La kimberlita , una roca ígnea y una rara variante de peridotita , es más comúnmente conocida por ser 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 de diamantes y condujo a la excavación de una mina a cielo abierto llamada Gran hoyo . Anteriormente, el término kimberlita se aplicaba a las lamproitas de olivino como Kimberlita II, sin embargo, esto era un error.
La kimberlita se presenta en la corteza terrestre en estructuras verticales conocidas como tubos de kimberlita , así como diques ígneos y también puede presentarse como alféizares horizontales . Las pipas 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 ocurre a profundidades entre 150 y 450 kilómetros (93 y 280 millas), potencialmente a partir de composiciones de mantos exóticos enriquecidas de manera anómala, y entran en erupción rápida y violentamente, a menudo con una cantidad considerable de dióxido de carbono y otros componentes volátiles . Es esta profundidad de fusión y generación la 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 portador 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 oligoelementos incompatibles , hacen que la comprensión de la petrogénesis de la 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 convectivo subyacente .
Muchas estructuras de kimberlita se emplazan como intrusiones verticales en forma de zanahoria denominadas " tubos ". Esta clásica forma de zanahoria se forma debido a un complejo proceso intrusivo de magma kimberlítico, que hereda una gran proporción de CO 2 (menores cantidades de H 2 O) en el sistema, lo que produce una profunda etapa de ebullición explosiva que provoca una cantidad significativa de vertical. resplandeciente. [1] La clasificación de la kimberlita se basa en el reconocimiento de diferentes facies rocosas . Estas diferentes facies están asociadas con un estilo particular de actividad magmática, a saber, rocas de cráter, diatrema y hipabisales . [2] [3]
La morfología de las pipas de kimberlita y su clásica forma de zanahoria es el resultado del vulcanismo diatremo explosivo 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 tubos fracturan la roca circundante a medida que explota, sacando a la superficie xenolitos de peridotita inalterados. Estos xenolitos proporcionan información valiosa a los geólogos sobre las condiciones y la composición del manto. [4] [5] La morfología de los tubos de kimberlita es variada, pero incluye un complejo de diques laminados de diques alimentadores tabulares que se sumergen verticalmente en la raíz del tubo, que se extiende hasta el manto. A una distancia de 1,5 a 2 km (0,93 a 1,24 millas) de la superficie, el magma altamente presionado explota hacia arriba y se expande para formar una diatrema de cónica a cilíndrica , que estalla en la superficie. La expresión superficial 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 los diámetros de las tuberías varían desde aproximadamente 75 metros hasta 1,5 kilómetros. [6]
Tanto la ubicación como el origen de los magmas kimberlíticos son temas de controversia. Su extremo enriquecimiento y geoquímica han dado lugar a una gran cantidad de especulaciones sobre su origen, con modelos que sitúan su origen 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 la fusión parcial, la asimilación de sedimentos subducidos o la derivación de una fuente de magma primaria.
Históricamente, las kimberlitas se han clasificado en dos variedades distintas, denominadas "basálticas" y "micáceas", basándose principalmente en observaciones petrográficas. [7] Esto fue revisado más tarde por CB Smith, quien cambió el nombre de estas divisiones a "grupo I" y "grupo II" basándose en las afinidades isotópicas de estas rocas utilizando los sistemas Nd , Sr y Pb. [8] Roger Mitchell propuso más tarde que estas kimberlitas de los grupos I y II muestran diferencias tan distintas, que pueden no estar tan estrechamente relacionadas como se pensaba. Demostró que las kimberlitas del grupo II muestran mayores afinidades con las lamproitas que con las kimberlitas del grupo I. Por tanto, reclasificó las kimberlitas del grupo II como orangeitas para evitar confusiones. [9]
Las kimberlitas del grupo I son rocas ígneas potásicas ultramáficas ricas en CO 2 dominadas por minerales forsteríticos primarios de olivino y carbonato, con un conjunto de oligoelementos de ilmenita de magnesio , piropo de cromo , piropo de almandino , diópsido de cromo (en algunos casos subcálcico), flogopita. , enstatita y de cromita pobre en Ti . Las kimberlitas del grupo I exhiben una textura desigual distintiva causada por fenocristales macrocrísticos (0,5 a 10 mm o 0,020 a 0,394 pulgadas) a megacrísticos (10 a 200 mm o 0,39 a 7,87 pulgadas) de olivino, piropo, diópsido de cromio, ilmenita de magnesio y flogopita. en una masa molida de grano fino a medio. [10]
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 menores cantidades de granate piropo, criópsido , ilmenita magnesiana y espinela .
Las lamproitas de olivino anteriormente se llamaban kimberlita o naranja del grupo II en respuesta a la creencia errónea de que solo se encontraban en Sudáfrica. Sin embargo, su aparición y petrología son idénticas en todo el mundo y no deberían denominarse erróneamente kimberlita. [11] Las lamproitas de olivino son rocas peralcalinas ultrapotásicas ricas en volátiles (predominantemente H 2 O). 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 "tetraferriflogopita" (flogopita anormalmente pobre en Al que requiere Fe para ingresar al sitio tetraédrico). Los macrocristales de olivino reabsorbidos y los cristales primarios euhédricos de olivino en masa fundamental son constituyentes comunes pero no esenciales.
Las fases primarias características en la masa fundamental incluyen piroxenos zonales (núcleos de diópsido bordeados por Ti-aegirina), minerales del grupo de la espinela ( cromita de magnesio a magnetita titanífera), perovskita rica en Sr y REE , apatita rica en Sr , fosfatos ricos en REE ( monacita , daqingshanita), minerales del grupo de la hollandita bariana potásica, rutilo con Nb e ilmenita con Mn .
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 de magnesio y los granates piropos ricos en cromo, generalmente están ausentes en la mayoría de las otras rocas ígneas, lo que los hace particularmente útiles como indicadores de kimberlitas.
Las kimberlitas exhiben características geoquímicas únicas que las distinguen de otras rocas ígneas, lo que refleja su origen en lo profundo del manto terrestre. Estas características proporcionan información sobre la composición del manto y los procesos involucrados en la formación y erupción de magmas de kimberlita.
Las kimberlitas se clasifican como rocas ultramáficas debido a su alto contenido de óxido de magnesio (MgO), que normalmente supera el 12% y, a menudo, supera el 15%. Esta alta concentración de MgO indica un origen derivado del manto, rico en olivino y otros minerales con predominio de magnesio. Además, las kimberlitas son ultrapotásicas, con una proporción molar de óxido de potasio (K2O) a óxido de aluminio (Al2O3) superior a 3, lo que sugiere alteraciones significativas o procesos de enriquecimiento en las regiones de origen del manto.
Una característica de las kimberlitas es su abundancia en elementos casi primitivos como níquel (Ni), cromo (Cr) y cobalto (Co), con concentraciones que a menudo superan las 400 ppm de Ni, 1000 ppm de Cr y 150 ppm de Co. Estas Los niveles altos reflejan la naturaleza primitiva de su fuente del manto, habiendo sufrido una diferenciación mínima.
Las kimberlitas muestran enriquecimiento en elementos de tierras raras (REE), [12] que son fundamentales para comprender su génesis y evolución. Este enriquecimiento en REE, junto con un enriquecimiento moderado a alto de elementos litófilos de iones grandes (LILE) [13] (ΣLILE > 1000 ppm), que incluye elementos como potasio , bario y estroncio, apunta a una contribución significativa de fuentes del manto metasomatizadas. donde la composición de la roca ha sido alterada por fluidos.
Una característica distintiva de las kimberlitas es su alto contenido volátil, particularmente de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). La presencia de estos volátiles influye en la explosividad de las erupciones de kimberlita y facilita el transporte de diamantes desde las profundidades del manto hasta la superficie de la Tierra. Los altos niveles de H2O y CO2 son indicativos de un origen en el manto profundo, donde estos compuestos son más abundantes. [14]
Las técnicas de exploración de kimberlita abarcan un enfoque multifacético que integra metodologías geológicas, geoquímicas y geofísicas para localizar y evaluar posibles depósitos de diamantes. [15]
Las técnicas de exploración de kimberlitas dependen principalmente de la identificación y análisis de minerales indicadores asociados con la presencia de tubos de kimberlita y su potencial carga de diamantes. El muestreo de sedimentos es un enfoque fundamental, donde los minerales indicadores de kimberlita (KIM) se dispersan en los paisajes debido a procesos geológicos como el levantamiento, la erosión y las glaciaciones. El muestreo franco y aluvial se utiliza en diferentes terrenos para recuperar KIM de suelos y depósitos de arroyos, respectivamente. Comprender los patrones de paleodrenaje y las capas de cobertura geológica ayuda a rastrear los KIM hasta sus tuberías de kimberlita de origen. En las regiones glaciares, se emplean técnicas como el muestreo de esker, el muestreo de labranza y el muestreo aluvial para recuperar KIM enterrados bajo espesos depósitos glaciales. Una vez recolectados, los minerales pesados se separan y clasifican a mano para identificar estos indicadores. El análisis químico confirma su identidad y los categoriza. Técnicas como la termobarometría ayudan a comprender las condiciones en las que se formaron estos minerales y de dónde proceden en el manto terrestre. Al analizar estos indicadores y curvas geológicas, los científicos pueden estimar la probabilidad de encontrar diamantes en una tubería de kimberlita. Estos métodos ayudan a priorizar dónde perforar en busca de valiosos depósitos de diamantes. [16] [17]
Los métodos geofísicos son particularmente útiles en áreas donde la detección directa de kimberlitas es un desafío debido a una sobrecarga o erosión significativa. Estos métodos aprovechan los contrastes de propiedades físicas entre los cuerpos de kimberlita y las rocas anfitrionas circundantes, lo que permite la detección de anomalías sutiles indicativas de posibles depósitos de kimberlita. Los estudios aéreos y terrestres, incluidos los estudios magnéticos, electromagnéticos y de gravedad, se emplean comúnmente para adquirir datos geofísicos de manera eficiente en grandes áreas. Los estudios magnéticos detectan variaciones en el campo magnético de la Tierra causadas por minerales magnéticos dentro de las kimberlitas, que normalmente exhiben firmas magnéticas distintas en comparación con las rocas circundantes. Los estudios electromagnéticos miden variaciones en la conductividad eléctrica, y los cuerpos conductores de kimberlita producen respuestas anómalas. Los estudios de gravedad detectan variaciones en la atracción gravitacional causadas por diferencias de densidad entre la kimberlita y las rocas circundantes. Al analizar e interpretar estas anomalías geofísicas, los geólogos pueden delinear posibles objetivos de kimberlita para futuras investigaciones, como la perforación. Sin embargo, la interpretación de los datos geofísicos requiere una consideración cuidadosa del contexto geológico y los posibles efectos de enmascaramiento de la geología circundante, lo que destaca la importancia de integrar los resultados geofísicos con otras técnicas de exploración para lograr objetivos precisos y descubrimientos exitosos de diamantes. [15] [18]
El modelado tridimensional (3D) ofrece un marco integral para comprender la estructura interna y la distribución de características geológicas clave dentro de posibles depósitos de diamantes. Este proceso comienza con la recopilación e integración de varios conjuntos de datos, incluidos datos de perforaciones, estudios geofísicos del terreno e información de mapeo geológico. Luego, estos conjuntos de datos se integran en una plataforma digital coherente, a menudo utilizando paquetes de software especializados diseñados para el modelado geológico. A través de técnicas de visualización avanzadas, los geólogos pueden crear representaciones 3D detalladas de la geología del subsuelo, destacando la distribución y geometría de los cuerpos de kimberlita junto con otras características geológicas importantes como fallas, fracturas y límites litológicos. Dentro del modelo, se hacen esfuerzos para representar con precisión las fases internas de los tubos de kimberlita, incorporando diferentes facies , xenolitos de roca rural y xenolitos de manto identificados mediante una interpretación cuidadosa de los datos de los núcleos de perforación y los estudios geofísicos. Una vez validado, el modelo 3D sirve como una valiosa herramienta para la toma de decisiones, ofreciendo información sobre el potencial de extracción de diamantes, identificando objetivos de perforación de alta prioridad y guiando estrategias de exploración para maximizar las posibilidades de descubrimientos de diamantes exitosos. [19] [20]
Las kimberlitas son una valiosa fuente de información sobre la composición del manto terrestre y los procesos dinámicos que ocurren en su interior. El estudio de las kimberlitas ha contribuido a nuestra comprensión de los ciclos geoquímicos profundos de la Tierra y el mecanismo de las plumas del manto , que son afloramientos de rocas anormalmente calientes dentro del manto terrestre. [21]
Además, las kimberlitas son únicas por su capacidad de transportar material desde el manto de la Tierra hasta su superficie. Este proceso, conocido como transporte de xenolitos, proporciona a los geólogos muestras del manto terrestre, que de otro modo serían inaccesibles. El análisis de estas muestras ha dado lugar a avances significativos en nuestro conocimiento del interior profundo de la Tierra, incluidas sus condiciones físicas, composición y la historia evolutiva del planeta.
No se puede subestimar el papel de las kimberlitas en la exploración de diamantes. Los diamantes se forman bajo las condiciones de alta presión y alta temperatura del manto terrestre. Las kimberlitas actúan como portadoras de estos diamantes, transportándolos a la superficie de la Tierra. El descubrimiento de kimberlitas con diamantes en la década de 1870 en Kimberley provocó una fiebre de diamantes , transformando la zona en una de las regiones productoras de diamantes más grandes del mundo. Desde entonces, la asociación entre kimberlitas y diamantes ha sido crucial en la búsqueda de nuevos yacimientos de diamantes en todo el mundo. [22] [23]
Las kimberlitas también sirven como una ventana al pasado de la Tierra, ofreciendo pistas sobre la formación de continentes y los procesos dinámicos que dan forma a nuestro planeta. Su distribución y edad pueden proporcionar información sobre los movimientos continentales antiguos y el ensamblaje y desintegración de los supercontinentes . [24]
Las kimberlitas son la fuente más importante de diamantes primarios . Muchas tuberías de kimberlita también producen ricos depósitos de diamantes aluviales o eluviales . Se han descubierto alrededor de 6.400 tubos de kimberlita en el mundo, de ellos unos 900 han sido clasificados como diamantíferos, y de ellos poco más de 30 han sido lo suficientemente económicos como para extraer diamantes. [25] [26]
Los depósitos que se produjeron en Kimberley , Sudáfrica , fueron los primeros reconocidos y la fuente del nombre. Los diamantes de Kimberley se encontraron originalmente en kimberlita desgastada , que estaba teñida 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 de color amarillo es fácil de romper y fue la primera fuente de diamantes que se extrajo. La kimberlita molida azul debe pasarse por trituradoras de rocas para extraer los diamantes. [27]
Véase también Mina Mir y pipa Udachnaya , ambas en la República de Sajá , Siberia .
El suelo azul y amarillo fueron ambos prolíficos productores de diamantes. Después de que se agotó la tierra amarilla, los mineros de finales del siglo XIX cortaron accidentalmente la tierra azul y encontraron diamantes con calidad de gema en cantidad. La situación económica en ese momento era tal que, con el descubrimiento de una avalancha de diamantes, los mineros rebajaron los precios de los demás y eventualmente redujeron el valor de los diamantes hasta el costo en poco tiempo. [28]
