Kimberlieten zijn magmatische gesteenten die diep in het binnenste van de Aarde ontstaan en door vulkaanuitbarstingen naar de oppervlakte worden gebracht. Op hun turbulente reis naar boven assimileren magma’s andere soorten mineralen, die gezamenlijk xenolieten (Grieks voor “vreemde gesteenten”) worden genoemd. Onder de xenolieten die in kimberliet worden gevonden, bevindt zich ook diamant, en het overgrote deel van de diamanten die vandaag de dag in de wereld worden gedolven, wordt in kimberlietertsen gevonden. Hoe kimberlieten precies het drijfvermogen verkrijgen dat nodig is voor hun lange klim door de aardkorst, is echter een mysterie gebleven.
Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Professor Donald Dingwell, Directeur van het Departement Geo- en Milieuwetenschappen aan de LMU, heeft nu aangetoond dat geassimileerde gesteenten die onderweg worden opgepikt, verantwoordelijk zijn voor het verschaffen van de vereiste stuwkracht. Het oermagma is basisch, maar de opname van silicaatmineralen die tijdens het opstijgen worden aangetroffen, maakt de smelt zuurder. Dit leidt tot het vrijkomen van kooldioxide in de vorm van luchtbellen, die de dichtheid van de smelt verminderen, waardoor deze in wezen gaat schuimen. Het netto resultaat is een toename van het drijfvermogen van het magma, waardoor het gemakkelijker verder kan opstijgen. “Omdat onze resultaten ons begrip van het ontstaan van kimberliet vergroten, zullen ze nuttig zijn bij het zoeken naar nieuwe diamanthoudende ertsen en zullen ze de evaluatie van bestaande bronnen vergemakkelijken,” zegt Dingwell.
De meeste bekende kimberlieten zijn gevormd in de periode tussen 70 en 150 miljoen jaar geleden, maar sommige zijn meer dan 1200 miljoen jaar oud. Over het algemeen worden kimberlieten alleen gevonden in kratons, de oudste overgebleven gebieden van continentale korst, die de kernen van continentale landmassa’s vormen en vrijwel onveranderd zijn gebleven sinds hun vorming eonen geleden. Kimberlitische magma’s worden ongeveer 150 km onder het aardoppervlak gevormd, d.w.z. op veel grotere diepten dan enig ander vulkanisch gesteente. De temperaturen en de druk op dergelijke diepten zijn zo hoog dat koolstof kan kristalliseren in de vorm van diamanten. Wanneer kimberlitische magma’s door lange schoorstenen van vulkanische oorsprong, pijpen genaamd, worden geperst, zoals het water in een slang wanneer de spuitmond vernauwd wordt, neemt hun snelheid aanzienlijk toe en worden de afgezette diamanten als in een lift naar boven getransporteerd. Dit is de reden waarom de meeste diamantmijnen in de wereld zich in kimberlietpijpen bevinden. Maar diamanten zijn niet de enige passagiers. Kimberlieten dragen ook vele andere soorten gesteenten met zich mee op hun lange reis naar het licht.
Ondanks deze “extra lading,” reizen kimberliet magma’s snel, en komen op het aardoppervlak tevoorschijn in explosieve erupties. “Algemeen wordt aangenomen dat vluchtige gassen zoals kooldioxide en waterdamp een essentiële rol spelen bij het verschaffen van het nodige drijfvermogen om de snelle stijging van kimberlietmagma’s aan te drijven,” zegt Dingwell, “maar het was niet duidelijk hoe deze gassen in het magma worden gevormd.” Met behulp van laboratoriumexperimenten die bij voldoende hoge temperaturen werden uitgevoerd, kon het team van Dingwell aantonen dat de geassimileerde xenolieten een belangrijke rol in het proces spelen. Het oermagma diep in het binnenste van de aarde wordt basisch genoemd omdat het hoofdzakelijk bestaat uit carbonaathoudende bestanddelen, die ook een groot aandeel water kunnen bevatten. Wanneer het opstijgende magma in contact komt met silicaatrijke gesteenten, worden deze effectief opgelost in de gesmolten fase, waardoor de smelt verzuurt. Naarmate meer silicaten worden opgenomen, neemt het verzadigingsniveau van het in de smelt opgeloste kooldioxide geleidelijk toe naarmate de oplosbaarheid van kooldioxide afneemt. Wanneer de smelt verzadigd raakt, vormt het overtollige kooldioxide bellen.
“Het resultaat is een voortdurend schuimen van het magma, dat zijn viscositeit kan verminderen en zeker het drijfvermogen geeft dat nodig is om zijn zeer heftige uitbarsting op het aardoppervlak aan te drijven,” zoals Dingwell uitlegt. Hoe sneller het magma opstijgt, hoe meer silicaten in de stroom worden opgenomen, en hoe groter de concentratie van opgeloste silicaten – totdat uiteindelijk de hoeveelheden kooldioxide en waterdamp die vrijkomen de hete smelt met grote kracht omhoog stuwen, als een raket.
De nieuwe bevindingen verklaren ook waarom kimberlieten alleen worden gevonden in oude continentale kernen. Alleen hier is de korst voldoende rijk aan silicarijke mineralen om hun opstijging aan te drijven en bovendien is de kratonische korst uitzonderlijk dik. Dit betekent dat de reis naar de oppervlakte navenant langer is, en het opstijgende magma ruimschoots de gelegenheid heeft om in contact te komen met silicarijke mineralen.