Kimberliitit ovat magmaattisia kiviä, jotka muodostuvat syvällä maapallon sisätiloissa ja jotka tuodaan pintaan tulivuorenpurkausten seurauksena. Turbulenttisella matkallaan ylöspäin magmat omaksuvat muunlaisia mineraaleja, joita kutsutaan yhteisesti ksenoliiteiksi (kreikaksi ”vieraat kivet”). Kimberliitistä löytyvät ksenoliitit sisältävät timantteja, ja valtaosa nykyisin maailmassa louhittavista timanteista on peräisin kimberliittimalmista. On kuitenkin ollut jonkinlainen mysteeri, miten kimberliitit saavat tarvittavan kelluvuuden pitkän nousunsa aikana maankuoren läpi.
LMU:n geo- ja ympäristötieteiden laitoksen johtajan, professori Donald Dingwellin johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on nyt osoittanut, että matkan varrelta poimitut assimiloituneet kivilajit tuottavat tarvittavan sysäyksen. Alkuperäinen magma on emäksistä, mutta sen nousun aikana vastaan tulleiden silikaattimineraalien liittyminen sulaan tekee siitä happamampaa. Tämä johtaa hiilidioksidin vapautumiseen kuplien muodossa, jotka vähentävät sulan tiheyttä ja saavat sen lähinnä vaahtoamaan. Lopputuloksena magman kelluvuus kasvaa, mikä helpottaa sen nousun jatkumista. ”Koska tuloksemme parantavat ymmärrystämme kimberliitin synnystä, niistä on hyötyä etsittäessä uusia timanttimalmeja ja ne helpottavat nykyisten lähteiden arviointia”, Dingwell sanoo.
Useimmat tunnetut kimberliitit muodostuivat 70-150 miljoonaa vuotta sitten, mutta jotkut ovat yli 1200 miljoonaa vuotta vanhoja. Yleisesti ottaen kimberliittejä esiintyy vain kratoneissa, vanhimmilla säilyneillä maankuoren alueilla, jotka muodostavat mannermaisten maamassojen ytimet ja jotka ovat säilyneet lähes muuttumattomina muodostumisensa jälkeen aikakausia sitten. Kimberliittimagmat muodostuvat noin 150 km maanpinnan alapuolella eli paljon syvemmällä kuin muut vulkaaniset kivet. Lämpötilat ja paineet ovat näissä syvyyksissä niin korkeat, että hiili voi kiteytyä timantiksi. Kun kimberliittiset magmat pakotetaan pitkien tuliperäisten piippujen, niin sanottujen putkien, läpi, kuten vesi letkussa, kun suutinta kavennetaan, niiden nopeus kasvaa huomattavasti ja paikalleen päässeet timantit kulkeutuvat ylöspäin ikään kuin hississä. Tämän vuoksi suurin osa maailman timanttikaivoksista sijaitsee kimberliittiputkissa. Timantit eivät kuitenkaan ole ainoita matkustajia. Kimberliitit kuljettavat mukanaan myös monia muita kivilajeja pitkällä matkallaan valoon.
Tästä ”ylimääräisestä kuormasta” huolimatta kimberliittimagmat kulkevat nopeasti ja nousevat maan pinnalle räjähtävinä purkauksina. ”Yleisesti oletetaan, että haihtuvilla kaasuilla, kuten hiilidioksidilla ja vesihöyryllä, on olennainen rooli kimberliittimagmojen nopeaan nousuun tarvittavan kelluvuuden aikaansaamisessa”, Dingwell sanoo, ”mutta ei ollut selvää, miten nämä kaasut muodostuvat magmassa.” Sopivan korkeissa lämpötiloissa tehtyjen laboratoriokokeiden avulla Dingwellin ryhmä pystyi osoittamaan, että assimiloituneilla ksenoliiteilla on tärkeä rooli prosessissa. Syvällä maapallon sisimmässä olevaa primordiaalista magmaa kutsutaan emäksiseksi, koska se koostuu pääasiassa karbonaattipitoisia komponentteja, jotka voivat sisältää myös suuren osan vettä. Kun nouseva magma joutuu kosketuksiin silikaattipitoisten kivien kanssa, ne liukenevat tehokkaasti sulaan faasiin, mikä happamoittaa sulan. Kun silikaattien määrä lisääntyy, sulaan liuenneen hiilidioksidin kyllästysaste nousee vähitellen, koska hiilidioksidin liukoisuus vähenee. Kun sula kyllästyy, ylimääräinen hiilidioksidi muodostaa kuplia.
”Tuloksena on magman jatkuva vaahtoaminen, joka saattaa vähentää sen viskositeettia ja antaa varmasti tarvittavaa kelluvuutta, joka antaa voimaa sen hyvin kiivaalle purkautumiselle maan pinnalle”, Dingwell selittää. Mitä nopeammin magma nousee, sitä enemmän silikaatteja virtaa virtaan ja sitä suurempi on liuenneiden silikaattien pitoisuus, kunnes lopulta vapautuvat hiilidioksidi- ja vesihöyrymäärät työntävät kuuman sulan ylöspäin suurella voimalla kuin raketti.
Uudet havainnot selittävät myös sen, miksi kimberliittejä esiintyy vain muinaisissa mannerytimissä. Vain siellä maankuori on riittävän rikas piipitoisista mineraaleista, jotta ne voivat viedä niitä ylöspäin, ja lisäksi kratoninen maankuori on poikkeuksellisen paksu. Tämä tarkoittaa, että matka pinnalle on vastaavasti pidempi, ja nousevalla magmalla on runsaasti tilaisuuksia joutua kosketuksiin silikaattirikkaiden mineraalien kanssa.