A kimberlitek olyan magmás kőzetek, amelyek mélyen a Föld belsejében keletkeznek, és vulkánkitörések révén kerülnek a felszínre. A felfelé vezető viharos útjuk során a magmák más típusú ásványokat asszimilálnak, amelyeket együttesen xenolitoknak (görögül “idegen kőzet”) neveznek. A kimberlitben található xenolitok közé tartoznak a gyémántok, és a világon ma bányászott gyémántok túlnyomó többsége kimberlit ércekben található. Az azonban, hogy a kimberlitek pontosan hogyan szerzik meg a földkéregben való hosszú felemelkedésükhöz szükséges felhajtóerőt, máig rejtély.
Egy nemzetközi kutatócsoport Donald Dingwell professzor, az LMU Geo- és Környezettudományi Tanszékének igazgatója vezetésével most kimutatta, hogy az útközben felvett, asszimilált kőzetek felelősek a szükséges lendület biztosításáért. Az ősmagma bázikus, de a felemelkedés során felbukkanó szilikátásványok beépülése savasabbá teszi az olvadékot. Ez szén-dioxid felszabadulásához vezet buborékok formájában, amelyek csökkentik az olvadék sűrűségét, és lényegében habzást okoznak. A végeredmény a magma felhajtóerejének növekedése, ami megkönnyíti a további emelkedést. “Mivel eredményeink javítják a kimberlit keletkezésének megértését, hasznosak lesznek az új gyémánttartalmú ércek keresése során, és megkönnyítik a meglévő források értékelését” – mondja Dingwell.
A legtöbb ismert kimberlit a 70 és 150 millió évvel ezelőtti időszakban keletkezett, de vannak olyanok is, amelyek több mint 1200 millió évesek. Általánosságban elmondható, hogy kimberlitek csak a kratonokban, a kontinentális kéreg legrégebbi fennmaradt területein találhatók, amelyek a kontinentális szárazföldek magját alkotják, és amelyek az évezredekkel ezelőtti keletkezésük óta gyakorlatilag változatlanok maradtak. A kimberlit magmák körülbelül 150 km-rel a Föld felszíne alatt, azaz sokkal nagyobb mélységben képződnek, mint bármely más vulkáni kőzet. Az ilyen mélységekben a hőmérséklet és a nyomás olyan magas, hogy a szén gyémánt formájában kristályosodhat ki. Amikor a kimberlit magmákat hosszú, vulkáni eredetű kéményeken, úgynevezett csöveken keresztül nyomják, mint a vizet egy tömlőben, amikor a fúvóka szűkül, a sebességük jelentősen megnő, és a lerakódott gyémántok felfelé szállnak, mintha liftben lennének. Ezért található a világ legtöbb gyémántbányája kimberlit csövekben. De a gyémántok nem az egyetlen utasok. A kimberlitek sok más kőzetfajtát is magukkal visznek a fénybe vezető hosszú útjukon.
Az “extra teher” ellenére a kimberlit magmák gyorsan haladnak, és robbanásszerű kitörésekben törnek a Föld felszínére. “Általában feltételezik, hogy az olyan illékony gázok, mint a szén-dioxid és a vízgőz alapvető szerepet játszanak a kimberlit magmák gyors emelkedéséhez szükséges felhajtóerő biztosításában” – mondja Dingwell – “de nem volt világos, hogyan alakulnak ki ezek a gázok a magmában”. Megfelelően magas hőmérsékleten végzett laboratóriumi kísérletek segítségével Dingwell csapata ki tudta mutatni, hogy az asszimilált xenolitok fontos szerepet játszanak a folyamatban. A Föld belsejének mélyén található ősmagmát bázikusnak nevezik, mivel főként karbonát tartalmú összetevőkből áll, amelyek nagy arányban tartalmazhatnak vizet is. Amikor a felemelkedő magma szilikátban gazdag kőzetekkel érintkezik, ezek gyakorlatilag feloldódnak az olvadékfázisban, ami savasítja az olvadékot. Ahogy egyre több szilikát épül be, az olvadékban oldott szén-dioxid telítettségi szintje fokozatosan növekszik, mivel a szén-dioxid oldhatósága csökken. Amikor az olvadék telítetté válik, a felesleges szén-dioxid buborékokat képez.
“Az eredmény a magma folyamatos habzása, ami csökkentheti a viszkozitását, és minden bizonnyal a nagyon heves kitöréshez szükséges felhajtóerőt kölcsönöz a Föld felszínére” – magyarázza Dingwell. Minél gyorsabban emelkedik a magma, annál több szilikát kerül az áramlásba, és annál nagyobb az oldott szilikátok koncentrációja — míg végül a felszabaduló szén-dioxid és vízgőz mennyisége nagy erővel, rakétaként löki felfelé a forró olvadékot.
Az új eredmények azt is megmagyarázzák, hogy miért csak ősi kontinentális magvakban találhatók kimberlitek. Csak itt a kéreg elég gazdag szilícium-dioxidban gazdag ásványokban ahhoz, hogy felemelkedésüket meghajtja, ráadásul a kráterkéreg kivételesen vastag. Ez azt jelenti, hogy a felszínre vezető út ennek megfelelően hosszabb, és a felszálló magmának bőven van lehetősége arra, hogy szilikátban gazdag ásványokkal érintkezzen.