Les kimberlites sont des roches magmatiques qui se forment dans les profondeurs de la Terre et sont ramenées à la surface par des éruptions volcaniques. Au cours de leur voyage turbulent vers le haut, les magmas assimilent d’autres types de minéraux, collectivement appelés xénolites (du grec « roches étrangères »). Les xénolithes que l’on trouve dans la kimberlite comprennent des diamants, et la grande majorité des diamants extraits dans le monde aujourd’hui se trouvent dans des minerais de kimberlite. La façon exacte dont les kimberlites acquièrent la flottabilité nécessaire pour leur longue ascension à travers la croûte terrestre a cependant été une sorte de mystère.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Donald Dingwell, directeur du département des sciences géologiques et environnementales de la LMU, a maintenant démontré que les roches assimilées ramassées en cours de route sont responsables de la fourniture de l’impulsion nécessaire. Le magma primordial est basique, mais l’incorporation de minéraux silicatés rencontrés au cours de son ascension rend la fonte plus acide. Cela entraîne la libération de dioxyde de carbone sous forme de bulles, qui réduisent la densité de la masse fondue et la font mousser. Le résultat net est une augmentation de la flottabilité du magma, ce qui facilite la poursuite de son ascension. « Parce que nos résultats améliorent notre compréhension de la genèse de la kimberlite, ils seront utiles dans la recherche de nouveaux minerais diamantifères et faciliteront l’évaluation des sources existantes », déclare Dingwell.
La plupart des kimberlites connues se sont formées dans la période comprise entre 70 et 150 millions d’années, mais certaines ont plus de 1200 millions d’années. D’une manière générale, les kimberlites ne se trouvent que dans les cratons, les zones de croûte continentale les plus anciennes qui subsistent, qui forment le noyau des masses continentales et sont restées pratiquement inchangées depuis leur formation il y a des éons. Les magmas kimberlitiques se forment à environ 150 km sous la surface de la Terre, c’est-à-dire à des profondeurs bien supérieures à celles de toutes les autres roches volcaniques. Les températures et les pressions à de telles profondeurs sont si élevées que le carbone peut cristalliser sous la forme de diamants. Lorsque les magmas kimberlitiques sont poussés à travers de longues cheminées d’origine volcanique appelées tuyaux, comme l’eau dans un tuyau lorsque la buse est rétrécie, leur vitesse augmente sensiblement et les diamants mis en place sont transportés vers le haut comme s’ils étaient dans un ascenseur. C’est pourquoi la plupart des mines de diamants du monde se trouvent dans des cheminées de kimberlite. Mais les diamants ne sont pas les seuls passagers. Les kimberlites transportent également de nombreux autres types de roches dans leur long voyage vers la lumière.
En dépit de cette « charge supplémentaire », les magmas kimberlitiques voyagent rapidement et émergent à la surface de la Terre lors d’éruptions explosives. « On suppose généralement que les gaz volatils tels que le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau jouent un rôle essentiel en fournissant la flottabilité nécessaire pour alimenter la montée rapide des magmas kimberlitiques », explique Dingwell, « mais on ne savait pas comment ces gaz se forment dans le magma. » Grâce à des expériences de laboratoire menées à des températures suffisamment élevées, l’équipe de Dingwell a pu montrer que les xénolites assimilés jouent un rôle important dans le processus. Le magma primordial situé dans les profondeurs de la Terre est dit « basique » car il est principalement constitué de composants carbonatés, qui peuvent également contenir une forte proportion d’eau. Lorsque le magma ascendant entre en contact avec des roches riches en silicates, ceux-ci sont effectivement dissous dans la phase fondue, ce qui acidifie la masse fondue. Au fur et à mesure de l’incorporation de silicates, le niveau de saturation du dioxyde de carbone dissous dans la masse fondue augmente progressivement, car la solubilité du dioxyde de carbone diminue. Lorsque la masse fondue devient saturée, l’excès de dioxyde de carbone forme des bulles.
« Il en résulte un moussage continu du magma, qui peut réduire sa viscosité et confère certainement la flottabilité nécessaire pour alimenter son éruption très véhémente à la surface de la Terre », comme l’explique Dingwell. Plus le magma s’élève rapidement, plus les silicates sont entraînés dans le flux, et plus la concentration de silicates dissous est importante – jusqu’à ce que finalement les quantités de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau libérées poussent la fonte chaude vers le haut avec une grande force, comme une fusée.
Les nouvelles découvertes expliquent également pourquoi les kimberlites ne se trouvent que dans les anciens noyaux continentaux. Ce n’est qu’ici que la croûte est suffisamment riche en minéraux riches en silice pour conduire leur ascension et, de plus, la croûte cratonique est exceptionnellement épaisse. En outre, la croûte cratonique est exceptionnellement épaisse. Le voyage vers la surface est donc plus long et le magma ascendant a tout le loisir d’entrer en contact avec des minéraux riches en silice.