Le kimberliti sono rocce magmatiche che si formano nelle profondità dell’interno della Terra e vengono portate in superficie da eruzioni vulcaniche. Durante il loro viaggio turbolento verso l’alto i magmi assimilano altri tipi di minerali, chiamati collettivamente xenoliti (dal greco “rocce estranee”). Gli xenoliti che si trovano nella kimberlite includono i diamanti, e la grande maggioranza dei diamanti estratti oggi nel mondo si trova nei minerali di kimberlite. Esattamente come le kimberlite acquisiscono la spinta necessaria per la loro lunga ascesa attraverso la crosta terrestre è stato, tuttavia, un mistero.
Un team di ricerca internazionale guidato dal professor Donald Dingwell, direttore del Dipartimento di Scienze Geologiche e Ambientali della LMU, ha ora dimostrato che le rocce assimilate raccolte lungo il percorso sono responsabili di fornire l’impulso necessario. Il magma primordiale è basico, ma l’incorporazione di minerali di silicato incontrati durante la sua ascesa rende il fuso più acido. Questo porta al rilascio di anidride carbonica sotto forma di bolle, che riducono la densità della massa fusa, provocandone essenzialmente la schiuma. Il risultato netto è un aumento della galleggiabilità del magma, che facilita la sua continua ascesa. “Poiché i nostri risultati migliorano la nostra comprensione della genesi della kimberlite, saranno utili nella ricerca di nuovi minerali contenenti diamanti e faciliteranno la valutazione delle fonti esistenti”, dice Dingwell.
La maggior parte delle kimberlite conosciute si sono formate nel periodo tra 70 e 150 milioni di anni fa, ma alcune hanno più di 1200 milioni di anni. In generale, le kimberliti si trovano solo nei cratoni, le aree più antiche sopravvissute della crosta continentale, che formano i nuclei delle terre emerse continentali e sono rimaste praticamente invariate dalla loro formazione eoni fa. I magmi kimberlitici si formano circa 150 km sotto la superficie terrestre, cioè a profondità molto maggiori di qualsiasi altra roccia vulcanica. Le temperature e le pressioni a tali profondità sono così elevate che il carbonio può cristallizzare sotto forma di diamanti. Quando i magmi kimberlitici vengono forzati attraverso lunghi camini di origine vulcanica chiamati tubi, come l’acqua in un tubo quando si restringe l’ugello, la loro velocità aumenta notevolmente e i diamanti collocati vengono trasportati verso l’alto come se fossero in un ascensore. Questo è il motivo per cui i tubi di kimberlite sono i siti della maggior parte delle miniere di diamanti del mondo. Ma i diamanti non sono gli unici passeggeri. Le kimberlite portano con sé anche molti altri tipi di roccia nel loro lungo viaggio verso la luce.
Nonostante questo “carico extra”, i magmi di kimberlite viaggiano velocemente, ed emergono sulla superficie terrestre in eruzioni esplosive. “Si presume generalmente che i gas volatili come l’anidride carbonica e il vapore acqueo giochino un ruolo essenziale nel fornire il galleggiamento necessario per alimentare la rapida ascesa dei magmi di kimberlite”, dice Dingwell, “ma non era chiaro come questi gas si formassero nel magma.” Con l’aiuto di esperimenti di laboratorio condotti a temperature adeguatamente elevate, il team di Dingwell è stato in grado di dimostrare che gli xenoliti assimilati giocano un ruolo importante nel processo. Il magma primordiale nelle profondità dell’interno della Terra viene definito basico perché consiste principalmente di componenti contenenti carbonati, che possono anche contenere un’alta percentuale di acqua. Quando il magma nascente entra in contatto con rocce ricche di silicati, questi vengono effettivamente dissolti nella fase fusa, il che acidifica la massa fusa. Man mano che vengono incorporati più silicati, il livello di saturazione dell’anidride carbonica dissolta nel fuso aumenta progressivamente, poiché la solubilità dell’anidride carbonica diminuisce. Quando la fusione diventa satura, l’anidride carbonica in eccesso forma delle bolle.
“Il risultato è una continua formazione di schiuma del magma, che può ridurre la sua viscosità e certamente conferisce il galleggiamento necessario per alimentare la sua eruzione molto veemente sulla superficie terrestre”, come spiega Dingwell. Più velocemente il magma sale, più silicati vengono trascinati nel flusso, e maggiore è la concentrazione di silicati disciolti — finché alla fine le quantità di anidride carbonica e vapore acqueo rilasciate spingono la colata calda verso l’alto con grande forza, come un razzo.
Le nuove scoperte spiegano anche perché le kimberliti si trovano solo in antichi nuclei continentali. Solo qui la crosta è sufficientemente ricca di minerali ricchi di silice per guidare la loro ascesa e, inoltre, la crosta cratonica è eccezionalmente spessa. Questo significa che il viaggio verso la superficie è corrispondentemente più lungo, e il magma in risalita ha molte opportunità di entrare in contatto con minerali ricchi di silicati.