Kimberlitter er magmatiske bjergarter, der dannes dybt nede i Jordens indre og bringes op til overfladen ved vulkanudbrud. På deres turbulente rejse opad assimilerer magmaer andre typer mineraler, der kollektivt betegnes som xenolitter (græsk for “fremmede klipper”). De xenolitter, der findes i kimberlit, omfatter diamanter, og langt størstedelen af de diamanter, der udvindes i verden i dag, findes i kimberlitmalm. Præcis hvordan kimberlitter får den nødvendige opdrift til deres lange opstigning gennem jordskorpen har imidlertid været noget af et mysterium.
Et internationalt forskerhold under ledelse af professor Donald Dingwell, direktør for Institut for Geo- og Miljøvidenskab ved LMU, har nu påvist, at det er assimilerede stenarter, der opsamles undervejs, der giver den nødvendige fremdrift. Den oprindelige magma er basisk, men inddragelsen af silikatmineraler, som den støder på under sin opstigning, gør smelten mere sur. Dette fører til frigivelse af kuldioxid i form af bobler, som reducerer smeltens massefylde, hvilket i det væsentlige får den til at skumme. Nettoresultatet er en forøgelse af magmaens opdrift, hvilket gør det lettere for den at fortsætte opstigningen. “Da vores resultater forbedrer vores forståelse af kimberlitens opståen, vil de være nyttige i forbindelse med eftersøgningen efter nye diamantholdige malme og vil lette evalueringen af eksisterende kilder”, siger Dingwell.
De fleste kendte kimberlitter er dannet i perioden mellem 70 og 150 millioner år siden, men nogle er over 1200 millioner år gamle. Generelt findes kimberlitter kun i kratoner, de ældste overlevende områder af kontinentalskorpen, som danner kernen i kontinentale landmasser og har været stort set uændret siden deres dannelse for æoner siden. Kimberlitiske magmaer dannes ca. 150 km under Jordens overflade, dvs. i langt større dybder end alle andre vulkanske bjergarter. Temperaturen og trykket i sådanne dybder er så højt, at kulstof kan udkrystallisere sig i form af diamanter. Når kimberlitiske magmaer presses gennem lange skorstene af vulkansk oprindelse, kaldet rør, ligesom vandet i en slange, når dysen indsnævres, øges deres hastighed markant, og de indlejrede diamanter transporteres opad som i en elevator. Det er derfor, at kimberlitrør er stedet for de fleste af verdens diamantminer. Men diamanter er ikke de eneste passagerer. Kimberlitterne har også mange andre typer sten med sig på deres lange rejse mod lyset.
På trods af denne “ekstra last” rejser kimberlitmagmaer hurtigt og kommer op på Jordens overflade i eksplosive udbrud. “Det antages generelt, at flygtige gasser som kuldioxid og vanddamp spiller en væsentlig rolle for at give den nødvendige opdrift til at drive den hurtige opstigning af kimberlitmagmer,” siger Dingwell, “men det var ikke klart, hvordan disse gasser dannes i magmaen.” Ved hjælp af laboratorieforsøg udført ved passende høje temperaturer var Dingwells hold i stand til at vise, at de assimilerede xenolitter spiller en vigtig rolle i processen. Den oprindelige magma dybt nede i Jordens indre betegnes som basisk, fordi den hovedsageligt består af karbonatholdige komponenter, som også kan indeholde en stor andel vand. Når den opstigende magma kommer i kontakt med silikatrige bjergarter, opløses de effektivt i den smeltede fase, hvilket forsurer smeltet. Efterhånden som der indarbejdes flere silikater, stiger mætningsniveauet af kuldioxid opløst i smeltemassen gradvist, da kuldioxidopløseligheden falder. Når smeltemassen bliver mættet, danner den overskydende kuldioxid bobler.
“Resultatet er en kontinuerlig skumdannelse af magmaen, hvilket kan reducere dens viskositet og helt sikkert giver den nødvendige opdrift til at drive dens meget voldsomme udbrud på jordens overflade”, som Dingwell forklarer. Jo hurtigere magmaen stiger op, jo flere silikater bliver medtaget i strømmen, og jo større bliver koncentrationen af opløste silikater – indtil de frigjorte mængder af kuldioxid og vanddamp til sidst skubber den varme smelte opad med stor kraft, som en raket.
De nye resultater forklarer også, hvorfor kimberlitter kun findes i gamle kontinentale kerner. Kun her er skorpen tilstrækkelig rig på silikatrige mineraler til at drive deres opstigning, og desuden er den kratoniske skorpe usædvanlig tyk. Det betyder, at rejsen til overfladen er tilsvarende længere, og at den opstigende magma har rig mulighed for at komme i kontakt med silikatrige mineraler.