کیمبرلیت

کیمبرلیت () یک سنگ آذرین و گونه‌ای نادر از پریدوتیت است. این سنگ بیشتر به‌عنوان میزبان اصلی الماس‌ها شناخته می‌شود. نام آن از شهر کیمبرلی در آفریقای جنوبی گرفته شده است، جایی که در سال ۱۸۶۹ کشف الماس ۸۳٫۵ قیراطی (۱۶٫۷۰ گرم) موسوم به ستاره آفریقای جنوبی باعث تب الماس شد و به حفاری معدن روباز معروف چاله بزرگ انجامید. در گذشته، اصطلاح کیمبرلیت به لامپرویت‌های الیوینی نیز به‌عنوان «کیمبرلیت II» اطلاق می‌شد، اما این کاربرد نادرست بوده است.  

کیمبرلیت به سنگ‌های آذرین فرامافیکی غنی از پتاسیم اطلاق می‌گردند، که بیشتر حاوی قطعاتی از سنگ‌ها و کانی‌های پوسته و جبه می‌باشند. کیمبرلیت‌ها اغلب در پوسته‌های قاره‌ای در نقاط پایدار (غیر کوه‌زایی) به وجود آمده‌اند، که متعلق به دوره کرتاسه می‌باشند. کمبرلیت‌ها سنگ‌های فرامافیک آلکالن کمیاب هستند. اهمیت این سنگ‌ها به علت آن است که در آن‌ها مجموعه‌ای از کانی‌های استثنایی و زینولیت‌هایی دیده می‌شود که بنا به اصطلاحات سنگ‌شناختی تجربی نسبت به دیگر فازهای موجود در سنگ‌های شناخته شده زمین در فشار و اعماق بیشتری تشکیل گردیده‌اند. کیمبرلیت‌ها به علت داشتن الماس در ساختار خود، از نظر اقتصادی نیز دارای اهمیت زیادی می‌باشند.

کیمبرلیت در پوستهٔ زمین در ساختارهای عمودی به نام تنوره‌ها کیمبرلیتی رخ می‌دهد، همچنین در آذرین‌تیغه‌ها آذرین و گاهی به‌شکل آذرین‌لایه‌های‌ افقی نیز یافت می‌شود. تنوره‌های کیمبرلیتی امروزه مهم‌ترین منبع الماس‌های استخراج‌شده هستند. اجماع علمی بر این است که کیمبرلیت‌ها در ژرفای گوشته زمین تشکیل می‌شوند. شکل‌گیری در عمق ۱۵۰ تا ۴۵۰ کیلومتری رخ می‌دهد و به‌طور بالقوه از ترکیب‌های غیرعادی و غنی‌شدهٔ گوشته‌ای منشأ می‌گیرد. این ماگما به‌سرعت و با انفجار شدید به سطح می‌رسد و معمولاً با مقدار زیادی دی‌اکسید کربن و دیگر ترکیب‌های فرّار همراه است. همین ژرفای ذوب و تشکیل باعث می‌شود کیمبرلیت‌ها حامل بیگانه‌بلورهای‌ (زینوکریست‌های) الماس باشند.  

با وجود کمیابی نسبی، کیمبرلیت توجه بسیاری را جلب کرده است، زیرا به‌عنوان حامل الماس و نارسنگ‌های‌ پریدوتیتی گوشته‌ای بیگانه‌سنگی به سطح زمین عمل می‌کند. منشأ احتمالی آن از عمق‌هایی بیش از هر نوع دیگر سنگ آذرین و ترکیب ماگمایی بسیار ویژه‌اش با محتوای کم سیلیس و غنای زیاد از عناصر کم‌مقدار ناسازگار، مطالعهٔ سنگ‌زایی کیمبرلیت را مهم می‌سازد. بررسی کیمبرلیت می‌تواند اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ ترکیب گوشتهٔ عمیق و فرایندهای ذوب در مرز یا نزدیکی سنگ‌کره قاره‌ای و سست‌کره همرفتی زیرین فراهم کند.

 ریخت‌شناسی و آتشفشان‌شناسی 


بسیاری از ساختارهای کیمبرلیتی به‌شکل نفوذهای عمودی هویج‌مانند جایگیر می‌شوند که «تنوره» نامیده می‌شوند. این شکل کلاسیک هویج‌مانند در نتیجهٔ فرایند پیچیدهٔ نفوذ ماگمای کیمبرلیتی شکل می‌گیرد که سهم بزرگی از CO2 (و مقادیر کمتری H2O) دارد و همین موجب مرحلهٔ جوشش انفجاری در ژرفا می‌شود که گشادشدگی عمودی قابل توجهی ایجاد می‌کند.Bergman, S.C. (1987). Lamproites and other potassium-rich igneous rocks. Geological Society, London, Special Publications, 30(1), 103–190. طبقه‌بندی کیمبرلیت بر اساس شناسایی رخساره‌های مختلف سنگ انجام می‌شود. این رخساره‌ها با سبک‌های گوناگون فعالیت ماگمایی یعنی دهانه، قیف‌دالانه ((دیا‌ترم)) و سنگ‌های نیمه‌ژرفایی در ارتباط‌اند.Clement, C. R., 1982. رسالهٔ دکتری، دانشگاه کیپ‌تاون.Clement, C. R., & Skinner, E. M. W., 1985. Transactions of the Geological Society of South Africa, pp. 403–409.  

ریخت‌شناسی لوله‌های کیمبرلیتی و شکل هویج‌مانند کلاسیک آن‌ها نتیجهٔ آتشفشان‌زایی انفجاری قیف‌دالانه‌ای است که از منابع ژرف گوشته منشأ می‌گیرد. این انفجارهای آتشفشانی ستون‌های عمودی سنگی تولید می‌کنند که از مخازن ماگمایی عمیق بالا می‌آیند. این فوران‌ها سنگ‌های پیرامونی را خرد می‌کنند و بیگانه‌سنگ‌‌های تغییرنیافتهٔ پریدوتیت را به سطح می‌آورند. این بیگانه‌سنگ‌ها (زنولیت‌ها) اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ شرایط و ترکیب گوشته در اختیار زمین‌شناسان قرار می‌دهند.Sparks, R. S. J. (2013). Kimberlite Volcanism. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 41, 497–528.  

لوله‌های کیمبرلیتی ریخت‌شناسی متنوعی دارند، اما شامل مجموعهٔ آذرین‌تیغه‌های (دایک‌های) ورقه‌ای به‌صورت رگه‌های صفحه‌ای و عمودی در ریشهٔ لوله‌اند که تا گوشته امتداد می‌یابند. در فاصلهٔ حدود ۱٫۵ تا ۲ کیلومتری از سطح، ماگمای پرفشار به بالا منفجر می‌شود و به شکل یک قیف‌دالانه مخروطی تا استوانه‌ای گسترش می‌یابد که به سطح می‌رسد. اثر سطحی معمولاً به‌خوبی حفظ نشده است اما غالباً شبیه آب‌دهانه دیده می‌شود. آذرین‌تیغه‌ها و آذرین‌لایه‌های کیمبرلیتی می‌توانند باریک باشند (۱ تا ۴ متر)، در حالی‌که لوله‌ها قطری بین حدود ۷۵ متر تا ۱٫۵ کیلومتر دارند.Kjarsgaard, B. A. (2007). Kimberlite pipe models: significance for exploration. Proceedings of Exploration 07, 667–677.

 سنگ‌شناسی   

هم مکان و هم منشأ ماگماهای کیمبرلیتی موضوع بحث‌برانگیز است. غنی‌شدگی شدید و ویژگی‌های ژئوشیمیایی آن‌ها سبب شده نظریه‌های مختلفی دربارهٔ منشأشان مطرح شود؛ برخی مدل‌ها منشأ را در گوشته لیتوسفری قاره‌ای (SCLM) و برخی دیگر در عمق بیشتر تا زون گذار می‌دانند. سازوکار غنی‌شدگی نیز مورد توجه است و مدل‌هایی شامل ذوب بخشی، همانندسازی رسوب‌های فرورانده یا منشأ گرفتن از ماگمای اولیه مطرح شده‌اند.  

به‌طور تاریخی، کیمبرلیت‌ها به دو گونهٔ متفاوت تقسیم می‌شدند: «بازالتی» و «میکاسی» که بیشتر بر پایهٔ ویژگی‌های پتروگرافی بود.Wagner, P. A., 1914. The diamond fields of South Africa. Johannesburg. این تقسیم‌بندی بعدها توسط C. B. Smith اصلاح شد و با استفاده از داده‌های ایزوتوپی نئودیمیوم، استرانسیم و سرب، این سنگ‌ها به دو «گروه I» و «گروه II» نام‌گذاری شدند.Smith, C. B., 1983. Nature, 304, pp. 51–54. راجر میچل بعدتر نشان داد که این دو گروه تفاوت‌های زیادی دارند و گروه II بیشتر به لامپروایت‌ها شباهت دارد تا کیمبرلیت گروه I. از این‌رو او گروه II را «اورنجایت» نام‌گذاری کرد تا از سردرگمی جلوگیری شود.Mitchell, R. H., 1995. Kimberlites, Orangeites, and Related Rocks. Springer US.  

 زیست‌شیمی   

کیمبرلیت‌ها ویژگی‌های زیست‌شیمیایی ویژه‌ای دارند که آن‌ها را از دیگر سنگ‌های آذرین متمایز می‌کند و بازتاب‌دهندهٔ منشأ ژرف آن‌ها در گوشته است. این ویژگی‌ها بینش‌هایی دربارهٔ ترکیب گوشته و فرایندهای دخیل در تشکیل و فوران ماگماهای کیمبرلیتی فراهم می‌کنند.  

 ترکیب   
کیمبرلیت‌ها به‌عنوان سنگ‌های فرامافیک طبقه‌بندی می‌شوند زیرا محتوای بالای اکسید منیزیم (MgO) دارند که معمولاً بیش از ۱۲٪ و اغلب بالای ۱۵٪ است. این غلظت بالا نشان‌دهندهٔ منشأ گوشته‌ای غنی از الیوین و دیگر کانی‌های منیزیم‌دار است. علاوه بر این، کیمبرلیت‌ها اولتراپتاسیک هستند و نسبت مولی اکسید پتاسیم (K₂O) به اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) در آن‌ها بیش از ۳ است، که بیانگر دگرسانی یا غنی‌شدگی چشمگیر در منبع گوشته‌ای آن‌هاست.  

 فراوانی عناصر   
کیمبرلیت‌ها به داشتن مقادیر زیاد عناصر نزدیک به ترکیب اولیه گوشته مشهورند؛ مانند نیکل (Ni)، کروم (Cr) و کبالت (Co). غلظت این عناصر معمولاً بیش از ۴۰۰ پی‌پی‌ام برای Ni، بیش از ۱۰۰۰ پی‌پی‌ام برای Cr و بالای ۱۵۰ پی‌پی‌ام برای Co است. این مقادیر بالا ماهیت اولیه و کم‌دگرسانی منبع گوشته‌ای آن‌ها را نشان می‌دهد.  

 عناصر خاکی کمیاب و لیتوفیل   
کیمبرلیت‌ها غنی‌شدگی قابل توجهی در عناصر خاکی کمیاب (REEs) نشان می‌دهندNixon, P. H., 1995. Journal of Geochemical Exploration, 53(1–3), 41–71. که برای فهم پیدایش و تحول آن‌ها اهمیت دارد. این غنی‌شدگی همراه با مقدار متوسط تا بالای عناصر لیتوفیل بزرگ‌یونی (LILE) مانند پتاسیم، باریم و استرانسیم نشانگر نقش متاسوماتیسم گوشته‌ای است که ترکیب سنگ را با سیالات تغییر داده است.Cameron, E. M., 1994. Journal of the Geological Society, 151(5), 747–754.  

 محتوای فرّار   
ویژگی تعیین‌کنندهٔ کیمبرلیت‌ها مقدار بالای ترکیب‌های فرّار، به‌ویژه آب (H₂O) و دی‌اکسید کربن (CO₂) است. وجود این مواد فرّار شدت انفجاری فوران کیمبرلیتی را افزایش می‌دهد و انتقال الماس‌ها را از ژرفای گوشته به سطح زمین ممکن می‌سازد. سطح بالای H₂O و CO₂ نشانه‌ای از منشأ گوشته‌ای عمیق است، جایی که این ترکیب‌ها فراوان‌ترند.Stachel, T., & Harris, J. W., 2008. Ore Geology Reviews, 34(1–2), 5–32.

 کانی‌های شاخص کیمبرلیتی   

کیمبرلیت‌ها سنگ‌های آذرین ویژه‌ای هستند زیرا مجموعه‌ای از کانی‌ها را در بر دارند که ترکیب شیمیایی آن‌ها نشان‌دهندهٔ تشکیل در فشار و دمای بسیار بالا در گوشته است. این کانی‌ها مانند دیوپسید کروم‌دار (یک پیروکسن)، لعل‌های کروم‌دار، ایلمنیت منیزیمی و پیروپ‌های کروم‌دار معمولاً در بیشتر سنگ‌های آذرین دیده نمی‌شوند، از این‌رو به‌عنوان «کانی‌های شاخص کیمبرلیتی» برای شناسایی و اکتشاف به‌کار می‌روند.  

 روش‌های اکتشاف   

روش‌های اکتشاف کیمبرلیت مجموعه‌ای از رویکردهای زمین‌شناسی، زمین‌زیست‌شیمی و ژئوفیزیک را دربر می‌گیرد که برای یافتن و ارزیابی ذخایر بالقوهٔ الماس‌دار استفاده می‌شوند.Kjarsgaard, B. A., Januszczak, N., & Stiefenhofer, J. (2019). Diamond Exploration and Resource Evaluation of Kimberlites. Elements, 15(6), 411–416.  

 نمونه‌برداری از کانی‌های شاخص   
یکی از پایه‌ای‌ترین روش‌های اکتشاف، شناسایی و تحلیل کانی‌های شاخص کیمبرلیتی (KIMs) است که در اثر فرایندهایی مانند بالاآمدگی، فرسایش و یخچال‌ها در سطح زمین پراکنده می‌شوند. در مناطق مختلف از روش‌های نمونه‌برداری آبرفتی یا برداشت خاک (loaming) استفاده می‌شود تا این کانی‌ها از رسوبات و خاک‌ها جمع‌آوری شوند. در مناطق یخچالی، روش‌هایی مانند نمونه‌برداری از یخ‌نهشته، پشته یخ‌رفتی و آبرفت‌ها برای یافتن کانی‌های شاخص مدفون در زیر رسوبات ضخیم یخچالی به‌کار می‌رود. پس از جمع‌آوری، کانی‌های سنگین جدا و زیر میکروسکوپ بررسی می‌شوند تا کانی‌های شاخص شناسایی گردند. سپس با تحلیل شیمیایی، هویت آن‌ها تأیید و طبقه‌بندی می‌شود. همچنین روش‌هایی مانند ترموبارومتری به پژوهشگران کمک می‌کند شرایط تشکیل این کانی‌ها و جایگاه منشأشان در گوشتهٔ زمین را بازسازی کنند.  

 روش‌های ژئوفیزیکی   
در مناطقی که شناسایی مستقیم کیمبرلیت دشوار است، به‌ویژه زیر پوشش سنگ‌ها یا هوازدگی شدید، از روش‌های ژئوفیزیکی استفاده می‌شود. این روش‌ها تفاوت خواص فیزیکی میان توده‌های کیمبرلیتی و سنگ‌های میزبان پیرامون را آشکار می‌کنند و به شناسایی ناهنجاری‌ها کمک می‌کنند. رایج‌ترین روش‌ها شامل برداشت‌های هوایی و زمینی مغناطیس‌سنجی، الکترومغناطیس و گرانش‌سنجی است.  
- در برداشت مغناطیسی، تغییرات میدان مغناطیسی زمین شناسایی می‌شود، زیرا کیمبرلیت‌ها معمولاً دارای امضای مغناطیسی متفاوتی نسبت به سنگ‌های اطراف هستند.  
- در برداشت الکترومغناطیسی، رسانایی الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود و توده‌های کیمبرلیتی رسانایی غیرعادی نشان می‌دهند.  
- در برداشت گرانشی، تفاوت‌های چگالی میان کیمبرلیت و سنگ‌های پیرامون آشکار می‌شود.  

تحلیل این ناهنجاری‌ها به زمین‌شناسان امکان می‌دهد مناطق امیدبخش برای حفاری را مشخص کنند. البته تفسیر داده‌های ژئوفیزیکی نیازمند درنظر گرفتن زمینهٔ زمین‌شناسی و احتمال اثرات پوشاننده از سنگ‌های پیرامون است، بنابراین نتایج ژئوفیزیکی معمولاً همراه با داده‌های زمین‌شیمیایی و زمین‌شناسی بررسی می‌شوند.

 پراکندگی و اهمیت اقتصادی   

کیمبرلیت‌ها در سراسر جهان یافت می‌شوند اما تمرکز اصلی آن‌ها در قارهٔ آفریقا، روسیه، کانادا، برزیل و استرالیاست. مهم‌ترین معادن الماس جهان، از جمله معدن پریمیر در آفریقای جنوبی، معدن میر در سیبری، و معادن شمال غربی کانادا همگی در لوله‌های کیمبرلیتی جای گرفته‌اند.  

اهمیت اقتصادی کیمبرلیت‌ها به این دلیل است که اصلی‌ترین منبع الماس‌های طبیعی به‌شمار می‌روند. هرچند همهٔ کیمبرلیت‌ها الماس‌دار نیستند، اما وجود کانی‌های شاخص می‌تواند نشان‌دهندهٔ احتمال حضور الماس باشد. استخراج الماس از این لوله‌ها از قرن نوزدهم به بعد صنعت جهانی بزرگی ایجاد کرد و اقتصاد کشورهایی چون آفریقای جنوبی و بوتسوانا را دگرگون ساخت.  

 تاریخچهٔ کشف و مطالعه   

نخستین بار در سال ۱۸۶۹ در نزدیکی شهر کیمبرلی آفریقای جنوبی کشف الماس «ستاره آفریقای جنوبی» باعث شد زمین‌شناسان به سنگ میزبان آن توجه کنند. کمی بعد مشخص شد این سنگ گونه‌ای ویژه از پریدوتیت است که بعدها «کیمبرلیت» نام گرفت.  

در قرن بیستم، مطالعات پتروگرافی و زمین‌شیمی نشان داد که کیمبرلیت‌ها از ژرف‌ترین بخش‌های گوشته زمین سرچشمه می‌گیرند و به همین دلیل نه‌تنها برای صنعت الماس، بلکه برای شناخت ترکیب و تحول گوشتهٔ زمین نیز اهمیت علمی دارند. پژوهش‌های جدید همچنان بر روی ژرفای منشأ ماگما، سازوکار فوران و ارتباط آن با ساختار کراتون‌ها ادامه دارد.  

 جستارهای وابسته   
 الماس  
 پریدوتیت  
 لامپروایت  

 منابع 



 پیوند به بیرون 

رده:الماس
رده:زمین‌شناسی اقتصادی
رده:سنگ‌های نیمه‌آتشفشانی
رده:سنگ‌های فرامافیک
رده:کیمبرلی (آفریقای جنوبی)