Kimberlite

• 

• 

Kimberlite is een stollingsgesteente dat een belangrijke bron van diamanten is. Kimberliet is een variëteit van peridotiet. Het is rijk aan mica mineralen en vaak in de vorm van kristallen van phlogopite. Andere overvloedige mineralen zijn chroom-diopside, olivijn, en chroom- en pyrope-rijke granaat. Kimberliet wordt meestal gevonden in pijpen – structuren met verticale randen die ruwweg cirkelvormig in doorsnede zijn. Het gesteente kan zijn geïnjecteerd in de zwakke plekken in de mantel. Delen van de mantelgesteenten worden in kimberlieten vaak aan de oppervlakte gebracht, waardoor zij een waardevolle bron van informatie over de binnenwereld vormen.

Ondanks zijn relatieve zeldzaamheid heeft kimberliet de aandacht getrokken omdat het als drager van diamanten en granaat peridotitemantle xenoliths naar het aardoppervlak dient. Zijn waarschijnlijke ontstaan op grotere diepte dan enig ander stollingsgesteente en de extreme samenstelling van het magma dat het weerspiegelt in termen van laag silicagehalte en hoge niveaus van verrijking met incompatibletrace-elementen, maken een goed begrip van de petrogenese van kimberliet belangrijk. In dit opzicht heeft de studie van kimberliet het potentieel om informatie te verschaffen over de samenstelling van de diepe mantel en de smeltprocessen die plaatsvinden op of nabij het grensvlak tussen de kratonische continentale lithosfeer en de onderliggende convecterende asthenosferische mantel.

Naam oorsprong: De rots kimberlite werd genoemd naar Kimberley, Zuid-Afrika, waar het voor het eerst werd herkend. De Kimberley diamanten werden oorspronkelijk gevonden in verweerde kimberliet, die geel door limoniet werd gekleurd, en daarom gele grond werd genoemd.De diepere werkzaamheden produceerden minder gewijzigd gesteente, serpentinized kimberliet, die de mijnwerkers blauwe grond noemen.

Kimberlietclassificatie

Gebaseerd op studies over een groot aantal kimberlietafzettingen, verdeelden de geologen de kimberlieten in 3 afzonderlijke eenheden op basis van hunmorfologie en petrologie.

Deze eenheden zijn:

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

1) Crater Facies Kimberlite

De oppervlaktemorfologie van een onverweerde kimberlite wordt gekenmerkt door een krater, tot 2 kilometer in diameter, waarvan de bodem enkele honderden meters onder het maaiveld kan liggen. De krater is in het algemeen het diepst in het midden. Rondom de krater ligt een tufsteenring die relatief klein is, meestal minder dan 30 meter, in vergelijking met de diameter van de krater. Twee categorieën gesteenten worden gevonden in kraterfacies kimberliet: pyroclastische, die afgezet door eruptieve krachten; en epiclastische, die gesteenten zijn bewerkt door water.

2) Diatreme Facies Kimberliet

Kimberliet diatremes zijn 1-2 kilometer diepe, over het algemeen wortelvormige lichamen die cirkelvormig tot elliptisch zijn aan het oppervlak en naar de diepte taps toelopen. Het dipcontact met het gastgesteente is gewoonlijk 80-85 graden. De zone wordt gekenmerkt door gefragmenteerd vulkanoklastisch kimberlithisch materiaal en xenolieten die tijdens de reis van de kimberliet naar de oppervlakte uit verschillende niveaus in de aardkorst zijn geplukt. Sommige textuurkenmerken van Diatreme FaciesKimberlite:

3) Hypabyssal Facies Kimberlite

Deze gesteenten worden gevormd door de kristallisatie van heet, vluchtig-rijk kimberlite magma. Over het algemeen ontbreken fragmentatie kenmerken en lijken ze stollingsgesteenten. Sommige textuurkenmerken: Calciet-serpentijn segregaties in matrix; Globulaire segregaties van kimberliet in een carbonaat-rijke matrix; Rotsfragmenten zijn gemetamorfoseerd of vertonen concentrische zonering; Inequigranulaire textuur creëert een pseudoporphyritische textuur.

Koolstof en Kimberliet

Koolstof is een van de meest voorkomende elementen in de wereld en is een van de vier essentiele elementen voor het bestaan van leven. Mensen bestaan voor meer dan 18 procent uit koolstof. De lucht die we inademen bevat sporen van koolstof. In de natuur komt koolstof in drie basisvormen voor:

Diamant – een extreem hard, helder kristal

Diamanten vormen zich ongeveer 161 km onder het aardoppervlak, in het gesmolten gesteente van de aardmantel, waar de juiste hoeveelheid druk en hitte heerst om koolstof in diamant om te zetten. Om diamant te kunnen maken, moet koolstof onder een druk van ten minste 435.113 pond per vierkante inch (psi of 30 kilobar) en bij een temperatuur van ten minste 752 graden Fahrenheit (400 Celsius) worden geplaatst. Als de omstandigheden onder een van deze twee punten komen, ontstaat grafiet. Op een diepte van 150 km of meer wordt de druk opgebouwd tot ongeveer 50 kilobar (725.189 psi) en kan de hitte meer dan 1.200 graden Celsius (2.192 F) bedragen. De meeste diamanten die we vandaag zien, werden miljoenen (zo niet miljarden) jaren geleden gevormd. Krachtige magma-uitbarstingen brachten de diamanten naar de oppervlakte, waardoor kimberlietpijpen ontstonden.

Kimberlietpijpen ontstaan als magma door diepe breuken in de aarde stroomt. Het magma in de kimberlietpijpen werkt als een lift, die de diamanten en andere rotsen en mineralen in slechts enkele uren door de aardmantel en de korst duwt. Deze uitbarstingen waren kort, maar vele malen krachtiger dan de vulkaanuitbarstingen van vandaag. Het magma in deze uitbarstingen ontstond op een diepte die drie keer zo diep was als de magmabron voor vulkanen zoals Mount St. Helens, volgens het American Museum of NaturalHistory.

Het magma koelde uiteindelijk af in deze kimberlietpijpen, waarbij kegelvormige aders van kimberlietgesteente achterbleven die diamanten bevatten.Kimberliet is een blauwachtig gesteente waar diamantmijnwerkers naar zoeken bij het zoeken naar nieuwe diamantafzettingen. De oppervlakte van diamanthoudende kimberlietpijpen varieert van 2 tot 146 hectare (5 tot 361 acres).

Diamanten kunnen ook worden gevonden in rivierbeddingen, diealluviale diamantplaatsen worden genoemd. Dit zijn diamanten die hun oorsprong vinden in kimberlietpijpen, maar die door geologische activiteit worden verplaatst. Gletsjers en water kunnen diamanten ook duizenden kilometers van hun oorspronkelijke locatie verplaatsen. Tegenwoordig worden de meeste diamanten gevonden in Australië, Borneo, Brazilië, Rusland en verschillende Afrikaanse landen, waaronder Zuid-Afrika en Zaïre.

Kimberlite Emplacement Models

Mitchell (1986) overweegt verschillende theorieën en geeft een uitgebreidere kritiek op elke emplacementstheorie.

1. Explosief vulkanisme theorie
2. Magmatische (fluïdisatie) theorie
3. Hydro-volcanische theorie

1. Explosief vulkanisme theorie

Deze theorie gaat uit van het samenkomen van kimberlietmagma op geringe diepte en de daaropvolgende accumulatie van vluchtige stoffen. Wanneer de druk binnen deze holte, een zogenaamde tussenkamer, voldoende is om de druk van de bovenliggende rotsen te overwinnen, volgt een uitbarsting. Het epicentrum van de uitbarsting werd verondersteld zich te bevinden bij het diatreme facies contact.

Door uitgebreide ontginning is het duidelijk geworden dat deze theorie niet houdbaar is. Er is geen tussenkamer op diepte gevonden.

2. Magmatheorie

De oorspronkelijke voorstander van deze theorie was Dowson (1971). Er werd op voortgeborduurd door Clement (1982) en de theorie wordt verder ontwikkeld door Field en Scott Smith (1999)

Kimberliet magma rijst op uit de diepte met verschillende impulsen die worden aangeduid als “embryonale pijpen”. Het oppervlak wordt niet doorbroken en de vluchtige stoffen ontsnappen niet. Op een bepaald moment bereiken de embryonale pijpen een diepte die ondiep genoeg is. Waarbij de druk van de vluchtige stoffen in staat is de belasting van de bovenliggende rotsen te overwinnen. Terwijl de vluchtige stoffen ontsnappen, ontstaat een korte periode van fluïdisatie. Fluïdisatie wordt verondersteld van korte duur te zijn aangezien de fragmenten gewoonlijk hoekig zijn.

3. Hydrovolcanic Theory

De belangrijkste voorstander van deze theorie is Lorenz (1999).Kimberlites magma’s stijgen van diepte door smalle 1m dikke spleten. Het kimberlietmagma concentreert zich langs structurele breuken die fungeren als concentraten voor water of de resulterende brecciatie als gevolg van vluchtige exsolutie uit de opstijgende kimberlieten kan fungeren als concentraat voor water. Het gebroken gesteente wordt opgeladen met grondwater. Een andere puls kimberlietmagma volgt de enige structurele zwakte in het gesteente naar de oppervlakte en komt opnieuw in contact met water dat een nieuwe explosie veroorzaakt.

Geochemie van kimberlieten

De geochemie van kimberlieten wordt bepaald door de volgendeparameters:

ultramafic, MgO >12% en in het algemeen >15%;

ultrapotassic, molair K2O/Al2O3 >3;

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

REE-verrijking;

gematigde tot hoge grote-ion lithofiele elementen (LILE)-verrijking, ΣLILE = >1.000 ppm;

hoge H2O en CO2.

Kimberlite Samenstelling

Zowel de plaats als de oorsprong van kimberlitische magma’s zijn omstreden. Hun extreme verrijking en geochemie hebben geleid tot een grote hoeveelheid speculaties over hun oorsprong, met modellen die hun bron in de subcontinentale lithosferische mantel (SCLM) plaatsen of zelfs zo diep als de overgangszone. Het mechanisme van verrijking is ook het onderwerp van interesse geweest met modellen waaronder gedeeltelijk smelten, assimilatie van subductiesediment of afleiding van een primaire magmabron.

Historisch zijn kimberlieten geclassificeerd in twee verschillende variëteiten genaamd basaltisch” en “micaceus” op basis vanpetrografische waarnemingen. Dit werd later herzien door CB Smith, die “groep I” en “groep II” van deze groepen hernoemde op basis van de isotopische affiniteiten van deze gesteenten met behulp van Nd, Sr en Pb systemen. Roger Mitchelllater stelde voor deze kimberlieten van groep I en II weer te geven. Deze voor de hand liggende verschillen zijn misschien niet zo nauw verwant als men vroeger dacht. II. De groepen toonden aan dat de kimberlieten meer neigden naar de lampolijnen dan de kimberlieten van groep I. Daarom heeft groep II de kimberlieten heringedeeld als oranje om verwarring te voorkomen.

Kimberlieten van groep I

Kimberlieten van groep I zijn CO2-rijke ultramafische potassigneuze gesteenten, gedomineerd door primair forsteriet olivijn en carbonaatmineralen, met een sporenmineraal assemblage van magnesisch ilmeniet, chroompyrope, almandijnpyrope, chroomdiopside (in sommige gevallen subcalcisch), phlogopiet, enstatiet en Ti-arm chromiet. Groep I kimberlieten vertonen een kenmerkendeinequigranulaire textuur veroorzaakt door macrokristallijne (0,5-10 mm of 0,020-0,394 in) tot megakristallijne (10-200 mm of 0,39-7,87 in) fenokristallen van olivijn, pyrope, chroomdiopside, magnesische ilmeniet, en phlogopiet, in een fijn- tot middelgrofkorrelige grondmassa.

Olivijnlamproieten

Olivijnlamproieten werden vroeger groep IIkimberliet of orangeiet genoemd in verband met de onjuiste overtuiging dat zij alleen in Zuid-Afrika voorkwamen. Olivijnlamproieten zijn ultrapotassische, peralkalische gesteenten die rijk zijn aan vluchtige stoffen (overwegend H2O). Het onderscheidende kenmerk van olivijnlamproieten zijn phlogopietemacrocrysten en microfenocrysten, samen met micas in de grondmassa die variëren in samenstelling van phlogopiet tot “tetraferriphlogopiet” (anomaalAl-arm phlogopiet dat Fe nodig heeft om op de tetrahedrale plaats te komen). Resorbedolivijn macrokristallen en euhedrale primaire kristallen van gemalen olivijn zijn gemeenschappelijke maar niet essentiële bestanddelen.

Kimberlitische indicator mineralen

Kimberlieten zijn eigenaardige stollingsgesteenten omdat zij een verscheidenheid aan minerale soorten bevatten met chemische samenstellingen die erop wijzen dat zij onder hoge druk en temperatuur in de mantel zijn gevormd. Deze mineralen, zoals chroom diopside (een pyroxeen), chroom spinels, magnesische ilmeniet, en pyrope granaten rijk aan chroom, zijn over het algemeen afwezig in de meeste andere stollingsgesteenten, waardoor ze bijzonder nuttig als indicatoren voor kimberlites.

Economisch belang van Kimberlite

Kimberlites zijn de belangrijkste bron van diamanten in de wereld. Ongeveer 6.400 kimberliet pijpen zijn ontdekt in de wereld, van die ongeveer 900 zijn geclassificeerd als diamantrijk, en van die iets meer dan 30 zijn economisch genoeg om diamant te delven.

De afzettingen die in Kimberley, Zuid-Afrika, waren de eerste erkende en de bron van de naam. De Kimberley-diamanten werden oorspronkelijk gevonden in verweerde kimberliet, die geel gekleurd was door limoniet en daarom “gele grond” werd genoemd. Dieper gelegen mijnen stuitten op minder verweerd gesteente, geserpentiniseerd kimberliet, dat de mijnwerkers “blueground” noemden.

De blauwe en gele grond waren beide vruchtbare producenten van diamanten. Nadat de gele grond was uitgeput, sneden mijnwerkers aan het eind van de 19e eeuw bij toeval in de blauwe grond en vonden diamanten van edelsteenkwaliteit in grote hoeveelheden. Het economisch belang van die tijd was zo groot dat, toen een vloed van diamanten werd gevonden, de mijnwerkers elkaars prijzen onderboden en uiteindelijk de waarde van de diamanten in korte tijd terugbrachten tot de kostprijs.

Kimberliet Formatie

De algemene consensus is dat kimberlieten diep in de mantel worden gevormd, op dieptes tussen 150 en 450 kilometer, uit anomaal verrijkte exotische mantelcomposities. Zij komen snel en hevig tot uitbarsting, vaak met het vrijkomen van aanzienlijke hoeveelheden kooldioxide (CO2) en vluchtige bestanddelen. De gewelddadige explosies produceren verticale kolommen van gesteente – vulkanische pijpen of kimberlietpijpen – die uit de magmareservoirs oprijzen. De diepte van het smelten en het proces van ontstaan maken kimberlieten vatbaar voor het huisvesten van diamantxenokristen.

De morfologie van kimberlietpijpen is gevarieerd, maar omvat over het algemeen een plaatvormig dijkcomplex van verticaal hellende aanvoerdijken in de wortel van de pijp, die zich uitstrekken tot in de mantel. Binnen 1,5-2 kilometer (km) van het oppervlak, als het magma explodeert naar boven, zet het uit tot een conische tot cilindrische zone genaamd de diatreme, die uitbarst naar het oppervlak.

De oppervlakte expressie is zelden bewaard gebleven, maar het is meestal vergelijkbaar met een maar vulkaan. De diameter van een kimberlietpijp aan de oppervlakte is typisch een paar honderd meter tot een kilometer.

Veel kimberlietpijpen worden verondersteld ongeveer 70 tot 150 miljoen jaar geleden te zijn gevormd, maar in Zuidelijk Afrika zijn er verscheidene die tussen 60 tot 1600 miljoen jaar geleden zijn gevormd (Mitchell, 1995, p. 16).

Conclusie

• Kimberliet magma’s zijn rijk aan kooldioxide en water waardoor het magma snel en heftig naar de mantel wordt gebracht.
• Kimberliet is een gasrijk potassisch ultramaficigneus gesteente.
• Auistralië is momenteel ’s werelds grootste producent van diamanten, die van lage kwaliteit zijn en voor industriële doeleinden worden gebruikt.
• De kraterfacies kimnerliet worden herkend aansedimentaire kenmerken.
• De diatreme facies worden herkend aan pelletallapilli.
• De hypabyssale facies worden gewoonlijk herkend aansegregationaire textuur en de aanwezigheid van overvloedig canciet.

• Bonewitz, R. (2012). Stenen en mineralen. 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, 14 februari).Kimberlite. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 16:10, May 11, 2019,from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063