Алмазы – самые удивительные из драгоценных камней. Не менее удивительно и то, как природные алмазы достигают поверхности Земли. Алмазы образуются на глубине 150-700 км, а затем переносятся вверх при редком вулканическом извержении кимберлитовой магмы. Человек никогда не был свидетелем такого события, и извержение этой магмы считается самым быстрым и жестоким видом вулканического извержения на Земле. К счастью, поскольку алмаз – самый твердый минерал, он обычно выдерживает такое грубое обращение. Такая система доставки в виде вулканического транспорта только добавляет таинственности и ценности природному алмазу.
Существует два основных типа магмы, которые переносят природные алмазы на поверхность. Эти магмы кристаллизуются при охлаждении в вулканические породы, известные как кимберлит и лампроит. Кимберлит, безусловно, является доминирующим типом извержения для вывода алмазов на поверхность Земли. Хотя алмаз является лишь случайным пассажиром и на самом деле не создается кимберлитом, базовое понимание кимберлитов помогает нам понять обстановку большинства природных алмазных образований в мантии.
Кимберлит – это название бедной кремнеземом и богатой магнием экструзионной магнезитовой породы, содержащей большое количество оливина.
Лампроит – это название породы, даваемое кристаллизованной экструзионной магматической породе, богатой калием и магнием, в которой отсутствует обычный полевой шпат. Лампроиты встречаются гораздо чаще, чем кимберлиты, но те, которые несут алмазы, более редкие, чем кимберлиты. На самом деле, на Земле известно только около четырех-пяти алмазоносных лампроитов.
Взаимоотношения между кимберлитом и алмазом
До открытия кимберлитов все алмазы добывались из вторичных аллювиальных источников: речных сред, где алмазы были размыты из первичного источника. Ранее алмазы из Индии добывались преимущественно вдоль реки Кришна в штате Мадхья-Прадеш. Сегодня вторичная добыча алмазов по-прежнему ведется во многих районах Сьерра-Леоне, Бразилии, Анголы, Намибии и даже вдоль морского дна, где реки впадают в океаны.
Потребовались эксперименты и геохимический анализ, чтобы показать, что алмазы не образуются в результате кимберлитовой реакции со сланцами. Но для того, чтобы доказать, что алмазы не кристаллизуются из кимберлитовой магмы, понадобилось бы более 100 лет после открытия кимберлита.
Первые знания о связи между алмазами и кимберлитами происходят от ранней работы над тем, как кристаллизуется алмаз. Эксперименты в лаборатории показали, что превращение графита в алмаз происходит при высоких давлении и температуре в глубине мантии.
В 1970-х годах ученые использовали изотопное датирование кимберлитовых минералов для определения первых возрастов кимберлитовых извержений. Используя геохронологию кимберлитовых слюд Rb-Sr, ученые-геологи установили, что кимберлиты извергались около 86 млн лет назад. Примерно в то же время геохронология U-Pb на кимберлитовых цирконах этих же кимберлитов показала аналогичные результаты, что они извергались около 90 миллионов лет назад. Более поздние аналитические работы уточнили эти эпохи. Теперь мы знаем, что большинство кимберлитов Земли изверглось относительно недавно (с геологической точки зрения) между 250 и 50 миллионами лет назад.
Почему алмазы выживают в кимберлите во время извержения?
Еще одна замечательная особенность того, как кимберлиты переносят алмазы с большой глубины, заключается в том, что алмазам удается выжить. Грубые алмазы часто подвергаются резорбции из своих первичных октаэдрических форм во вторичные формы, называемые додекаэдрами. Это происходит потому, что кимберлиты находятся в процессе растворения алмаза – просто этот процесс не доведен до конца. Почти все другие магмы на Земле, такие как базальты и андезиты, полностью растворяют алмаз, поэтому это дар природы, что кимберлиты позволяют алмазам выживать.
Успешная транспортировка и доставка алмазов также происходит потому, что кимберлиты извергаются быстрее и меньше окисляются, чем другие магмы на Земле. Алмазы также могут быть экранированы в куски пород-хозяев во время большей части их транспортировки. Здесь важна скорость: По оценкам, кимберлит низкой вязкости движется со скоростью около 8 — 40 миль в час, в то время как базальтовая магма с нормальной вязкостью движется со скоростью, составляющей лишь часть этой скорости. Химический состав кимберлита и его летучих компонентов также считаются важными факторами.
Кимберлитовые разрывы в истории Земли
Судя по полевым наблюдениям, кимберлиты более взрывоопасны, чем извержения, которые мы наблюдаем сегодня в таких местах, как Гавайи, Исландия, Индонезия и гора Святой Елены.
Последними известными кимберлитовыми извержениями были кимберлиты около 10-тысячелетней давности в Танзании, хотя есть некоторые споры о том, являются ли они истинными кимберлитами. Кроме того, эти кимберлиты не являются алмазоносными. Следующими самыми молодыми африканскими кимберлитами являются кимберлиты 32 млн лет назад в Демократической Республике Конго.
Как и почему формируются кимберлиты?
Первичный (или оригинальный) состав расплава кимберлита плохо известен, потому что порода, которую мы видим сегодня, является переменной сложной физической смесью. Кимберлит содержит магму, которая смешивалась со многими компонентами, подобранными по пути >150 км к поверхности. На поверхности кимберлит содержит мелкозернистый матричный материал и минералы. Другими словами, кимберлит считается «гибридной» породой.
Преобладающим минералом в кимберлите является оливин, он легко изменяется на минерал, называемый серпентином, и это изменение также затрудняет оценку исходного магматического состава.
Пытаться определить состав первичного расплава можно разными способами: проводя эксперименты при высоких давлениях и температурах, рассматривая включения расплава, обнаруженные в кимберлитовых минералах, и выполняя расчеты баланса масс.
Почему началось плавление? Сейчас мы приблизительно знаем, откуда в Земле возникли кимберлитовые магмы, но почему на самом деле началось плавление? «Триггеры» глубокого плавления Земли, предшествующие кимберлитовым извержениям, не одинаковы для всех кимберлитов, и есть три основных крупномасштабных геологических сценария, которые обычно рассматриваются геологами:
- мантийные шлейфы, поднимающиеся из глубин мантии;
- субдукция океанической коры и связанные с ней коллизионные процессы при образовании суперконтинента;
- тектонотермические события, связанные с распадом суперконтинента.
В основе всех этих процессов генерации магмы и результирующего кимберлитового извержения лежит связь с процессом тектоники плит. Без тектоники плит не было бы кимберлитов.
Где происходят кимберлиты?
Кимберлиты извергаются не во всех областях Земли. Во всем мире кимберлиты встречаются под старейшими частями континентов, известными как кратоны. Кратоны имеют толстые литосферные корни, простирающиеся, по крайней мере, до 150-200 км. Независимо от того, как формируются кимберлиты, связь этих извержений с глубокими континентальными корнями – еще одна из удивительных загадок того, как кимберлиты доставляют алмазы. Эти глубокие континентальные корни – хранилище алмазов на Земле.
Постоянные исследования
Еще многое предстоит узнать о кимберлитах и отношениях между кимберлитовыми магмами и алмазами, которые они несут:
- Почему именно алмаз выживает при кимберлитовом извержении?
- Какие особенности поверхности алмаза связаны с воздействием кимберлитовой магмы по сравнению с теми, которые могут быть вызваны жидкостями в глубине мантии, где находятся алмазы?
Мы выделили основные геологические, исторические и практические особенности кимберлитов. Исключительным является то, что в конце концов, когда покупается природный алмаз, у нас для благодарности есть кимберлит, который нам его принес.
С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.gia.edu/gems-gemology/summer-2019-kimberlites-earths-diamond-delivery-system