Kimberlit

Kimberlit jest skałą magmową, której głównym źródłem diamenty. Kimberlite to odmiana perydotyt. Jest bogaty w mały minerały zawartości i często w postaci kryształów flogopit. Inne bogate minerały to chrom-diopsyd, oliwinoraz bogaty w chrom i pirop granat. Kimberlit zwykle znajduje się w rurach – konstrukcjach o pionowych krawędziach, które mają w przybliżeniu okrągły przekrój poprzeczny. Skała mogła zostać wstrzyknięta w obszary osłabienia płaszcza. Części płaszcza skały często wydobywane są na powierzchnię w kimberlitach, co czyni je cennym źródłem informacji o świecie wewnętrznym.

Pomimo względnej rzadkości kimberlit przyciąga uwagę, ponieważ służy jako nośnik diamentów i granatów perydotyt ksenolity płaszcza na powierzchnię Ziemi. Jego prawdopodobne pochodzenie z głębokości większych niż jakikolwiek inny typ skał magmowych oraz ekstremalny skład magmy, który odzwierciedla niska zawartość krzemionki i wysoki poziom niezgodnego wzbogacenia pierwiastkami śladowymi, sprawiają, że zrozumienie petrogenezy kimberlitu jest ważne. Pod tym względem badania kimberlitu mogą potencjalnie dostarczyć informacji na temat składu głębokiego płaszcza i procesów topnienia zachodzących na styku kratonicznej litosfery kontynentalnej z leżącym pod nią konwekcyjnym płaszczem astenosferycznym lub w jego pobliżu.

Pochodzenie nazwy: Kamienny kimberlit został nazwany na cześć Kimberley w Republice Południowej Afryki, gdzie został po raz pierwszy rozpoznany. Diamenty Kimberley pierwotnie znajdowano w zwietrzałym kimberlicie, który zabarwił się na żółto limoniti dlatego został nazwany żółtą ziemią. Głębsze wyrobiska pozwoliły uzyskać mniej zmienioną skałę, serpentynizowany kimberlit, który górnicy nazywają niebieską ziemią.

Klasyfikacja Kimberlitu

Na podstawie badań dużej ilości kimberlitu depozytygeolodzy podzielili kimberlity na 3 oddzielne jednostki na podstawie ich morfologii i petrologia.

Te jednostki to:

1. Krater Facjalny Kimberlite
2. Diatreme Facies Kimberlite
3. Facie hipabisalne Kimberlite

1) Facja krateru Kimberlite

Morfologię powierzchni niezwietrzałego kimberlitu charakteryzuje krater o średnicy do 2 kilometrów, którego dno może znajdować się kilkaset metrów pod poziomem gruntu. Krater jest na ogół najgłębszy w środku. Wokół krateru znajduje się tuf pierścień, który jest stosunkowo mały, zwykle mniejszy niż 30 metrów w porównaniu ze średnicą krateru. W facjach kraterowych kimberlit występują dwie główne kategorie skał: piroklastyczne, osadzone przez siły erupcyjne; i epiklastyczne, czyli skały przetworzone przez wodę.

2) Diatreme Facies Kimberlite

Diatremy kimberlitowe mają głębokość 1–2 km i zazwyczaj mają kształt marchewki, a ich powierzchnia jest okrągła lub eliptyczna i zwęża się wraz z głębokością. Kontakt zanurzenia ze skałami macierzystymi wynosi zwykle 80–85 stopni. Strefę charakteryzują fragmentaryczny materiał wulkanoklastyczny kimberlityczny i ksenolity wyrywane z różnych poziomów skorupy ziemskiej podczas podróży kimberlitów na powierzchnię. Niektóre cechy tekstury Diatreme Facies Kimberlite:

3) Facie hipabisalne Kimberlite

Skały te powstają w wyniku krystalizacji gorącej, bogatej w substancje lotne magmy kimberlitowej. Generalnie brakuje im cech fragmentacji i wyglądają na magmowe. Niektóre cechy tekstury: Segregacja kalcytu i serpentynu w matrycy; Globularne segregacje kimberlitu w matrycy bogatej w węglany; Fragmenty skał uległy metamorfozie lub wykazują koncentryczne strefy; Nierównoziarnista tekstura tworzy teksturę pseudoporfirową.

Węgiel i Kimberlit

Węgiel jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na świecie i jednym z czterech pierwiastków niezbędnych do istnienia życia. Człowiek składa się w ponad 18% z węgla. Powietrze, którym oddychamy, zawiera śladowe ilości węgla. Węgiel występujący w przyrodzie występuje w trzech podstawowych postaciach:

Diament – ​​niezwykle twardy, przejrzysty kryształ

Diamenty powstają około 100 km pod powierzchnią Ziemi, w stopionej skale płaszcza Ziemi, która zapewnia odpowiednią ilość ciśnienia i ciepła, aby przekształcić węgiel w diament. Aby powstał diament, węgiel musi zostać umieszczony pod ciśnieniem co najmniej 161 435,113 funtów na cal kwadratowy (30 kilobarów) w temperaturze co najmniej 752 stopni Fahrenheita (400 stopni Celsjusza). Jeśli warunki spadną poniżej któregokolwiek z tych dwóch punktów, grafit zostanie stworzony. Na głębokościach 93 mil (150 km) lub więcej ciśnienie wzrasta do około 725,189 50 psi (2,192 kilobarów), a temperatura może przekroczyć 1,200 F (XNUMX C). Większość diamentów, które dziś widzimy, powstała miliony (jeśli nie miliardy) lat temu. Potężne erupcje magmy wyniosły diamenty na powierzchnię, tworząc fajki kimberlitowe.

Rury Kimberlit powstają, gdy magma przepływa przez głębokie pęknięcia w Ziemi. Magma znajdująca się w rurach kimberlitowych działa jak winda, przepychając diamenty, inne skały i minerały przez płaszcz i skorupę w ciągu zaledwie kilku godzin. Erupcje te były krótkie, ale wielokrotnie silniejsze niż erupcje wulkanów, które mają miejsce obecnie. Magma powstająca w tych erupcjach powstała na głębokościach trzy razy głębszych niż źródło magmy wulkany lubić Mount St. Helens– podaje Amerykańskie Muzeum Historii Naturalnej.

Magma ostatecznie ostygła wewnątrz rur kimberlitowych, pozostawiając stożkowe żyły skały kimberlitowej zawierające diamenty. Kimberlit to niebieskawa skała, której poszukują górnicy diamentów w poszukiwaniu nowych złóż diamentów. Powierzchnia rur kimberlitowych zawierających diament wynosi od 2 do 146 hektarów (5 do 361 akrów).

Diamenty można znaleźć także w korytach rzek, zwanych miejscami diamentów aluwialnych. Są to diamenty pochodzące z fajek kimberlitowych, które ulegają przemieszczeniu w wyniku działalności geologicznej. Lodowce i woda mogą również przenosić diamenty tysiące mil od ich pierwotnej lokalizacji. Obecnie większość diamentów znajduje się w Australii, Borneo, Brazylii, Rosji i kilku krajach afrykańskich, w tym w Republice Południowej Afryki i Zairze.

Modele rozmieszczenia Kimberlite

Mitchell (1986) rozważa kilka teorii i przedstawia bardziej wszechstronną krytykę każdej teorii rozmieszczenia.

1. Teoria wybuchowego wulkanizmu
2. Teoria magmy (fluidyzacji).
3. Teoria hydrowulkaniczna

1. Teoria wybuchowego wulkanizmu

Teoria ta zakłada gromadzenie się magmy kimberlitowej na płytkich głębokościach i późniejsze gromadzenie się substancji lotnych. Kiedy ciśnienie w tej kieszeni, zwanej komorą pośrednią, jest wystarczające, aby pokonać obciążenie skał znajdujących się powyżej, następuje erupcja. Uważa się, że epicentrum erupcji znajdowało się w miejscu kontaktu facji diatremicznej.

Dzięki ekstensywnemu wydobyciu jest jasne, że tej teorii nie da się utrzymać. Na głębokości nie odnaleziono żadnej komory pośredniej.

2. Teoria magmy

Pierwotnym zwolennikiem tej teorii był Dowson (1971). Został on później rozwinięty przez Clementa (1982), a forsowany przez Fielda i Scotta Smitha (1999).

Magma Kimberlite unosi się z głębokości, wytwarzając różne impulsy, zwane „rurami embrionalnymi”. Powierzchnia nie zostaje naruszona, a substancje lotne nie wydostają się na zewnątrz. W pewnym momencie rurki embrionalne osiągają wystarczająco płytką głębokość. Dzięki temu ciśnienie substancji lotnych jest w stanie pokonać obciążenie leżących nad nim skał. W miarę ulatniania się substancji lotnych zapewniany jest krótki okres fluidyzacji. Uważa się, że fluidyzacja jest krótkotrwała, ponieważ fragmenty są zwykle kanciaste.

3. Teoria hydrowulkaniczna

Głównym zwolennikiem tej teorii jest Lorenz (1999). Magmy Kimberlitowe wypływają z głębokości poprzez wąskie szczeliny o grubości 1 m. Magma kimberlitowa skupia się strukturalnie błędy które działają jako ogniska dla wód lub wynikająca z nich brekcja w wyniku lotnego wydzielania się z wznoszących się kimberlitów, mogą działać jako ogniska dla wody. Zbreksyjowana skała zostaje napełniona wodami gruntowymi. Kolejny impuls magmy kimberlitowej następuje po pewnym osłabieniu strukturalnym skały na powierzchnię i ponownie wchodzi w kontakt z wodą, powodując kolejną eksplozję.

Geochemia Kimberlitu

Geochemię kimberlitów definiują następujące parametry:

ultramaficzny, MgO >12% i ogólnie >15%;

ultrapotasowy, molowy K2O/Al2O3 >3;

niemal pierwotny Ni (>400 ppm), Cr (>1000 ppm), Co (>150 ppm);

Wzbogacanie REE;[14]

wzbogacenie w pierwiastek litofilowy o średnich do wysokich jonach (LILE) [15], ΣLILE = > 1,000 ppm;

wysoka zawartość H2O i CO2.

Kompozycja Kimberlit

Zarówno lokalizacja, jak i pochodzenie magm kimberlitycznych są przedmiotem sporu. Ich ekstremalne wzbogacenie i geochemia doprowadziły do ​​wielu spekulacji na temat ich pochodzenia, a modele umieszczają ich źródło w subkontynentalnym płaszczu litosferycznym (SCLM) lub nawet tak głęboko, jak strefa przejściowa. Mechanizm wzbogacania był również przedmiotem zainteresowania w modelach obejmujących częściowe topienie, asymilację subdukowanego osadu lub pozyskiwanie z pierwotnego źródła magmy.

Historycznie rzecz biorąc, na podstawie obserwacji petrograficznych kimberlity zostały sklasyfikowane w dwóch różnych odmianach, zwanych bazaltowymi i mikowymi. Zostało to później poprawione przez CB Smith, który zmienił nazwy „grupy I” i „grupy II” w oparciu o powinowactwa izotopowe tych skał przy użyciu układów Nd, Sr i Pb. Roger Mitchell zasugerował później pokazanie kimberlitów z grupy I i II. Te oczywiste różnice mogą nie być tak blisko powiązane, jak kiedyś sądzono. II. Grupa wykazała, że ​​kimberlity wykazywały większą tendencję do lampolinów niż grupa I. Dlatego grupa II przeklasyfikowała kimberlity na pomarańczowe, aby zapobiec pomyłkom.

Kimberlity grupy I

Kimberlity grupy I są wykonane z ultramaficznego potasu bogatego w CO2 skały magmowe zdominowany przez forsteryt pierwotny oliwin i minerały węglanowe, ze śladową zawartością minerałów magnezu ilmenit, chrom pirop, pirop almandynowy, chrom diopside (w niektórych przypadkach subwapniowy), flogopit, enstatite i ubogiego w Ti chromit. Kimberlity grupy I wykazują charakterystyczną nierówną teksturę spowodowaną makrokryształami (0.5–10 mm lub 0.020–0.394 cala) do megakryształów (10–200 mm lub 0.39–7.87 cala) fenokryształami oliwinu, piropu, diopsydu chromowego, ilmenitu magnezowego i flogopitu, w drobno- i średnioziarnistej masie gruntowej.

Lamproity oliwinowe

Lamproity oliwinowe nazywano wcześniej kimberlitami grupy II lub oranżitami w odpowiedzi na błędne przekonanie, że występowały tylko w Republice Południowej Afryki. Ich występowanie i petrologia są jednak identyczne w skali globalnej i nie należy ich błędnie nazywać kimberlitem. Lamproity oliwinowe to ultrapotasowe, peralkaliczne skały bogate w substancje lotne (głównie H2O). Charakterystyczną cechą lamproitów oliwinowych są makrokryształy i mikrofenokryształy flogopitu wraz z mikami przyziemnymi, których skład różni się od flogopitu do „tetraferryflogopitu” (anomalnie ubogi w Al flogopit wymagający Fe przedostawania się do miejsca czworościennego). Wchłonięte makrokryształy oliwinu i euedryczne kryształy pierwotne oliwinu z masy ziemnej są składnikami powszechnymi, ale nie istotnymi.

Minerały wskaźnikowe kimberlityczne

Kimberlity to osobliwe skały magmowe, ponieważ zawierają różnorodne gatunki minerałów, których skład chemiczny wskazuje, że powstały pod wysokim ciśnieniem i temperaturą wewnątrz płaszcza. Te minerały, takie jak diopsyd chromu (a piroksen), spinele chromowe, ilmenit magnezowy i granaty piropowe bogate w chrom, są na ogół nieobecne w większości innych skał magmowych, co czyni je szczególnie przydatnymi jako wskaźniki kimberlitów.

Gospodarcze znaczenie Kimberlitu

Kimberlity są najważniejszym źródłem diamentów na świecie. Na świecie odkryto około 6,400 fajek kimberlitowych, z których około 900 sklasyfikowano jako zawierające diamenty, a nieco ponad 30 z nich było na tyle ekonomicznych, że można je było wydobywać.

Pierwszym rozpoznanym źródłem nazwy były osady występujące w Kimberley w Republice Południowej Afryki. Diamenty Kimberley pierwotnie znajdowano w zwietrzałym kimberlicie, który limonitem zabarwił się na żółto i dlatego nazywano go „żółtym podłożem”. W głębszych wyrobiskach natrafiono na mniej zmienioną skałę, serpentynizowany kimberlit, który górnicy nazywają „niebieską ziemią”.

Zarówno niebieski, jak i żółty grunt były płodnymi producentami diamentów. Po wyczerpaniu się żółtej ziemi górnicy pod koniec XIX wieku przypadkowo wcięli się w niebieską ziemię i znaleźli duże ilości diamentów o jakości klejnotów. Gospodarcze znaczenie tamtych czasów było takie, że po znalezieniu zalewu diamentów górnicy podcinali sobie nawzajem ceny i ostatecznie w krótkim czasie obniżyli wartość diamentów do kosztu.

Formacja Kimberlit

Ogólny konsensus jest co do tego, że kimberlity powstają głęboko w płaszczu, na głębokościach od 150 do 450 kilometrów, z anomalnie wzbogaconej egzotycznej kompozycji płaszcza. Wybuchają szybko i gwałtownie, często z uwolnieniem znacznych ilości dwutlenku węgla (CO2) i lotnych składników. Gwałtowne eksplozje wytwarzają pionowe kolumny skał – rur wulkanicznych lub rur kimberlitowych – które wznoszą się ze zbiorników magmy. Głębokość topnienia i proces powstawania sprawiają, że kimberlity są podatne na gromadzenie ksenokryształów diamentu.

Morfologia rur kimberlitowych jest zróżnicowana, ale generalnie obejmuje kompleks grobli pokrytych blachą, składający się z pionowo zanurzonych wałów zasilających w nasadzie rury, sięgających aż do płaszcza. W promieniu 1.5–2 km od powierzchni magma eksploduje w górę i rozszerza się, tworząc strefę stożkową lub cylindryczną zwaną diatremą, która wypływa na powierzchnię.

Wyraz powierzchni jest rzadko zachowany, ale zwykle jest podobny do mara wulkan. Średnica rury kimberlitowej na powierzchni wynosi zwykle od kilkuset metrów do kilometra.

Uważa się, że wiele fajek kimberlitowych powstało około 70–150 milionów lat temu, ale w Afryce Południowej jest kilka, które powstały między 60 a 1,600 milionów lat temu (Mitchell, 1995, s. 16).

Wnioski

• Magmy Kimberlite są bogate w dwutlenek węgla i wodę, która szybko i gwałtownie przenosi magmę do płaszcza.
• Kimberlit to ultramaficzna skała magmowa bogata w gaz potasowy.
• Australia jest obecnie największym na świecie producentem diamentów niskiej jakości i wykorzystywanych do celów przemysłowych.
• Krater facjalny kimnerlit jest rozpoznawalny po cechach osadowych.
• Facje diatremiczne rozpoznaje się po granulatach Lapilli.
• Fasady hipabysalne są powszechnie rozpoznawane po segregacyjnej fakturze i obecności obfitego kancytu.

Referencje

• Bonewitz, R. (2012). Skały i minerały. wydanie 2. Londyn: Wydawnictwo DK.
• Kurszlaukis, S. i Fulop, A. (2013). Czynniki kontrolujące architekturę facji wewnętrznych wulkanów Maar-diatreme. Biuletyn Wulkanologia, 75 (11), 761.
• Współautorzy Wikipedii. (2019, 14 lutego). Kimberlit. W Wikipedii, Wolnej Encyklopedii. Pobrano 16:10, 11 maja 2019 r., z https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063