Kimberlita

Sección transversal de kimberlite de Sudáfrica. Los cristales de Olivine (verde) están en una matriz fina compuesta por minerales de arcilla y carbonatos (presentados en colores azul, púrpura y buff).

La kimberlita es una roca ígnea y una rara variante de la peridotita. Se sabe más comúnmente que es la principal matriz huésped de los diamantes. Lleva el nombre de la ciudad de Kimberley en Sudáfrica, donde el descubrimiento de un diamante de 83,5 quilates (16,70 g) llamado Estrella de Sudáfrica en 1869 generó una fiebre del diamante y la excavación de la mina a cielo abierto llamada Big Hole.. Previamente, el término kimberlita se ha aplicado a las lamproitas de olivino como kimberlita II, sin embargo, esto ha sido un error.

La kimberlita se encuentra en la corteza terrestre en estructuras verticales conocidas como conductos de kimberlita, así como en diques ígneos. La kimberlita también se presenta como umbrales horizontales. Los tubos de kimberlita son la fuente más importante de diamantes extraídos en la actualidad. El consenso sobre las kimberlitas es que se forman en lo profundo del manto. La formación se produce a profundidades de entre 150 y 450 kilómetros (93 y 280 mi), potencialmente a partir de composiciones de manto exótico enriquecidas de forma anómala, y erupcionan rápida y violentamente, a menudo con una cantidad considerable de dióxido de carbono y otros componentes volátiles. Es esta profundidad de fusión y generación lo que hace que las kimberlitas sean propensas a albergar xenocristales de diamantes.

A pesar de su relativa rareza, la kimberlita ha atraído la atención porque sirve como portadora de diamantes y xenolitos del manto de peridotita granate a la superficie de la Tierra. Su probable derivación de profundidades mayores que cualquier otro tipo de roca ígnea, y la composición extrema del magma que refleja en términos de bajo contenido de sílice y altos niveles de enriquecimiento de elementos traza incompatibles, hacen que la comprensión de la petrogénesis de kimberlita sea importante. En este sentido, el estudio de la kimberlita tiene el potencial de proporcionar información sobre la composición del manto profundo y los procesos de fusión que ocurren en o cerca de la interfaz entre la litosfera continental cratónica y el manto astenosférico de convección subyacente.

Morfología y vulcanología

Distribución de kimberlites en África. Craton: CA-Central African (Kasai), SA-South African (Kalahari), WA-West African; Kimberlites (shown as red dots): B-Banankoro, Cu-Cu Valley, Do-Dokolwayo, F-Finsch, G-Gope, J-Kwaneng, Ja-Letioff

Muchas estructuras de kimberlita están emplazadas como intrusiones verticales con forma de zanahoria denominadas "tuberías". Esta clásica forma de zanahoria se forma debido a un complejo proceso intrusivo de magma kimberlítico, que hereda una gran proporción de CO₂ (menores cantidades de H₂O) en el sistema, que produce una etapa de ebullición explosiva profunda que provoca una cantidad significativa de llamaradas verticales. La clasificación de la kimberlita se basa en el reconocimiento de diferentes facies rocosas. Estas facies diferentes están asociadas con un estilo particular de actividad magmática, a saber, cráter, diatrema y rocas hipabisales.

La morfología de los tubos de kimberlita y su clásica forma de zanahoria es el resultado del vulcanismo explosivo de diatrema de fuentes muy profundas derivadas del manto. Estas explosiones volcánicas producen columnas verticales de roca que se elevan desde profundos depósitos de magma. Las erupciones que forman estos conductos fracturan la roca circundante a medida que explota, sacando a la superficie xenolitos de peridotita inalterados. Estos xenolitos brindan información valiosa a los geólogos sobre las condiciones y la composición del manto. La morfología de las tuberías de kimberlita es variada, pero incluye un complejo de diques laminados de diques alimentadores tabulares que se sumergen verticalmente en la raíz de la tubería, que se extiende hasta el manto. Dentro de 1,5 a 2 km (0,93 a 1,24 mi) de la superficie, el magma altamente presionado explota hacia arriba y se expande para formar una diatrema de forma cónica a cilíndrica, que estalla en la superficie. La expresión de la superficie rara vez se conserva, pero suele ser similar a un volcán maar. Los diques y alféizares de kimberlita pueden ser delgados (de 1 a 4 metros), mientras que el diámetro de las tuberías oscila entre 75 metros y 1,5 kilómetros.

Existen dos diques de kimberlita del Jurásico en Pensilvania. Uno, el dique Gates-Adah, aflora en el río Monongahela en la frontera de los condados de Fayette y Greene. El otro, Dixonville-Tanoma Dike en el condado central de Indiana, no aflora en la superficie y fue descubierto por mineros. La kimberlita de edad similar se encuentra en varios lugares de Nueva York.

Petrología

Tanto la ubicación como el origen de los magmas kimberlíticos son temas de discusión. Su enriquecimiento extremo y su geoquímica han dado lugar a una gran cantidad de especulaciones sobre su origen, con modelos que ubican su fuente dentro del manto litosférico subcontinental (SCLM) o incluso tan profundo como la zona de transición. El mecanismo de enriquecimiento también ha sido tema de interés con modelos que incluyen fusión parcial, asimilación de sedimentos subducidos o derivación de una fuente primaria de magma.

Históricamente, las kimberlitas se han clasificado en dos variedades distintas, denominadas "basálticas" y "micáceos" basado principalmente en observaciones petrográficas. Esto fue revisado más tarde por C. B. Smith, quien cambió el nombre de estas divisiones a "grupo I" y "grupo II" en base a las afinidades isotópicas de estas rocas utilizando los sistemas Nd, Sr y Pb. Roger Mitchell propuso más tarde que estas kimberlitas de los grupos I y II muestran diferencias tan claras que es posible que no estén tan estrechamente relacionadas como se pensaba. Demostró que las kimberlitas del grupo II muestran afinidades más cercanas a las lamproitas que a las kimberlitas del grupo I. Por lo tanto, reclasificó las kimberlitas del grupo II como orangeitas para evitar confusiones.

Grupo I kimberlitas

Las kimberlitas del grupo I son rocas ígneas potásicas ultramáficas ricas en CO₂ dominadas por minerales forsteríticos primarios de olivino y carbonato, con un conjunto de minerales traza de ilmenita magnesiana, piropo de cromo, almandino-piropo, diópsido de cromo (en algunos casos subcálcico), flogopita, enstatita y cromita pobre en Ti. Las kimberlitas del grupo I exhiben una textura inequigranular distintiva causada por fenocristales macrocrísticos (0,5–10 mm o 0,020–0,394 pulgadas) a megacrísticos (10–200 mm o 0,39–7,87 pulgadas) de olivino, piropo, diópsido de cromo, ilmenita magnesiana y flogopita, en una masa fundamental de grano fino a medio.

La mineralogía de la masa fundamental, que se asemeja más a una verdadera composición de la roca ígnea, está dominada por carbonato y cantidades significativas de olivino forsterítico, con cantidades menores de granate piropo, diópsido de cromo, ilmenita magnesiana y espinela.

Lamproitas de olivino

Anteriormente, las lamproitas de olivino se denominaban kimberlita u orangeita del grupo II en respuesta a la creencia errónea de que solo se encontraban en Sudáfrica. Su presencia y petrología, sin embargo, son idénticas a nivel mundial y no deberían denominarse erróneamente kimberlita. Las lamproitas de olivino son rocas peralcalinas ultrapotásicas ricas en volátiles (predominantemente H₂O). La característica distintiva de las lamproitas de olivino son los macrocristales y microfenocristales de flogopita, junto con micas de masa fundamental que varían en composición desde flogopita hasta "tetraferriphlogopita" (flogopita anómalamente pobre en Al que requiere Fe para ingresar al sitio tetraédrico). Los macrocristales de olivino reabsorbidos y los cristales primarios euédricos de olivino de masa fundamental son constituyentes comunes pero no esenciales.

Las fases primarias características en la masa fundamental incluyen piroxenos zonados (núcleos de diópsido bordeados por Ti-aegirina), minerales del grupo de la espinela (cromita magnésica a magnetita titanífera), perovskita rica en Sr y REE, apatita rica en Sr, REE- ricos en fosfatos (monacita, daqingshanita), minerales del grupo potásico bariano holandita, rutilo con Nb e ilmenita con Mn.

Minerales indicadores kimberlíticos

Las kimberlitas son rocas ígneas peculiares porque contienen una variedad de especies minerales con composiciones químicas que indican que se formaron bajo alta presión y temperatura dentro del manto. Estos minerales, como el diópsido de cromo (un piroxeno), las espinelas de cromo, la ilmenita magnesiana y los granates piropos ricos en cromo, generalmente están ausentes en la mayoría de las otras rocas ígneas, lo que las hace particularmente útiles como indicadores de kimberlitas.

Estos minerales indicadores generalmente se buscan en sedimentos de corrientes en material aluvial moderno. Su presencia puede indicar la presencia de una kimberlita dentro de la cuenca de erosión que produjo el aluvión.

Geoquímica

La geoquímica de las kimberlitas se define por los siguientes parámetros:

• ultramafic, MgO √12% y generalmente √15%;
• ultrapotásico, molar K₂O/Al₂O₃ √3;
• near-primitive Ni (Conf400 ppm), Cr (título1000 ppm), Co (Conde150 ppm);
• REE-enrichment;
• enriquecimiento moderado a alto elemento litófilo de iones grandes (LILE), GoverningLILE = 1.000 ppm;
• H₂O y CO₂.

Importancia económica

Las kimberlitas son la fuente más importante de diamantes primarios. Muchas tuberías de kimberlita también producen ricos depósitos de placer de diamantes aluviales o eluviales. Se han descubierto alrededor de 6.400 tubos de kimberlita en el mundo, de los cuales alrededor de 900 han sido clasificados como diamantíferos, y de esos poco más de 30 han sido lo suficientemente económicos como para extraer diamantes.

Los depósitos que se encuentran en Kimberley, Sudáfrica, fueron los primeros reconocidos y la fuente del nombre. Los diamantes de Kimberley se encontraron originalmente en kimberlita erosionada, que se tiñó de amarillo por la limonita, por lo que se la llamó "tierra amarilla". Los trabajos más profundos encontraron roca menos alterada, kimberlita serpentinizada, que los mineros llaman "tierra azul". La kimberlita molida amarilla es fácil de romper y fue la primera fuente de diamantes que se extrajo. La kimberlita molida azul debe pasar por trituradoras de roca para extraer los diamantes.

Véase también la mina Mir y la tubería Udachnaya, ambas en la República de Sakha, Siberia.

La tierra azul y la amarilla fueron prolíficas productoras de diamantes. Después de que se agotó el suelo amarillo, los mineros de finales del siglo XIX cortaron accidentalmente el suelo azul y encontraron diamantes con calidad de gema en cantidad. La situación económica en ese momento era tal que, con una avalancha de diamantes encontrados, los mineros rebajaron los precios de los demás y finalmente redujeron los diamantes. reducir el valor al costo en poco tiempo.

Tipos de roca relacionados

• Lamproite – roca volcánica o subvolcánica ultrapotásico
• Lamprophyre – Ultrapotassic igneous rocks
• Sienita nefelina – roca plutónica Holocrystalline
• Ultrapotassic igneous rocks
• rocas Kalsilitic