Kimberliter är magmatiska bergarter som bildas djupt inne i jordens inre och förs upp till ytan genom vulkanutbrott. Under sin turbulenta resa uppåt assimilerar magman andra typer av mineraler, som kollektivt kallas xenoliter (grekiska för ”främmande stenar”). De xenoliter som finns i kimberlit innehåller bland annat diamanter, och den stora majoriteten av de diamanter som bryts i världen i dag finns i kimberlitmalm. Exakt hur kimberliter får den nödvändiga flytkraften för sin långa uppstigning genom jordskorpan har dock varit något av ett mysterium.
En internationell forskargrupp under ledning av professor Donald Dingwell, chef för institutionen för geo- och miljövetenskap vid LMU, har nu visat att assimilerade stenar som plockas upp längs vägen är ansvariga för att ge den nödvändiga drivkraften. Den ursprungliga magman är basisk, men genom att silikatmineraler som påträffas under uppstigningen införlivas blir smältan surare. Detta leder till att koldioxid frigörs i form av bubblor som minskar smältans densitet och i huvudsak får den att skumma. Nettoresultatet är en ökning av magmaens flytförmåga, vilket underlättar dess fortsatta uppstigning. ”Eftersom våra resultat ökar vår förståelse av kimberlitens uppkomst kommer de att vara användbara i sökandet efter nya diamanthaltiga malmer och kommer att underlätta utvärderingen av befintliga källor”, säger Dingwell.
De flesta kända kimberliterna bildades under perioden mellan 70 och 150 miljoner år sedan, men vissa är över 1200 miljoner år gamla. Generellt sett hittas kimberliter endast i kratoner, de äldsta överlevande områdena av kontinentalskorpan, som utgör kärnan i kontinentala landmassor och som har förblivit praktiskt taget oförändrade sedan de bildades för eoner sedan. Kimberlitisk magma bildas cirka 150 km under jordytan, dvs. på mycket större djup än alla andra vulkaniska bergarter. Temperaturen och trycket på sådana djup är så höga att kol kan kristallisera i form av diamanter. När kimberlitisk magma pressas genom långa skorstenar av vulkaniskt ursprung som kallas rör, likt vattnet i en slang när munstycket smalnas av, ökar deras hastighet markant och de inplacerade diamanterna transporteras uppåt som om de befann sig i en hiss. Det är därför kimberlitrör är platsen för de flesta av världens diamantgruvor. Men diamanter är inte de enda passagerarna. Kimberliterna tar också med sig många andra typer av bergarter på sin långa resa mot ljuset.
Trots denna ”extra last” färdas kimberlitmagman snabbt och dyker upp på jordens yta i explosiva utbrott. ”Det antas allmänt att flyktiga gaser som koldioxid och vattenånga spelar en viktig roll när det gäller att ge den nödvändiga flytkraften för att driva den snabba uppkomsten av kimberlitmagma”, säger Dingwell, ”men det var oklart hur dessa gaser bildas i magman”. Med hjälp av laboratorieexperiment som utfördes vid lämpligt höga temperaturer kunde Dingwells grupp visa att de assimilerade xenoliterna spelar en viktig roll i processen. Den primordiala magman djupt inne i jordens inre kallas basisk eftersom den huvudsakligen består av karbonathaltiga komponenter, som också kan innehålla en hög andel vatten. När den uppstigande magman kommer i kontakt med silikatrika bergarter löses dessa effektivt upp i den smälta fasen, vilket försurar smältan. När fler silikater införlivas ökar mättnadsnivån för den koldioxid som löses upp i smältan successivt eftersom koldioxidens löslighet minskar. När smältan blir mättad bildar den överflödiga koldioxiden bubblor.
”Resultatet är ett kontinuerligt skummande av magman, som kan minska dess viskositet och som säkerligen ger den flytkraft som krävs för att driva dess mycket häftiga utbrott på jordens yta”, som Dingwell förklarar. Ju snabbare magman stiger, desto fler silikater följer med i flödet och desto större blir koncentrationen av lösta silikater – tills slutligen de mängder koldioxid och vattenånga som frigörs driver den heta smältan uppåt med stor kraft, som en raket.
De nya rönen förklarar också varför kimberliter endast finns i gamla kontinentala kärnor. Endast här är skorpan tillräckligt rik på kiselrika mineraler för att driva dem uppåt, och dessutom är den kratoniska skorpan exceptionellt tjock. Detta innebär att resan till ytan är motsvarande längre och att den uppstigande magman har gott om möjligheter att komma i kontakt med kiselrika mineraler.