Ống Kimberlite là gì?

Kimberlite là một loại đá lửa, được hình thành từ quá trình làm lạnh magma nóng chảy.

Loại đá này bao gồm 35% olivine cùng với các khoáng chất khác như Mica, Serpentine và Canxit.

Kimberlite xuất hiện trong vỏ Trái đất, có cấu trúc thẳng đứng, hay tạo thành các hố to xuyên sâu xuống lòng đất nên được gọi là ống Kimberlite. 

Ống Kimberlite là nguồn khai thác kim cương quan trọng nhất hiện nay.

Ống Kimberlite: quá trình hình thành

Thành phần tan chảy

Thành phần nóng chảy của Kimberlite ít được biết đến vì loại đá này là một hỗn hợp phức tạp và đa dạng.

Kimberlite chứa magma trộn lẫn với nhiều thành phần khác dọc theo con đường hình ống từ sâu trong lòng đất lên bề mặt trái đất (lớn hơn 150 km).

Ở lớp bề mặt phía trên cùng, Kimberlite chứa vật liệu hỗn hợp bao gồm hạt mịn và các khoáng chất như Phenocryst, Xenocryst (có chứa kim cương) và Xenolith. Các nhà địa chất luôn thích thú với việc nghiên cứu các khoáng chất này để xác định được rõ hơn về ống Kimberlite.

Khoáng vật xuất hiện phần lớn trong Kimberlite là Olivine. Olivine lại có hai loại là Phenocrystic hoặc Xenocrystic (từ lớp phủ bị vỡ ra bởi vụ phun trào). Đôi khi việc xác định được chính xác hai loại này là điều không dễ dàng. 

Có nhiều cách khác nhau để xác định thành phần tan chảy chính trong Kimberlite:

• Tiến hành thí nghiệm ở áp suất và nhiệt độ cao.
• Xem xét các tính thể tan chảy được tìm thấy trong khoáng chất Kimberlite.
• Thực hiện các phép tính cân bằng khối lượng, trong đó trừ ngược đi khối lượng của Xenocryst và các khoáng chất khác để tìm ra khối lượng Kimberlite.

Nguyên nhân gây tan chảy và hình thành nên ống Kimberlite

Các nguyên nhân dẫn đến việc ống Kimberlite phun trào sau khi các khoáng chất bị tan chảy là không giống nhau. Có 3 nguyên nhân chính:

1. Các chùm manti mọc lên từ sâu trong manti và tương tác với thạch quyển cratonic.
2. Vỏ đại dương bị hút chìm xướng lòng đất và các quá trình va chạm liên quan trong quá trình hình thành siêu lục địa.
3. Các sự kiện kiến tạo nhiệt liên quan đến sự tan vỡ của siêu lục địa ngày xưa.

Đặc biệt, sự rạn nứt của các lục địa và sự vỡ vụn của siêu lục địa, cùng với sự đứt gãy liên quan và biến dạng giòn trong thạch quyển đã tạo ra các con đường cho các chất magma Kimberlite tiếp cận bề mặt Trái đất.

Quá trình khai thác kim cương từ ống Kimberlite

Kimberlite và Lamproite là hai loại magma chính, được kết tinh thành đá núi lửa khi nguội, mang kim cương tự nhiên trồi lên bề mặt Trái đất.

Tuy nhiên, kim cương khai thác từ ống Kimberlite được ưa chuộng và chiếm ưu thế nhiều hơn. Loại đá quý này được hình thành ở độ sâu từ 150km đến 700km trong lòng Trái đất và được đưa lên mặt đất trong những vụ phun trào núi lửa hiếm gặp của magma Kimberlite.

Đây được cho là kiểu phun trào núi lửa nhanh và dữ dội nhất trên Trái đất mà con người chưa bao giờ chứng kiến, làm tăng thêm giá trị và sự huyền bí của lịch sử kim cương.

Do kim cương là loại đá quý cứng nhất khi có thể tồn tại qua nhiệt độ cao và qua quá trình xử lý thô nhiều bước, nên được ưa chuộng dùng làm trang sức đá quý đắt tiền.

Ống Kimberlite thay đổi việc khai thác kim cương ra sao

Khai thác kim cương trước khi phát hiện ống Kimberlite

Trước khi phát hiện ra ống Kimberlite, quá trình khai thác kim cương được diễn ra tại các nguồn phù sa thứ cấp tại môi trường sông, nơi kim cương đã bị xói mòn.

Những viên kim cương có nguồn gốc lịch sử từ Ấn Độ chủ yếu được tìm thấy dọc theo sông Krishna.

Ngày nay, việc khai thác kim cương thứ cấp vẫn được diễn ra ở nhiều khu vực của Siera Leone, Brazil, Angola, Namibia và dọc theo đáy biển, nơi các con sông đổ ra đại dương.

Khai thác kim cương sau khi phát hiện ống Kimberlite

Các mảnh đá phiến sét xuất hiện trong ống Kimberlite khi lần đầu tiên được phát hiện đã khiến các nhà địa chất sơ khai bối rối. Đá phiến sét là một mảnh đá xung quanh được vận chuyển qua ống Kimberlite trước khi núi lửa phun trào.

Đá phiến sét rất giàu carbon nên một số nhà địa chất khẳng định rằng kim cương thật có thể hình thành do phản ứng giữa magma và đá phiến sét.

Tuy nhiên, không có cách nào để xác định chính xác tuổi tuyệt đối của một viên kim cương, ống Kimberlite hoặc đá phiến sét.

Các thí nghiệm về cách kim cương kết tinh cho thấy sự biến đổi than chì thành kim cương xảy ra ở áp suất và nhiệt độ cao sâu bên trong lớp phủ.

Các nhà địa chất học đã thu được các thông tin chính xác về áp suất và nhiệt độ, củng cố quá trình hình thành tự nhiên đối với kim cương tự nhiên. Do đó, các nhà khoa học đã mô phỏng lại quá trình này và tạo ra kim cương nhân tạo với độ bền y hệt như kim cương tự nhiên.

Thời gian phun trào của ống Kimberlite

Năm 1970, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp xác định niên đại đồng vị của khoáng chất Kimberlite để xác định tuổi đầu tiên của các vụ phun trào Kimberlite. Các nhà địa chất tại Đại học Witwatersrand đã xác định rằng ống Kimberlite từ khu vực Kimberley phun trào khoảng 86 triệu năm trước.

Ngày nay, các ống Kimberlite lớn của Trái đất được xác định rằng đã phun trào khoảng 250 đến 50 triệu năm trước.

Mối quan hệ giữa ống Kimberlite và kim cương

Năm 1980, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều sự thật thú vị về kim cương, loại đá quý này có số tuổi từ một tỷ năm đến hơn ba tỷ năm, có nguồn gốc từ khu vực lớp phủ thạch quyển bên dưới Trái đất.

Kể từ khi ống Kimberlite tại Kimberley phun trào khoảng 84 triệu năm trước, Richardson đã thực hiện nghiên cứu và khẳng định rằng kim cương có mối quan hệ di truyền với ống Kimberlite.

Mối quan hệ này đúng với tất cả các kim cương được tìm thấy tại ống Kimberlite. Tuy nhiên, các vụ phun trào của Kimberlite chỉ là cách giúp kim cương di chuyển từ độ sâu trong lớp phủ lên bề mặt Trái đất, chứ không hoàn toàn là cách kim cương được tạo ra.

Kim cương tồn tại trong ống Kimberlite trong quá trình phun trào

Những viên kim cương thô thường được cấu tạo từ hình dạng bát diện chính thành hình dạng thứ cấp, gọi là khối mười hai mặt. Do ống Kimberlite đang trong quá trình hòa tan kim cương nhưng chưa được.

Hầu hết các magma khác trên Trái đất như đá Bazan và Andesit sẽ hòa tan hoàn toàn kim cương. Do vậy, ống Kimberlite giúp kim cương tồn tại sau quá trình vận chuyển từ độ sâu dưới lòng đất lên trên bề mặt.

Quá trình vận chuyển và phân phối kim cương thành công do ống Kimberlite nhanh hơn và ít bị oxy hóa hơn.

Ngoài ra, kim cương cũng có thể được che chắn bởi các mảnh đá trong quá trình vận chuyển.

Ống Kimberlite có độ nhớt thấp được ước tính sẽ di chuyển với tốc độ khoảng 8 đến 40 dặm trên giờ, trong khi magma bazan có độ nhớt bình thường, di chuyển với tốc độ chậm.

Thành phần hóa học của Kimberlite và các thành phần dễ bay hơi cũng được cho là yếu tố quan trọng trong việc vận chuyển kim cương.

Ống Kimberlite xuất hiện ở đâu?

Ống Kimberlite không xuất hiện ở tất cả các khu vực trên Trái đất. Kimberlite xuất hiện bên dưới phần lâu đời nhất của các lục địa, được gọi là nền cổ. Các nền cổ có rễ thạch quyển dày kéo dài đến ít nhất 150-200km, sự hình thành Kimberlite có liên quan đến sự trồi lên của lớp phủ do các rễ lục địa sâu này cung cấp. Những rễ lục địa sâu này còn được cho là mỏ kim cương lớn của Trái đất.