La kimberlita , una roca ígnea y una variante rara de la peridotita , es más conocida por ser la matriz principal de los diamantes . Recibe su 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 la mina a cielo abierto llamada Big Hole . Anteriormente, 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 chimeneas de kimberlita , así como en diques ígneos y también puede presentarse como umbrales horizontales . Las chimeneas de kimberlita son la fuente más importante de diamantes extraídos en la actualidad. El consenso sobre las kimberlitas es que se forman en las profundidades del manto . La formación ocurre a profundidades de entre 150 y 450 kilómetros (93 y 280 millas), potencialmente a partir de composiciones exóticas del manto enriquecidas de manera 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 oligoelementos incompatibles , hacen que sea importante comprender la petrogénesis de la kimberlita . 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 ubican como intrusiones verticales en forma de zanahoria, denominadas " tubos ". Esta forma clásica de zanahoria se forma debido a un complejo proceso intrusivo de magma kimberlítico, que hereda una gran proporción de CO2 ( cantidades más bajas de H2O ) en el sistema, lo que produce una etapa de ebullición explosiva profunda que causa una cantidad significativa de quema vertical. [1] La clasificación de las kimberlitas se basa en el reconocimiento de diferentes facies de roca . Estas diferentes facies están asociadas con un estilo particular de actividad magmática, a saber, rocas de cráter, diatremas e hipabisales . [2] [3]
La morfología de los tubos de kimberlita y su forma clásica de zanahoria es el resultado del vulcanismo diatrema explosivo de fuentes derivadas del manto muy profundas . Estas explosiones volcánicas producen columnas verticales de roca que se elevan desde depósitos de magma profundos. Las erupciones que forman estos tubos fracturan la roca circundante a medida que explota, sacando a la superficie xenolitos inalterados de peridotita. 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 de alimentación tabulares, inclinados verticalmente en la raíz del tubo, que se extiende hasta el manto. A 1,5–2 km (0,93–1,24 mi) de la superficie, el magma altamente presionado explota hacia arriba y se expande para formar un diatrema cónico a cilíndrico , que estalla a la superficie. La superficie rara vez se conserva, pero suele ser similar a la de un volcán maar . Los diques y umbrales de kimberlita pueden ser delgados (entre 1 y 4 metros), mientras que los conductos tienen un diámetro que va desde unos 75 metros hasta 1,5 kilómetros. [6]
Tanto la ubicación como el origen de los magmas kimberlíticos son temas de controversia. Su enriquecimiento extremo y su geoquímica han dado lugar a una gran cantidad de especulaciones sobre su origen, con modelos que sitúan su fuente dentro del manto litosférico subcontinental (SCLM) o incluso a una profundidad de 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 "micáceas", basándose principalmente en observaciones petrográficas. [7] Esto fue revisado posteriormente por CB Smith, quien renombró estas divisiones "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 del grupo I y II muestran diferencias tan claras que pueden no estar 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. [9]
Las kimberlitas del grupo I son rocas ígneas potásicas ultramáficas ricas en CO2 dominadas por minerales primarios de olivino y carbonato forsteríticos , con un conjunto de minerales traza de ilmenita magnésica , piropo de cromo , piropo de almandino , 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 macrocristalinos (0,5–10 mm o 0,020–0,394 pulgadas) a megacristalinos (10–200 mm o 0,39–7,87 pulgadas) de olivino, piropo, diópsido de cromo, ilmenita magnésica y flogopita, en una masa fundamental de grano fino a medio. [10]
La mineralogía de la masa fundamental, que se asemeja más a una composición real de la roca ígnea, está dominada por carbonato y cantidades significativas de olivino forsterítico, con cantidades menores de granate piropo, diópsido de cromo , ilmenita magnésica y espinela .
Las lamproitas de olivino se denominaban anteriormente kimberlitas del grupo II u orangeitas en respuesta a la creencia errónea de que solo se producían en Sudáfrica. Sin embargo, su aparición y petrología son idénticas a nivel mundial y no se las debe denominar erróneamente kimberlitas. [11] Las lamproitas de olivino son rocas ultrapotásicas , peralcalinas, 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 "tetraferriflogopita" (flogopita anómalamente pobre en Al que requiere Fe para entrar en el sitio tetraédrico). Los macrocristales de olivino reabsorbidos y los cristales primarios euhedricos de olivino de masa fundamental son componentes comunes pero no esenciales.
Las fases primarias características en la masa fundamental incluyen piroxenos zonificados (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 , 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 magnésica 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 presentan características geoquímicas únicas que las distinguen de otras rocas ígneas y que reflejan su origen en las profundidades del manto terrestre. Estas características brindan información sobre la composición del manto y los procesos involucrados en la formación y erupción de los 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 relación molar de óxido de potasio (K2O) a óxido de aluminio (Al2O3) mayor que 3, lo que sugiere alteraciones significativas o procesos de enriquecimiento en sus regiones de origen del manto.
Una característica de las kimberlitas es su abundancia de elementos casi primitivos como el níquel (Ni), el cromo (Cr) y el cobalto (Co), con concentraciones que a menudo superan las 400 ppm para el Ni, las 1000 ppm para el Cr y las 150 ppm para el Co. Estos altos niveles reflejan la naturaleza primitiva de su fuente del manto, habiendo sufrido una diferenciación mínima.
Las kimberlitas muestran un 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 definitoria de las kimberlitas es su alto contenido de volátiles, en particular de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). La presencia de estos volátiles influye en la explosividad de las erupciones de kimberlitas 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 que contengan diamantes. [15]
Las técnicas de exploración de kimberlitas se basan principalmente en la identificación y el análisis de minerales indicadores asociados con la presencia de chimeneas de kimberlita y su carga potencial de diamantes. El muestreo de sedimentos es un enfoque fundamental, donde los minerales indicadores de kimberlita (KIM) se dispersan en paisajes debido a procesos geológicos como el levantamiento, la erosión y las glaciaciones. El muestreo de margas y aluviales se utilizan 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 chimeneas de kimberlita de origen. En las regiones glaciares, se emplean técnicas como el muestreo de esker, el muestreo de till y el muestreo aluvial para recuperar KIM enterrados debajo de gruesos depósitos glaciares. Una vez recolectados, los minerales pesados se separan y clasifican a mano para identificar estos indicadores. El análisis químico confirma su identidad y los clasifica. Técnicas como la termobarometría ayudan a comprender las condiciones en las que se formaron estos minerales y de dónde vinieron en el manto de la Tierra. Al analizar estos indicadores y curvas geológicas, los científicos pueden estimar la probabilidad de encontrar diamantes en un yacimiento de kimberlita. Estos métodos ayudan a priorizar dónde perforar en la búsqueda de valiosos depósitos de diamantes. [16] [17]
Los métodos geofísicos son particularmente útiles en áreas donde la detección directa de kimberlitas es difícil debido a una sobrecarga significativa o a la erosión. Estos métodos aprovechan los contrastes de propiedades físicas entre los cuerpos de kimberlita y sus 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 en áreas extensas de manera eficiente. Los estudios magnéticos detectan variaciones en el campo magnético de la Tierra causadas por minerales magnéticos dentro de las kimberlitas, que generalmente exhiben firmas magnéticas distintas en comparación con las rocas circundantes. Los estudios electromagnéticos miden las variaciones en la conductividad eléctrica, y los cuerpos de kimberlita conductivos producen respuestas anómalas. Los estudios de gravedad detectan variaciones en la atracción gravitatoria causadas por diferencias en la densidad entre la kimberlita y las rocas circundantes. Al analizar e interpretar estas anomalías geofísicas, los geólogos pueden delinear posibles objetivos de kimberlita para una mayor investigación, como la perforación. Sin embargo, la interpretación de los datos geofísicos requiere una cuidadosa consideración del contexto geológico y los posibles efectos de enmascaramiento de la geología circundante, lo que resalta la importancia de integrar los resultados geofísicos con otras técnicas de exploración para lograr una orientación precisa y descubrimientos exitosos de diamantes. [15] [18]
El modelado tridimensional (3D) ofrece un marco integral para comprender la estructura interna y la distribución de las características geológicas clave dentro de los depósitos potenciales que contienen diamantes. Este proceso comienza con la recopilación e integración de varios conjuntos de datos, incluidos datos de perforaciones, estudios geofísicos terrestres e información de mapeo geológico. Luego, estos conjuntos de datos se integran en una plataforma digital cohesiva, que a menudo utiliza 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 la geometría de los cuerpos de kimberlita junto con otras características geológicas significativas, como fallas, fracturas y límites litológicos. Dentro del modelo, se realizan esfuerzos para representar con precisión las fases internas de los conductos de kimberlita, incorporando diferentes facies , xenolitos de roca del país y xenolitos del manto identificados a través de 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 contener diamantes, identificando objetivos de perforación de alta prioridad y guiando las estrategias de exploración para maximizar las posibilidades de descubrimientos exitosos de diamantes. [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 del mecanismo de las columnas del manto , que son afloramientos de roca anormalmente caliente 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 de la Tierra, a las que de otro modo serían inaccesibles. El análisis de estas muestras ha permitido avances significativos en nuestro conocimiento del interior profundo de la Tierra, incluidas sus condiciones físicas, su composición y la historia evolutiva del planeta.
El papel de las kimberlitas en la exploración de diamantes no puede ser sobreestimado. 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 desencadenó una fiebre de diamantes , transformando el área 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 depósitos 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 los continentes y los procesos dinámicos que dan forma a nuestro planeta. Su distribución y edad pueden proporcionar información sobre los antiguos movimientos continentales y la formación y desintegración de los supercontinentes . [24]
Las kimberlitas son la fuente más importante de diamantes primarios . Muchos de estos depósitos también producen ricos depósitos de placer de diamantes aluviales o eluviales . Se han descubierto alrededor de 6.400 depósitos de kimberlita en el mundo, de los cuales 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]
El descubrimiento de chimeneas de kimberlita ricas en diamantes en el norte de Canadá a principios de los años 1990 es un excelente ejemplo de lo difícil que puede ser localizar estos depósitos, ya que sus características superficiales suelen ser sutiles. En este caso, las chimeneas estaban ocultas debajo de estanques poco profundos cubiertos de hielo, que llenaban depresiones formadas por la erosión de la roca de kimberlita más blanda ligeramente más rápido que la roca circundante más dura. [27]
Los yacimientos de Kimberley , Sudáfrica , fueron los primeros en reconocerse y la fuente del nombre. Los diamantes de Kimberley se encontraron originalmente en kimberlita meteorizada , que se tiñó de amarillo por la limonita , por lo que se la llamó "tierra amarilla". En trabajos más profundos se encontró una roca menos alterada, kimberlita serpentinizada , que los mineros llaman "tierra azul". La kimberlita de tierra amarilla es fácil de romper y fue la primera fuente de diamantes que se extrajo. La kimberlita de tierra azul debe pasarse por trituradoras de rocas para extraer los diamantes. [28]
Véase también la mina Mir y la tubería Udachnaya , ambas en la República de Sajá , Siberia .
Tanto el fondo azul como el amarillo eran productores prolíficos de diamantes. Después de que el fondo amarillo se agotara, a finales del siglo XIX los mineros cortaron accidentalmente el fondo azul y encontraron diamantes de calidad gema en gran cantidad. La situación económica en ese momento era tal que, al encontrarse una avalancha de diamantes, los mineros rebajaron los precios de los demás y finalmente redujeron el valor de los diamantes hasta el costo en poco tiempo. [29]
