Kimberlieten

De eerste kimberlieten werden door Vanuxen in 1837 beschreven in Ludlowiville bij Ithaca in de staat New York; de term kimberliet werd echter geïntroduceerd door Lewis (1887) om de diamanthoudende, porfierische mica-peridotieten van het Kimberley-gebied in Zuid-Afrika te beschrijven. Kimberlieten zijn sterk magnesische (MgO > 25% gewicht) magmatische gesteenten die verrijkt zijn met vluchtige stoffen (water, kooldioxide en fluor) en abnormaal hoge gehalten bevatten aan elementen als K, Na, Ba, Sr, zeldzame aardelementen, Ti, Zr, Nb, en P. Eenvoudig gezegd vormen kimberlieten een hybride groep gesteenten die een groep van vluchtige rijke (dominant CO2) potassische, ultrabasische gesteenten omvat en die een uitgesproken inequigranulaire textuur vertoont, die het gevolg is van de aanwezigheid van macro-kristallen (en/of megakristallen) die zijn gevat in een fijnkorrelige matrix.
Omwille van de grote verscheidenheid aan texturele, mineralogische, petrografische en geochemische kenmerken zijn er diverse definities en classificaties voor kimberlieten voorgesteld.

Classificatie op basis van de texturale en genetische variaties:

Dit model, voorgesteld door Clement en Skinner (1979), baseert zich op texturele kenmerken en onderscheidt drie genetische facies van kimberlietgesteenten.
1) Crater Facies Kimberlite
2) Diatreme Facies Kimberlite
3) Hypabyssal Facies Kimberlite
♦ 1) Crater Facies: De oppervlaktemorfologie van niet-verweerde kimberliet (Fig.1) wordt gekenmerkt door een krater, tot 2 km in diameter, waarvan de bodem 150 tot 300 m onder het oppervlak kan liggen. De krater is over het algemeen het diepst in het midden en rond de krater ligt een tufsteenring die relatief klein is, over het algemeen minder dan 30 meter, in vergelijking met de diameter van de krater. Kraterfacies worden vertegenwoordigd door pyroclastische (gevormd als gevolg van eruptieve krachten) en epiclastische gesteenten (fluviatiele omzetting van pyroclastisch materiaal) en worden onderscheiden door sedimentaire (laag)afzetting.

Fig.1: Crater Facies Kimberlite. Gewijzigd naar Mitchell 1986.

Twee hoofdcategorieën gesteenten worden gevonden in kraterfacies kimberlieten; pyroclastische, die afgezet zijn door eruptieve krachten; en epiclastische, dat zijn gesteenten die door water zijn omgewerkt.
Pyroclastische gesteenten: Deze gesteenten zijn te vinden in tufsteenringen rond de krater en in de krater zelf. Tufsteenringen hebben een geringe hoogte. Igwissi Hills in Tanzania en Kasami in Mali zijn de pijpen met goed bewaarde tufsteenringen (Fig.2). De afzettingen zijn over het algemeen beddingvormig, vesiculair en gecarboniseerd. Tufsteenafzettingen die in de krater bewaard zijn gebleven zijn eveneens zeldzaam; de Igwissi Hill pijpen in Tanzania zijn echter onderzocht en hebben drie verschillende eenheden laten zien. Van boven naar beneden zijn dat:

1. Goed gestratificeerde tufsteenlagen, gedefinieerd door lapilli en asvormige deeltjes.
2. Slecht gestratificeerde grove pyroclasten.
3. Basale breccia’s.
Epiclastische gesteenten: Deze sedimenten vertegenwoordigen fluviatiele omwerking van pyroclastisch materiaal van de tufkring in het kratermeer dat bovenop de diatreme is gevormd. Ze zijn complex en lijken op een reeks overlappende alluviale waaiers gemengd met lacustriene afzettingen.

Fig.2: Igwisi Hills kimberlietkrater. Uit The Earth Story.

♦ 2) Diatreme Facies: De diatreme facies in kimberliet wordt gekenmerkt door een wortelvormig lichaam met bijna cirkelvormige of elliptische omtrek aan het oppervlak en steil aflopende (80°-85°) wanden. Deze facies kunnen soms meer dan 2 km diep zijn. De diatreme facies worden gekenmerkt door hun fragmentarische aard en de aanwezigheid van hoekige tot afgeronde fragmenten landgesteente (variërend van enkele centimeters tot sub-microscopische grootte) verleent ze een aparte identiteit. Dit facies wordt gevormd door autolieten (afgeronde fragmenten van vroegere generaties kimberliet), pelletvormige lapilli, (grote afgeronde tot elliptische lapilli formaat clasts vertegenwoordigd door een grote anhedrale olivijn of phlogopiet in de vorm van een kern, die ingesloten is in een optisch onoplosbare microfenokristalmatrix), gefragmenteerde mantelxenolieten die worden vertegenwoordigd door discrete en gefractioneerde korrels olivijn-granaat, clinopyroxeen en ilmeniet in een product van magnetische kristallisatie bestaande uit microfenokristen en grondmassa.
♦ 3) Hypabyssale Facies: De hypabyssale facies kimberlieten zijn gesteenten gevormd door de kristallisatie van vluchtig rijk kimberlietmagma. Macroscopisch zijn het massieve gesteenten waarin de macrokristallen olivijn en andere macrokristallen (ilmeniet, phlogopiet, granaat) vaak zichtbaar zijn. Zij vertonen de stollingsstructuren en de effecten van de magmatische differentiatie. Enkele van de karakteristieke textuurkenmerken van dit facies zijn: 1. 1. Afwezigheid van pyroclastische fragmenten en texturen, 2. Aanwezigheid van laat-stadium poikilitische groei van phlogopiet, 3. Segregatie-texturen met segregatie van calciet en serpentijn. 4. 4. Flow banding gemarkeerd door de voorkeursoriëntatie van microfenokristen.

Fig.3: Model van een geïdealiseerd kimberlietsysteem, ter illustratie van de hypabyssale, de diatreme en de kraterfacies. Uit Mitchell (1986).

Op grond van verschillen in hun isotopensamenstelling heeft Smith (1983) de kimberlieten in twee groepen ingedeeld: Groep-I en Groep-II kimberlieten.

♦ Groep I kimberlieten: Groep I omvat de meest klassieke kimberlieten, die oorspronkelijk basaltische kimberlieten werden genoemd: dat wil zeggen ultrabasische (SiO2 1), vluchtige-rijke (dominant CO2) gesteenten, gekenmerkt door de aanwezigheid van macro- en megakristen van magnesiumrijke mineralen zoals olivijn, ilmeniet, pyropische granaat, variabel chroomrijke diopsidische pyroxeen, phlogopiet, enstatiet, en Ti-arm chromiet, gevat in een fijne matrix van olivijn, serpentijn, carbonaat, en andere bijkomende Mg- en/of Ca-rijke mineralen. Zowel de macro- als de megakristen zijn tenminste voor een deel xenokristen, of toevallige kristallijne componenten afkomstig van verstoring van landrotsen (in wezen diep ingesloten mantelperidotieten en eclogieten) doorsneden door het opstijgende kimberlietmagma.
♦ Groep II kimberlieten (orangeieten): oorspronkelijk aangeduid als micaceous of lamprophyric kimberlites, zijn ultrapotassische (K/Na > 3), peralkalische (/Al > 1), vluchtig-rijke (dominant H2O) gesteenten, gekenmerkt door de aanwezigheid van phlogopiet en olivijn als macro-kristallen, in een grondmassa bestaande uit phlogopiet, olivijn en diopside, gewoonlijk gezoneerd tot titanisch aegirijn, spinel variërend in samenstelling van Mg-houdend chromiet tot Ti-houdend magnetiet, perovskiet, en andere mineralen. Zij hebben een grotere mineralogische verwantschap met lamproieten dan met kimberlieten van groep I.

Distributie van kimberlieten in de wereld

Kimberlieten komen verspreid voor over alle continenten van de wereld (Fig.4). Op basis van de verspreidingspatronen van de kimberlieten over de hele wereld, stelde Clifford (1966) vast dat de economisch levensvatbare kimberlieten hoofdzakelijk voorkomen op Pre-Cambrische kratons, met name die van Archeaanse ouderdom (ouder dan ca. 2,5 Ga). Deze waarneming is later bekend geworden als de Cliffords Rule. Er zijn geen primaire diamantafzettingen bekend in aardkorstterranen die jonger zijn dan 1,6 Ga. Deze eigenaardige associatie suggereert een verband tussen de aanwezigheid van diamanten en de ouderdom van de subcontinentale lithosfeer, en Cliffords regel is lange tijd beschouwd als een waardevol selectiecriterium in diamant-exploratieprogramma’s. In dit verband moet worden opgemerkt dat diamanthoudende kimberlieten meestal jong zijn in vergelijking met de ouderdom van de lithosfeer waarin zij zijn geïncrustreerd. Vele (waaronder de meeste Zuidafrikaanse voorbeelden) zijn Krijt, vele andere Paleozoïsch (zoals in de Republiek Sakha, Siberië), maar de hele reeks strekt zich uit van het Proterozoïcum tot het Neogeen (zoals sommige voorbeelden van 22 Ma in West-Australië).

Fig.4: Wereldwijde verspreiding van kimberlieten.

Kimberliet-emplacementmodellen

In de loop der jaren zijn verschillende modellen voor de emplacement van kimberlietpijpen voorgesteld. Deze omvatten: 1) de explosieve-boringstheorie, 2) de fluïdisatietheorie, 3) de hydrovulkanische theorie en 4) de Embryonische pijptheorie.
Explosieve-boringstheorie
De vulkanische aard van kimberliet werd al snel erkend (Lewis 1887, Bonney 1899) en onder invloed van ideeën die door Geikie (1902) naar voren waren gebracht om het ontstaan van soortgelijke diatremes in Schotland te verklaren, werd voorgesteld dat kimberlieten door explosieve-boringstheorie werden verplaatst (Wagner 1914). Kimberlitische diatrmen werden dus beschouwd als vulkaanuitbarstingen die explosief uitbarstten van diepten tot 2 km. Men ging ervan uit dat de eruptie het gevolg was van de gewelddadige explosieve vrijlating van sterk samengeperste dampen en gassen van magmatische oorsprong. Het niveau waarop dit gebeurde wordt nu gemarkeerd door de overgang van voerdijk naar diatreme.
Kimberlietmagma wordt geacht uit de diepe mantel te stijgen langs scheuren en spleten. Aangenomen wordt dat het magma onvoldoende vluchtige stoffen bevat om een directe explosieve uitbarsting mogelijk te maken, en dat de opstijging daarom wordt stopgezet wanneer een ondoordringbaar niveau wordt bereikt. Door pooling ontstaan op betrekkelijk geringe diepte magmakamers, die tussenkamers worden genoemd. Kristallisatie in deze kamers resulteert in de opbouw van vluchtige stoffen. Uiteindelijk wordt voldoende druk opgewekt om het dak te doen opzwellen en breken. Er volgt dan een explosieve uitbarsting van kimberliet met gelijktijdige verbrokkeling van de doorgang, totdat de overdruk is verminderd. Herhaling van het proces kan meervoudige intrusie bij een enkele opening verklaren, of het optreden van dicht bij elkaar liggende diatremes als de dakbreuk op iets verschillende punten boven de magmakamer optreedt.
Door uitgebreide ontginning is het duidelijk geworden, dat deze theorie onhoudbaar is. De voornaamste argumenten tegen de hypothese, hetzij in zijn oorspronkelijke vorm (Wagner 1914), hetzij in gewijzigde vorm zijn de volgende:
1) Er is geen bewijs voor krachtige intrusie, er is een afwezigheid van opwaarts gerichte concentrische breuken; 2) er zijn geen explosiecentra op diepte, noch aan de basis van de diatremes, noch in de wortelzones; 3) diepe mijnbouw heeft ook geen tussenliggende kamers aan het licht gebracht; 4) explosieve boringen zijn niet in overeenstemming met de beperking van breccia’s tot het inwendige van de conduits, waarvan sommige nooit de oppervlakte hebben bereikt. 5) De zonale rangschikking van xenolieten; het zinken van xenolieten; en het behoud van de reeds bestaande stratigrafie van het landgesteente in het mega-xenoliet-assemblage, zijn niet consistent met explosieve ontginning; 6) Projecties van landgesteente in de diatreme worden gevonden die explosieve activiteit niet zouden kunnen overleven.

Fluïdisatietheorie
Dawson (1962, 1967a, 1971, 1980) is de belangrijkste voorstander geweest van de gefluïdiseerde emplacement van kimberliet diatrmen. Hij gelooft dat de verdeling, afronding, en striatie van insluitsels, de juxtapositie van xenolieten afkomstig van verschillende diepten, de omringende en gedeeltelijke onthechting van blokken landgesteente, de afwezigheid van up-doming, en het ontbreken van thermische metamorfe effecten alleen door dit proces kunnen worden verklaard. Dawson stelt zich dus een met gas geladen kimberlietmagma voor dat uit de bovenmantel opstijgt via een breuksysteem. Op geschikte plaatsen van korstverzwakking vindt een doorbraak naar de oppervlakte plaats vanaf een diepte van 2-3 km. Adiabatische expansie van magmatische gassen (overwegend CO2) treedt op en de explosieopening wordt vergroot en opgevuld door gefluïdiseerde fragmentarische kimberliet, die zich met een zandstraaleffect naar boven boort en de grote verbindingssystemen volgt. In sommige diatemen vormen latere gasgolven opvallende tufkolommen, terwijl holten in de opening kunnen worden opgevuld met magma dat zich consolideert als massief kimberliet of dat clasten bevat om kimberlietbreccia te vormen.
De vorming van diatemen door fluïdisatie is niet door alle vulkanologen aanvaard en is met name verworpen door hen die geloven dat diatemen worden gevormd door hydro-volcanische processen. De voornaamste argumenten tegen fluïdisatie zijn de volgende:
Het is zeer onwaarschijnlijk dat hoge dampdrukken en grote hoeveelheden gassen worden opgelost uit langzaam afkoelende magma’s diep in de korst. Snelle vesiculatie kan alleen op geringe diepte optreden, bovendien zijn deze intrusies van zo’n klein volume dat het twijfelachtig is of zij voldoende hoeveelheden vluchtige stoffen kunnen produceren om een 2 km lang gefluïdiseerd bed te ondersteunen. Het is niet duidelijk waarom de gasfase in één keer oplost en het magma in pyroclasten uiteen doet vallen, of waarom andere partijen kimberliet niet op dezelfde manier gassen oplossen. Autholitische clasten in kimberlieten van diatreme facie zijn niet vesiculair of scherfvormig; gewoonlijk zijn zij hoekig en gebroken en vertonen geen tekenen van de abrasie-kenmerken die verwacht worden als gevolg van betrokkenheid bij het stromen van gas-stof. De meeste xenolietkorsten zijn hoekig en zijn daarom niet onderworpen geweest aan langdurige perioden van aggregatieve fluïdisatie door borrelen. De concentratie van xenolieten bij specifieke horizonten en het behoud van een ruwe stratigrafie in het mega-xenolietenpakket is niet consistent met lange perioden van fluïdisatie door borrelen. De aanwezigheid van de xenolieten is niet verenigbaar met de vereiste vroegere periode van erosionele verbreding van de pijp door hoge snelheid gas-drijfgasstroming.

Samenvattend, hoewel de fluïdisatiehypothese wijd en zijd is aanvaard als een mechanisme van diatreme emplacement, speelt het geen significante rol in de vorming van kimberlitische diatrmen.
Hydrovolcanische theorie
Hydrovolcanisme verwijst naar vulkanische verschijnselen die worden veroorzaakt door de interactie van magma of magmatische warmte met een externe waterbron, zoals een oppervlaktewaterlichaam of een aquifer. De belangrijkste voorstander van deze theorie is Lorenz (1999). Lorenz stelt voor dat diatrmen en maars ontstaan op hydraulisch actieve zones van structurele zwakte, zoals breuken of lineamenten. Magma dat als een dijk opstijgt, dringt de breuk binnen en komt in contact met circulerend grondwater; de resulterende hydrovulkanische explosie fragmenteert en koelt het magma af en brecciatiseert het landgesteente. Hydroclastisch puin kan worden uitgestoten als een tufring die een maar omringt. Voortdurende activiteit resulteert in de vergroting van de scheur door verdere breuk van het wandgesteente en afsplintering van het gesteente in de scheur als gevolg van drukverschillen tussen het wandgesteente en de explosiekamer die ontstaat waar water en magma op elkaar inwerken.
Lorenz’ hypothese van de vorming van diatrmen is aantrekkelijk in die zin dat de volgende kenmerken van kimberlitische diatrmen kunnen worden verklaard: Diatremes (en maars), in het algemeen, zijn duidelijk gerelateerd aan lineaire kenmerken. Veel kimberlietdiatremes blijken zich op hun lagere niveaus te bevinden op het snijpunt van dijken en breuken. Aanvoerdijken lijken te zijn opgestegen in reeds bestaande breukstelsels. Al deze zones van zwakte kunnen hydraulisch actief zijn. Diatremes ontstaan meestal in dikke opeenvolgingen van sedimentair en vulkanisch gesteente met een hoge porositeit en permeabiliteit. Diatremes komen minder vaak voor in gesteenten met een lage permeabiliteit, zoals granietgneis-terreinen. Kimberlietdiatrillen komen in groepen voor. Modem-arenen en Tertiaire diatrmen komen ook in clusters voor en hun nauwe geografische associatie houdt blijkbaar verband met het plaatselijke hydrologische regime. Mega-xenolieten (drijvende riffen) worden geïnterpreteerd als neerwaartse breuklijnen en/of verzakkingen. Het voorkomen van epiclastische kimberliet& wijst erop dat de krater boven de diatreme af en toe gevuld was met water. De aanwezigheid van blokken van deze kimberlieten op diepte in de diatreme geeft aan dat het kratermeer verstoord kan zijn door latere erupties. Drainage zal uiteraard hydrovolcanische erupties in de onderliggende diatreme bevorderen.

Embryonic Pipe Theory
Het erkennen van de complexiteit van kimberlietpijpen, meent Clement (1979, 1982) dat geen enkel enkel proces hun diverse geologische en petrografische karakteristieken kan verklaren. In zijn model worden de wortelzones geïnterpreteerd als embryonale pijpen die door fluïdisatie na de oppervlakte-doorbraak worden omgevormd tot diatrmen.
Volgens deze theorie ontwikkelen kimberlietmagmadijken die uit de diepte opstijgen, een vluchtige fase als gevolg van de exsolutie van CO2 dat vrijkomt als gevolg van de drukverlaging. Deze vluchtige fase, die onder hoge druk staat, dringt door in breuken en voegen in de wandgesteenten boven en aan de randen van de intrusie. Het oprukkende front van contactbrecciatie wordt gevolgd door magma dat de breccia en alle aanwezige verbindingen of breuken binnendringt. Intrusiebreccia’s worden gevormd en wandgesteenten worden in de buis geklemd. De weg van het oprukkende magma wordt gecontroleerd door reeds bestaande structuren. De overgang van fissuurvulling naar wortelzoneontwikkeling kan het gevolg zijn van toenemende vluchtige exsolutie naarmate de druk daalt bij het opstijgen, van een snijpunt van de dijk met een breuk die kan worden geëxploiteerd, of die grondwater bevat.
Het is de bedoeling dat dit proces doorgaat totdat het magma een niveau bereikt waarop een explosieve doorbraak naar de oppervlakte mogelijk is. Clement (1979, 1982) meent dat dit gebeurt op 300-400 m en kan worden bevorderd door interacties tussen grondwater en magma. Als gevolg van de doorbraak en het vrijkomen van druk wordt verondersteld dat het magma in de wortelzone snel ontgast en een damp-vloeistof-vaste vloeistof systeem vormt.
Het damp-exsolutieoppervlak wordt geacht snel naar beneden te migreren als gevolg van expansie en verdere drukontlasting (Fig.5). Tijdens deze periode van fluïdisatie worden reeds bestaande hypabyssale kimberlieten uit de wortelzone, contactbrekcias op hoog niveau en ontgassend magma grondig gemengd. Het gebrek aan afronding van de rotskorsten wijst erop dat het gefluïdiseerde systeem slechts kort heeft bestaan. Herhaling van het hele proces zal diatremes produceren die verschillende variëteiten van diatreme facies kimberlieten en zeer complexe wortelzones bevatten.

Fig.5: Embryonale pijpontwikkeling. Front van contact brecciation in rood. Gemodificeerd van Mitchell, R. H. (1991).

Fig.6: Stadia in de ontwikkeling van een diatreem zoals voorgesteld door Clement (1982). De periode van embryonale pijpontwikkeling wordt gevolgd door ofwel fluïdisatie (A) ofwel hydrovolcanisme (B). Gewijzigd van Mitchell, R. H. (1991).

De complexe structuur van kimberlietpijpen geeft aan dat geen enkel enkel proces verantwoordelijk is voor hun vorming. De ontwikkeling van pijpen wordt geïnitieerd door brekingsprocessen onder het oppervlak die leiden tot de vorming van een complexe wortelzone boven een aanvoerende dijk. Doorbraak aan de oppervlakte is niet het gevolg van explosieve boringen, maar van het geleidelijk opstijgen van het wortelzonecomplex tot een niveau waarop kratervorming door hydrovulkanische explosie kan optreden. Diatremes lijken secundaire structuren te zijn die zijn gevormd door de latere modificatie van de onderliggende wortelzone of embryonale pijp, door fluïdisatie of naar beneden migrerend hydrovolcanisme.

Petrogenese

Ondanks uitgebreid onderzoek blijft de oorsprong van kimberlieten controversieel, met name wat betreft de aard en de diepte van hun brongebied. Kimberlieten worden gewoonlijk geassocieerd met een reeks mafische en ultramafische xenolieten waarvan de mineralogie wijst op een oorsprong in de bovenmantel. Dergelijke xenolieten zijn fragmenten van wandgesteente dat door het kimberlietmagma is losgemaakt tijdens zijn snelle opgang door de lithosfeer, en zij geven nuttige informatie over waar en onder welke omstandigheden de kimberlietsmelt is gevormd. Kimberlitische magma’s worden verondersteld te zijn gevormd door gedeeltelijk smelten diep in de mantel.
Kimberlieten zijn, net als carbonatieten, zeldzaam, maar zijn op bijna elk continent gevonden, en zijn ook de voornaamste vervoerders van een verscheidenheid aan xenolieten uit de aardkorst en de aardmantel. Belangrijk is dat deze door kimberlieten naar boven gebrachte mantel-xenolieten de voornaamste bron zijn van informatie over de aard van de fsico-chemische processen in de mantel, en meer nog, in de continentale mantel (Pearson et al., 2004). Kimberlieten maken deel uit van een spectrum van kiezelzuur-verzadigde gesteenten die sterk in samenstelling variëren en gesteentetypen omvatten als melilitieten, lamprofieren en nefelinieten (Fig. 7). De petrogenese van kimberlieten is echter controversieel, met meningsverschillen over de aard en diepte van het brongebied, of zij primair van oorsprong zijn, en de oorzaak van het smelten (b.v. pluim vs. vluchtige fluxing) (Keshavet al., 2005).
Drie algemene soorten hypothesen zijn lang overwogen voor de genese van kimberlieten:
1. Kimberlieten zijn een mechanisch mengsel van een H2O-rijk ankerietisch magma en een granitische onderkorst (Dawson, 1967).
2. Kimberlieten ontstaan direct uit het gedeeltelijk smelten, onder hoge druk, van een mafische tot ultramafische mantel (Wagner, 1929; Holmes, 1936).

3. Kimberlieten ontstaan door differentiatie onder hoge druk van een mafisch magma (proto-kimberliet) door een proces van voortgezette gefractioneerde kristallisatie (Williams, 1932; O’Hara, 1968).
De geologische associatie van kimberlieten met specifieke suites van xenolieten, en de vergelijking met experimentele gegevens, geven steun aan de laatste hypothese (n.3) die eerder door een aantal andere auteurs is voorgesteld (MacGregor, 1970). De initiële smelt of proto-kimberliet (Kamenetsky et al. 2008) wordt verondersteld een chloride-carbonaat-rijke vloeistof te zijn met een zeer laag SiO2 gehalte. Tijdens zijn weg naar het oppervlak gaat de samenstelling meer lijken op die van kimberlitische magma’s naarmate het in wisselwerking komt met de mantelwand-rots: de assimilatie van olivijn en andere mantelmineralen verhoogt het silicagehalte van de vloeistof, waardoor deze in de richting gaat van de lage-SiO2, hoge-MgO samenstelling die kenmerkend is voor kimberliet. Ondanks de aanzienlijke vooruitgang in de petrologie en geochemie van kimberlietmagmatisme blijft de bepaling van de samenstelling van de kimberlietsmelt, zowel in de hypabyssale facies als in de mantel, een probleem dat nog steeds ter discussie staat (Kamenetsky et al, 2009;Russell et al.2012;Sparks et al. 2009; Pesikov et al.,2015).

Fig.7: Schematische doorsnede van een Archeens kraton, met een uitgedoofde mobiele gordel (ooit geassocieerd met subductie) en een jonge rift. De lage kratonale geotherm veroorzaakt de grafiet-diamant overgang in het centrale gedeelte. Lithosferisch diamant komt daarom alleen voor in de peridotieten en eclogieten van de diepe kratonale wortel, waar ze worden opgenomen door opstijgende magma’s (meestal kimberlitische K). Lithosferische orangeieten (O) en sommige lamproieten (L) kunnen ook diamanten opslurpen. Melilitieten (M) ontstaan door verdergaande gedeeltelijke afsmelting van de asthenosfeer; afhankelijk van de diepte van de segregatie kunnen zij diamanten bevatten. Nephelinieten (N) en geassocieerde carbonatieten ontstaan door uitgebreide gedeeltelijke afsmelting op geringe diepte in riftgebieden, en zij bevatten geen diamanten. Uit Mitchel 2005.

Diamant en kimberlieten

Kimberlieten zijn de belangrijkste bron van primaire diamanten. Veel kimberlietpijpen leveren ook rijke alluviale of eluviale diamantafzettingen op. Ongeveer 6.400 kimberlietpijpen zijn ontdekt in de wereld, daarvan zijn er ongeveer 900 geclassificeerd als diamanthoudend, en daarvan zijn er iets meer dan 30 economisch genoeg geweest om te diamanten.

Hoewel diamantkristallen worden gevonden in kimberliet en verwante gesteenten, is de oorsprong van diamant (Fig. 7) nauwer verbonden met de fragmenten van peridotiet en eclogiet die afkomstig zijn van de bovenste mantel, onder cratonische (schild) gebieden. Om diamanten te kunnen vormen, zijn extreem hoge drukken en temperaturen nodig, die alleen in deze diepe lagen van de aarde voorkomen. Hier vormt zich het gesteente, eclogiet, bestaande uit rode pyroop-granaat en groene clinopyroxeen; diamantkristallen ontwikkelen zich naast de granaat- en pyroxeenkristallen. Peridotietfragmenten (xenolieten), bestaande uit granaat, olivijn en orthopyroxeen, bevatten ook diamanten en zijn op dezelfde wijze afkomstig uit de bovenmantel. Deze fragmenten vallen echter tijdens het emplacementproces uiteen, waardoor een matrix ontstaat met de uiteengevallen mineralen olivijn, pyroxeen en diamant (xenokristen).
Hoewel diamantkristallen zich in de bovenmantel onder kratonische gebieden vormen, kunnen zij alleen bij deze hoge drukken en temperaturen stabiel blijven. De mantel xenolieten en diamantkristallen die snel naar de oppervlakte worden gebracht in een kimberliet magmatische vloeistof zijn in staat om nabij de oppervlakte te overleven in een afgekoelde of meta-stabiele toestand. Als de intrusie van kimberliet vertraagd is tijdens zijn stijging naar de oppervlakte of gevangen zit in de lagere korst, zullen diamantkristallen niet stabiel zijn in de P-T omgeving en zullen zij omslaan in grafiet.
Het is onder schildgebieden of kratons dat de diamantkristallen stabiel kunnen blijven op geringere diepten als gevolg van de lage geothermische gradiënt die samenhangt met de subkratonische kiel onder de continentale korst (Fig. 7) . Deze P-T omgeving wordt het diamantopslaggebied genoemd (Kirkley, M. B. et. al., 1991). Het kielgebied is een optimale bron voor diamanten omdat breuken onder het kraton dit gebied eerder zullen aanboren en toegankelijk blijven voor het oppervlak.

Carbonaatrijke Peuyuk kimberliet van Somerset Island, Canada. Van Andrea Giuliani.

Kimberliet uit Bellsbank, ten noorden van Kimberley, Zuid-Afrika. Van James St. John.

Kimberliet uit Premier Kimberlite Pipe, Cullinan, ten noordoosten van Zuid-Afrika. Van James St. John.

Hypabyssale kimberliet. Van Reddit.

Hypabyssale facies kimberliet, Masontown, Pennsylvania. Deze kimberlietdijk wordt omsloten door zwarte schalie. Uit Wyoming Diamond and Gemstone Province.

Diatreme facies kimberliet breccia uit Lake Ellen, UP, Michigan. Uit Wyoming Diamond and Gemstone Province.

Tuffaceous, crater facies kimberlite uit het Iron Mountain district. Uit Wyoming Diamond and Gemstone Province.

Grote gefractureerde chromianendiopside (chroomdiopside edelsteen) megakrist in Sloan kimberliet uit Colorado. Uit Wyoming Diamond and Gemstone Province.

Diamant in kimberliet. Bultfontein Mijn, Kimberley, Baard District. Van e-rocks.

Diamant in kimberliet. Bultfontein Mijn, Kimberley, Baard District. Van e-rocks.

Diamant (6,51 mm) in kimberliet. Bultfontein Mijn, Kimberley, Baard District. Uit Geologie voor investeerders.

Diamant (6,51 mm) in kimberliet. Bultfontein Mijn, Kimberley, Baard District. Uit Geology for investors.

Bibliografie

– Brown, R. J., Manya, S., Buisman, I., Fontana, G., Field, M., Mac Niocaill, C., & Stuart, F. M. (2012). Eruption of kimberlite magmas: physical volcanology, geomorphology and age of the youngest kimberlitic volcanoes known on earth (the Upper Pleistocene/Holocene Igwisi Hills volcanoes, Tanzania). Bulletin voor vulkanologie, 74(7), 1621-1643.