigen Grundmasse verursacht wird.

Olivin-Lamproite

Olivin-Lamproite wurden früher als Gruppe II-Kimberlit oder Orangeit bezeichnet, weil man fälschlicherweise glaubte, sie kämen nur in Südafrika vor. Ihr Vorkommen und ihre Petrologie sind jedoch weltweit identisch und sollten nicht fälschlicherweise als Kimberlit bezeichnet werden.Olivin-Lamproite sind ultrapotassische, peralkalische Gesteine, die reich an flüchtigen Bestandteilen (überwiegend H2O) sind. Das charakteristische Merkmal der Olivinamproite sind Phlogopitmakrokristalle und Mikrophenokristalle sowie Grundmassenglimmer, die in ihrer Zusammensetzung von Phlogopit bis zu „Tetraferriphlogopit“ (anomal Al-armer Phlogopit, der Fe benötigt, um in die tetraedrische Stellung zu gelangen) variieren. Resorbierte Olivin-Makrokristalle und euedrische Primärkristalle aus Grundmasse-Olivin sind häufige, aber nicht wesentliche Bestandteile.

Kimberlit-Indikatorminerale

Kimberlite sind besondere Eruptivgesteine, da sie eine Vielzahl von Mineralien mit chemischen Zusammensetzungen enthalten, die darauf hindeuten, dass sie unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen im Erdmantel gebildet wurden. Diese Minerale, wie Chromdiopsid (ein Pyroxen), Chromspinell, magnesiumhaltiger Ilmenit und chromreiche Pyropgranate, sind in den meisten anderen magmatischen Gesteinen nicht vorhanden und eignen sich daher besonders gut als Indikatoren für Kimberlite.

Wirtschaftliche Bedeutung von Kimberlit

Kimberlite sind die wichtigste Diamantenquelle der Welt. Weltweit wurden etwa 6.400 Kimberlit-Röhren entdeckt, von denen etwa 900 als diamantenhaltig eingestuft wurden und von denen nur etwas mehr als 30 wirtschaftlich genug waren, um Diamanten abzubauen.

Die Vorkommen in Kimberley, Südafrika, wurden als erste erkannt und gaben ihnen ihren Namen. Die Kimberley-Diamanten wurden ursprünglich in verwittertem Kimberlit gefunden, der durch Limonit gelb gefärbt war und deshalb „Yellow Ground“ genannt wurde. Tiefer liegende Gruben stießen auf weniger verändertes Gestein, auf serpentinisierten Kimberlit, den die Bergleute als „blueground“ bezeichneten.

Der blaue und der gelbe Boden waren beide ergiebige Produzenten von Diamanten. Nachdem der gelbe Grund erschöpft war, schnitten Bergleute im späten 19. Jahrhundert zufällig in den blauen Grund und fanden Diamanten in Edelsteinqualität in großer Menge. Die wirtschaftliche Bedeutung dieser Zeit war so groß, dass die Bergleute mit einer Flut von Diamantenfunden die Preise der anderen unterboten und schließlich den Wert der Diamanten in kurzer Zeit auf den Selbstkostenpreis senkten.

Kimberlitformation

Allgemeiner Konsens ist, dass sich Kimberlite tief im Erdmantel, in Tiefen zwischen 150 und 450 Kilometern, aus anomal angereicherten exotischen Mantelzusammensetzungen bilden. Sie brechen schnell und heftig aus, oft unter Freisetzung erheblicher Mengen von Kohlendioxid (CO2) und flüchtigen Bestandteilen. Die heftigen Explosionen erzeugen vertikale Gesteinssäulen – vulkanische Röhren oder Kimberlit-Röhren -, die aus den Magmareservoirs aufsteigen.

Die Morphologie von Kimberlit-Röhren ist unterschiedlich, umfasst aber im Allgemeinen einen flächigen Deichkomplex aus vertikal abfallenden Zubringerdeichen in der Wurzel der Röhre, der sich bis in den Mantel erstreckt. Innerhalb von 1,5 bis 2 Kilometern (km) von der Oberfläche dehnt sich das Magma bei der Explosion nach oben aus und bildet eine kegel- bis zylinderförmige Zone, die Diatrem genannt wird und an die Oberfläche ausbricht.

Die Oberflächenform ist selten erhalten, ähnelt aber in der Regel einem Maarvulkan. Der Durchmesser einer Kimberlit-Röhre an der Oberfläche beträgt typischerweise einige hundert Meter bis zu einem Kilometer.

Viele Kimberlit-Röhren sind vermutlich vor 70 bis 150 Millionen Jahren entstanden, aber im südlichen Afrika gibt es mehrere, die vor 60 bis 1.600 Millionen Jahren entstanden sind (Mitchell, 1995, S. 16).

Schlussfolgerung

• Kimberlit-Magmen sind reich an Kohlendioxid und Wasser, das das Magma schnell und heftig in den Erdmantel bringt.
• Kimberlit ist ein gasreiches kalihaltiges ultramafizines Gestein.
• Auistral ist derzeit der weltweit größte Produzent von Diamanten, die von geringer Qualität sind und für industrielle Zwecke verwendet werden.
• Die Kraterfazies Kimnerlit ist durch sedimentäre Merkmale erkennbar.
• Die Diatrem-Fazies wird durch Pelletallapilli erkannt.
• Die Hypabyssal-Fazies şs wird allgemein durchsegregationäre Textur und das Vorhandensein von reichlich Cancite erkannt.

• Bonewitz, R. (2012). Gesteine und Mineralien. 2nd ed.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, February 14).Kimberlite. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Abgerufen am 16:10, 11. Mai 2019,von https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063

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