キンバリー岩は、地球内部の深い場所で形成され、火山噴火によって地表にもたらされるマグマ性の岩石である。 マグマは上方への激動の旅路の中で、他の種類の鉱物と同化し、ゼノリス（ギリシャ語で「異質な岩石」の意）と総称される。 キンバーライトに含まれるゼノリスにはダイヤモンドが含まれており、現在世界で採掘されているダイヤモンドの大半はキンバーライト鉱石から得られている。 しかし、キンバーライトが地殻を長い間上昇するために必要な浮力をどのように獲得しているのか、正確には謎のままであった。
今回、LMUの地球環境科学部長のドナルド・ディングウェル教授が率いる国際研究チームは、途中で拾われた同化岩が、必要な推進力を与えていることを実証したのです。 原始のマグマは塩基性ですが、上昇中に出会ったケイ酸塩鉱物を取り込むと、マグマはより酸性になります。 すると、二酸化炭素が気泡として放出され、溶融物の密度が低下して発泡する。 その結果、マグマの浮力が増し、マグマが上昇しやすくなるのです。 「今回の成果は、キンバーライトの生成に関する理解を深めるものであり、新しいダイヤモンド鉱床の探索に役立つだけでなく、既存の鉱床の評価にも役立つだろう」とディングウェル博士は語っている。
既知のキンバーライトの多くは7000万年前から1億5000万年前の期間に形成されたが、中には1億2000万年以上前のものもある。 一般に、キンバーライトはクラトン（大陸地殻の最古の残存領域）にのみ存在し、これは大陸陸地の核を形成し、大昔の形成以来ほとんど変化していない。 キンバリー岩のマグマは地表から約150kmの深さ、つまり他の火山岩よりもはるかに深い場所で形成される。 この深さでは温度と圧力が非常に高く、炭素がダイヤモンドの形に結晶化することができる。 キンバーライト質マグマがパイプと呼ばれる火山起源の長い煙突の中を、ノズルを絞ったホースの水のように押し流されると、その速度は著しく増大し、沈殿したダイヤモンドはまるでエレベーターに乗っているかのように上方に運ばれていくのである。 世界のダイヤモンド鉱山の多くがキンバーライトパイプであるのは、このためである。 しかし、乗っているのはダイヤモンドだけではありません。
このような「余分な負荷」にもかかわらず、キンバーライトマグマは高速で移動し、爆発的な噴火で地表に現れる。 「一般に、二酸化炭素や水蒸気などの揮発性ガスが、キンバーライトマグマの急速な上昇に必要な浮力を供給する重要な役割を担っていると考えられています。 ディングウェル教授のチームは、適切な高温で行われた実験室実験の助けを借りて、同化したゼノリスがこのプロセスで重要な役割を果たしていることを明らかにすることができた。 地球内部の深部にある始原的なマグマは、主に炭酸塩を含む成分で構成され、水を多く含むこともあるため、ベーシックと呼ばれている。 上昇するマグマが珪酸塩を多く含む岩石と接触すると、それらが溶融相に効果的に溶解し、溶融物が酸性化する。 より多くのケイ酸塩が取り込まれると、二酸化炭素の溶解度が低下するため、溶融物中に溶解している二酸化炭素の飽和レベルが徐々に上昇する。 溶融物が飽和状態になると、過剰な二酸化炭素が気泡を形成する。
「その結果、マグマは絶えず発泡し、粘性が低下して、地表への激しい噴火に必要な浮力が生じる」と、ディングウェルは説明する。 マグマが速く上昇すればするほど、より多くのケイ酸塩が流れに巻き込まれ、溶解したケイ酸塩の濃度が高くなり、ついには、放出された大量の二酸化炭素と水蒸気が、ロケットのように強力に高温の融体を上昇させるようになるのである。
この新しい発見は、なぜキンバーライトが古代の大陸の核でしか見つからないのかも説明しています。 この地殻だけが、キンバーライトを上昇させるのに十分なシリカに富む鉱物を含んでおり、さらに、火成岩の地殻は例外的に厚いのです。 そのため、地表に到達するまでの時間が長くなり、上昇するマグマがシリカに富む鉱物と接触する機会が多くなるのである
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