Kimberliitti

• 

• 

Kimberliitti on magmakivi, joka on merkittävä timanttien lähde. Kimberliitti on peridotiitin lajike. Se sisältää runsaasti kiillemineraaleja ja on usein flogopiittikiteiden muodossa. Muita runsaasti esiintyviä mineraaleja ovat kromidiopsidi, oliviini sekä runsaasti kromia ja pyropeja sisältävä granaatti. Kimberliitti esiintyy tyypillisesti putkissa – rakenteissa, joissa on pystysuorat reunat ja jotka ovat poikkileikkaukseltaan suunnilleen pyöreitä. Kivi on ehkä ruiskutettu vaipan heikkousalueille. Kimberliiteissä tuodaan usein pinnalle osia vaippakivistä, mikä tekee niistä arvokkaan tietolähteen sisäisestä maailmasta.

Suhteellisesta harvinaisuudestaan huolimatta kimberliitti on herättänyt huomiota, koska se toimii timanttien ja granaattiperidotiittimanteliksenoliittien kuljettajana maan pinnalle. Koska kimberliitti on todennäköisesti peräisin syvyydestä, joka on suurempi kuin mikään muu magmakivilaji, ja koska sen magman koostumus on äärimmäinen, mikä näkyy matalana piidioksidipitoisuutena ja korkeana yhteensopimattomien raakametallien rikastuneisuutena, kimberliitin petrogeneesin ymmärtäminen on tärkeää. Tältä osin kimberliittien tutkiminen voi antaa tietoa syvän vaipan koostumuksesta ja sulamisprosesseista, jotka tapahtuvat kratonisen mantereisen litosfäärin ja sen alla olevan konvektoivan astenosfäärisen vaipan rajapinnassa tai sen läheisyydessä.

Nimen alkuperä: Kalliokimberliitti on nimetty Kimberleyn (Etelä-Afrikka) mukaan, jossa se tunnistettiin ensimmäisen kerran. Kimberleyn timantteja löydettiin alunperin säätyneestä kimberliitistä,jonka limoniitti värjäsi keltaiseksi,ja sitä kutsuttiin siksi keltaiseksi maaksi.Syvemmillä louhoksilla tuotettiin vähemmän muuttunutta kiveä,serpentinoitunutta kimberliittiä,jota kaivostyöläiset kutsuvat siniseksi maaksi.

Kimberliittien luokittelu

Tutkimusten perusteella,jotka on tehty lukuisista kimberliittiesiintymistä,geologit jakoivat kimberliitit kolmeen erilliseen yksikköön,jotka pohjautuvat niiden morfologiaan ja petrologiaan.

Nämä yksiköt ovat:

1. Crater Facies Kimberlite
2. Diatreme Facies Kimberlite
3. Hypabyssal Facies Kimberlite

1) Crater Facies Kimberlite

Pintamorfologialtaan kutistumattoman kimberliitin pintamorfologialle on tyypillistä kraatteri, halkaisijaltaan jopa 2 kilometriä, jonka pohja voi olla useita satoja metrejä maanpinnan alapuolella. Kraatteri on yleensä syvimmillään keskellä. Kraatterin ympärillä on tuffikehä, joka on kraatterin halkaisijaan nähden suhteellisen pieni, yleensä alle 30 metriä. Kraatterikimberliitissä on kaksi kivilajiryhmää: pyroklastiset kivet, jotka ovat kerrostuneet purkautumisvoimien vaikutuksesta, ja epiklastiset kivet, jotka ovat veden muokkaamia kiviä.

2) Kimberliittien diatreemit

Kimberliittien diatreemit ovat 1-2 kilometrin syvyisiä, yleensä porkkananmuotoisia kappaleita, jotka ovat pinnalta pyöreitä tai ellipsinmuotoisia, ja jotka kapenevat pinnan syvyydessä. Kallistuskontakti isäntäkiviin on yleensä 80-85 astetta. Vyöhykkeelle on ominaista pirstoutunut vulkanoklastinen kimberliittimateriaali ja ksenoliitit, jotka on poimittu maankuoren eri kerroksista kimberliitin matkan aikana maan pinnalle. Joitakin Diatreme FaciesKimberliitin tekstuuripiirteitä:

3) Hypabyssal Facies Kimberliitti

Nämä kivet muodostuvat kuuman, haihtuvapitoisen kimberliittimagman kiteytyessä. Yleensä niistä puuttuu pirstoutumispiirteitä ja ne näyttävät magneettisilta. Joitakin tekstuuripiirteitä: Kivilohkareet ovat metamorfoituneet tai niissä on konsentrinen vyöhykkeisyys; epäsymmetrinen rakenne luo pseudoporfyriittisen rakenteen.

Hiili ja kimberliitti

Hiili on yksi maailman yleisimmistä alkuaineista ja on yksi neljästä välttämättömästä alkuaineesta elämän olemassaololle. Ihminen koostuu yli18 prosenttisesti hiilestä. Hengittämämme ilma sisältää hiilen jäämiä. Luonnossa hiiltä esiintyy kolmessa perusmuodossa:

Timantti – erittäin kova, kirkas kristalli

Timantti muodostuu noin 161 km:n syvyydessä maan pinnan alapuolella sulassa kivessä maan vaipassa, jossa on sopiva määrä painetta ja lämpöä hiilen muuttamiseksi timantiksi. Jotta timantti syntyisi, hiilen on oltava vähintään 435 113 punnan neliötuuman (psi tai 30 kilobarin) paineen alaisena vähintään 752 celsiusasteen (400 celsiusasteen) lämpötilassa. Jos olosuhteet alittavat jommankumman näistä kahdesta pisteestä, syntyy grafiittia. Yli 150 kilometrin (93 mailin) syvyydessä paine nousee noin 50 kilobaariin (725,189 psi) ja lämpö voi nousta yli 1 200 celsiusasteeseen (2 192 F). Suurin osa nykyisistä timanteista on muodostunut miljoonia (ellei miljardeja) vuosia sitten. Voimakkaat magmanpurkaukset toivat timantit maanpinnalle ja synnyttivät kimberliittiputkia.

Kimberliittiputket syntyvät, kun magma virtaa syvien maanmurtumien läpi. Kimberliittiputkien sisällä oleva magma toimii kuin hissi, joka työntää timantit ja muut kivet ja mineraalit vaipan ja kuoren läpi muutamassa tunnissa. Nämä purkaukset olivat lyhyitä, mutta monin verroin voimakkaampia kuin nykyään tapahtuvat tulivuorenpurkaukset. American Museum of Natural Historyn mukaan näiden purkausten magma syntyi kolme kertaa syvemmältä kuin St. Helensin kaltaisten tulivuorten magmalähde.

Magma jäähtyi lopulta näiden kimberliittiputkien sisällä jättäen jälkeensä kartiomaisia kimberliittisuonia, jotka sisältävät timantteja.Kimberliitti on sinertävää kiveä, jota timanttikaivostyöläiset etsivät etsiessään uusia timanttiesiintymiä. Timanttipitoisten kimberliittiputkien pinta-ala vaihtelee 2-146 hehtaarin välillä.

Timantteja voi löytyä myös jokien uomista, joita kutsutaan alluviaalisiksi timanttikohteiksi. Nämä ovat timantteja, jotka ovat peräisin kimberliittiputkista,mutta joita geologinen toiminta siirtää. Jäätiköt ja vesi voivat myös siirtää timantteja tuhansia kilometrejä niiden alkuperäisestä sijainnista. Nykyään eniten timantteja löytyy Australiasta, Borneolta, Brasiliasta, Venäjältä ja useista Afrikan maista, kuten Etelä-Afrikasta ja Zairesta.

Kimberliittien sijoittumismallit

Mitchell (1986) tarkastelee useita teorioita ja esittää kattavamman kritiikin jokaisesta sijoittumisteoriasta.

1. Räjähdysvulkanismiteoria
2. Magmaattinen (fluidisaatio) teoria
3. Hydrovulkanistinen teoria

1. Räjähdysvulkanismiteoria

Tämä teoria käsittää kimberliittien magman kerääntymisen matalissa syvyyksissä ja sen jälkeisen haihtuvien ainesten kerääntymisen. Kun paine tässä taskussa, jota kutsutaan välikammioksi, on riittävä voittamaan yläpuolella olevien kivien kuormituksen, seuraa purkaus. Purkauksen epikeskuksen uskottiin sijaitsevan diatreemifasieksen kontaktissa.

Laajojen kaivausten ansiosta on selvää, että tämä teoria ei pidä paikkaansa. Syvyydeltä ei ole löydetty välikammiota.

2. Magmaattinen teoria

Tämän teorian alkuperäinen kannattaja oli Dowson (1971). Itwas subsequntly built upon by Clement (1982) and is pushed by Field and ScottSmith (1999)

Kimberliitti magma nousee syvyydestä eri pulsseja buildingtermed as ”embryonic pipes”. Pintaa ei rikota, eivätkä haihtuvat aineet pääse ulos Jossain vaiheessa alkioputket saavuttavat riittävän matalan syvyyden. Tällöin haihtuvien aineiden paine pystyy voittamaan yläpuolisen kallion kuormituksen. Kun haihtuvat aineet pakenevat, syntyy lyhyt nesteytysjakso. Fluidisaation uskotaan olevan lyhytkestoista, koska fragmentit ovat yleisesti kulmikkaita.

3. Hydrovulkaniittinen teoria

Tämän teorian tärkein kannattaja on Lorenz (1999).Kimberliittien magmat nousevat syvyydestä kapeiden 1 metrin paksuisten halkeamien läpi. Kimberliittien magma keskittyy rakenteellisia rikkonaisuuksia pitkin, jotka toimivat keskittyminä vedelle, tai nousevien kimberliittien haihtuvien aineiden liukenemisesta johtuva breksioituminen voi toimia keskittymänä vedelle. Breksioitunut kallio täyttyy pohjavedellä. Toinen kimberliittimagman pulssi seuraa kallion rakenteellista heikkoutta pintaan ja joutuu jälleen kosketuksiin veden kanssa aiheuttaen uuden räjähdyksen.

Kimberliittien geokemia

Kimberliittien geokemia määritellään seuraavien parametrien avulla:

REE-rikastuminen;

kohtalainen tai korkea suurten ionien litofiilisten alkuaineiden (LILE) rikastuminen, ΣLILE = >1000 ppm;

korkea H2O ja CO2.

Kimberliitin koostumus

Kimberliittisten magmojen sijainnista ja alkuperästä kiistellään. Niiden äärimmäinen rikastuminen ja geokemia ovat johtaneet runsaasti spekulaatioita niiden alkuperästä, ja mallit sijoittavat niiden lähteen subkontinentaaliseen litosfäärivaippaan (SCLM) tai jopa syvälle siirtymävyöhykkeelle. Myös rikastumismekanismi on ollut kiinnostuksen kohteena, ja mallit ovat sisältäneet osittaisen sulamisen, subduktiokiviaineksen assimilaation tai primäärisestä magmalähteestä peräisin olemisen.

Historiallisesti kimberliitit on luokiteltu petrografisten havaintojen perusteella kahteen eri lajiin, joita on kutsuttu nimillä ”basalttinen” ja ”micaceous”. Myöhemmin CB Smith tarkisti tätä luokittelua ja nimesi nämä ryhmät uudelleen ”ryhmä I” ja ”ryhmä II” näiden kivien isotooppisten sukulaisuuksien perusteella käyttäen Nd-, Sr- ja Pb-järjestelmiä. Roger Mitchelllater ehdotti näiden ryhmän I ja II kimberliittien esittämistä. Nämä ilmeiseterot eivät ehkä olekaan niin läheisessä yhteydessä toisiinsa kuin kerran luultiin. II. Ryhmät osoittivat, että kimberliiteissä oli enemmän taipumusta lampoliineihin kuin ryhmässä I. Siksi ryhmä II luokitteli kimberliitit uudelleen oransseiksi sekaannusten välttämiseksi.

Ryhmän I kimberliitit

Ryhmän I kimberliitit ovat hiilidioksidipitoisia ultramafisia kalimaasälpäkiviä, joita hallitsevat primääriset forsteriittiset oliviini- ja karbonaattimineraalit, ja niiden jälkimineraalien joukossa on magnesian ilmeniittiä, kromipyroppia, almandiinipyroppia, kromidiopsidia (joissakin tapauksissa subkalsiittista laatua olevaa kromidiopsidia), flogopiittia, enstaattisia kiviä, sekä Ti-kiinnittymättöminä pidettävää kromiittia. Ryhmä I:n kimberliiteillä on omaleimainenine-kvigranulaarinen rakenne, joka johtuu oliviinin, pyropin, kromidiopsidin, magnesiitti-ilmeniitin ja flogopiitin makrokiteisistä (0,5-10 mm) ja malmikiteisistä (10-200 mm) fenokiteistä (0,39-7,87 tuumaa), jotka ovat hieno- ja keskirakeisessa perusmassassa.

Oliviinilamproiitit

Oliviinilamproiitteja kutsuttiin aiemmin ryhmän IIkimberliitiksi tai orankeiitiksi sen virheellisen käsityksen perusteella, että niitä esiintyi vain Etelä-Afrikassa. Niiden esiintyminen ja petrologia ovat kuitenkin maailmanlaajuisesti samanlaisia, eikä niitä pitäisi virheellisesti kutsua kimberliiteiksi.Oliviinilamproiitit ovat ultrapotaskaalisia, peralkalisia kiviä, joissa on runsaasti haihtuvia aineita (pääasiassaH2O). Oliviinilamproiittien erityispiirre on flogopiittimakrokristallit ja mikrofenokristallit sekä pohjamassan kiillegneissejä, jotka vaihtelevat koostumukseltaan flogopiitista tetraferriflogopiittiin (poikkeuksellisenAl-köyhää flogopiittia, joka vaatii Fe:tä päästäkseen tetraedriseen paikkaan). Resorboituneet oliviinin makrokiteet ja oliviinin perusmassan euhedriset primäärikiteet ovat yleisiä, mutta eivät välttämättömiä ainesosia.

Kimberliitti-indikaattorimineraalit

Kimberliitit ovat erikoisia magmakiviä, koska niissä on erilaisia mineraalilajeja, joiden kemialliset koostumukset viittaavat siihen, että ne ovat muodostuneet korkeassa paineessa ja korkeassa lämpötilassa vaipassa. Näitä mineraaleja, kuten kromidiopsidia (pyrokseeni), kromispinellejä, magnesiitti-ulmeniittia ja runsaasti kromia sisältäviä pyrope-granaatteja, ei yleensä esiinny useimmissa muissa magmakivissä, minkä vuoksi ne ovat erityisen käyttökelpoisia kimberliittien indikaattoreina.

Kimberliittien taloudellinen merkitys

Kimberliitit ovat maailman merkittävin timanttien lähde. Maailmasta on löydetty noin 6 400 kimberliittiputkea, joista noin 900 on luokiteltu timanttipitoisiksi, ja näistä hieman yli 30 on ollut tarpeeksi taloudellisia timanttikaivoksille.

Kimberleyssä, Etelä-Afrikassa, esiintyvät esiintymät tunnistettiin ensimmäisenä, ja ne ovat myös nimensä saaneet. Kimberleyn timantit löydettiin alunperin säästäytyneestä kimberliitistä, jonka limoniitti värjäsi keltaiseksi, ja siksi sitä kutsuttiin ”keltaiseksi maaksi”. Syvemmällä olevissa louhoksissa tavattiin vähemmän muuttunutta kiveä, serpentiiniksi muuttunutta kimberliittiä, jota kaivostyöläiset kutsuivat ”siniseksi maaksi”.

Sininen ja keltainen maa tuottivat molemmat runsaasti timantteja. Kun keltainen maa oli käytetty loppuun, 1800-luvun lopulla kaivostyöläiset leikkasivat vahingossa sinistä maata ja löysivät runsaasti jalokivilaatuisia timantteja. Taloudellinen merkitys oli tuolloin niin suuri, että timanttien löytötulvan myötä kaivostyöläiset alittivat toistensa hinnat ja laskivat lopulta timanttien arvon lyhyessä ajassa omakustannusarvoon.

Kimberliittien muodostuminen

Yleinen käsitys on, että kimberliitit muodostuvat syvällä vaipassa 150-450 kilometrin syvyydellä anomaalisesti rikastuneista eksoottisista vaippakoostumuksista. Ne purkautuvat nopeasti ja rajusti,usein vapauttamalla huomattavia määriä hiilidioksidia (CO2) ja haihtuvia komponentteja. Väkivaltaiset räjähdykset synnyttävät pystysuoria kivipylväitä – vulkaanisia putkia tai kimberliittiputkia – jotka nousevat magmasäiliöistä.Sulamissyvyys ja syntyprosessi tekevät kimberliiteistä alttiita timanttiksenokristallien esiintymiselle.

Kimberliittiputkien morfologia on vaihteleva, mutta siihen kuuluu yleensä piipun juuressa oleva pystysuoraan laskevien syöttöpiikkien muodostama levymäinen piikkikompleksi (sheeted dike complex of vertically dipping feeder dikes), joka ulottuu alaspäin vaippaan. Kun magma räjähtää ylöspäin 1,5-2 kilometrin (km) etäisyydellä pinnasta, se laajenee muodostaen kartiomaisen tai sylinterimäisen vyöhykkeen, jota kutsutaan diatreemiksi ja joka purkautuu pintaan.

Pintailmiö on harvoin säilynyt, mutta se on yleensä samanlainen kuin maar-tulivuori. Kimberliittiputken halkaisija pinnalla on tyypillisesti muutamasta sadasta metristä kilometriin.

Monien kimberliittiputkien uskotaan muodostuneen noin 70-150 miljoonaa vuotta sitten, mutta eteläisessä Afrikassa on useita, jotka muodostuivat 60-1 600 miljoonaa vuotta sitten (Mitchell, 1995, s. 16).

Johtopäätökset

• Kimberliittimagmat sisältävät runsaasti hiilidioksidia ja vettä, joka vie magman nopeasti ja rajusti vaippaan.
• Kimberliitti on kaasurikas kalimaasälpäinen ultramafiigneus kivi.
• Auistralia on tällä hetkellä maailman suurintuottaja timantit ovat heikkolaatuisia ja niitä käytetään teollisiin tarkoituksiin.
• Kraatterifasies kimnerliitti tunnistetaansedimenttipiirteistä.
• Diatriimifasies tunnistetaan pelletallapillistä.
• Hypabyssali-fasies şs tunnistetaan yleisestisegregationaarisesta tekstuurista ja runsaasta kansiitin esiintymisestä.

• Bonewitz, R. (2012). Kivet ja mineraalit. 2: 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, Vapaa tietosanakirja. Haettu 16:10, 11. toukokuuta 2019,osoitteesta https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063