Wstęp
Diament może spędzić trzy miliardy lat w płaszczu ziemskim. Jego podróż na powierzchnię trwa godziny. Ten kontrast definiuje wszystko, co dotyczy dostępności diamentów do wydobycia: ich formowanie jest cierpliwe i geologiczne, ale dostawa jest gwałtowna, szybka i rzadka.
Mechanizm jest wulkaniczny — ale nie jest to rodzaj wulkanizmu, jaki większość ludzi sobie wyobraża. Erupcje kimberlitowe mają swoje źródło znacznie głębiej niż jakiekolwiek wulkany bazaltowe, poruszają się znacznie szybciej i pozostawiają charakterystyczny ślad geologiczny, który poszukiwacze nauczyli się odczytywać. Bez tych erupcji diamenty pozostałyby na zawsze uwięzione w płaszczu ziemskim, a handel diamentami nie istniałby.
Zrozumienie mechanizmu transportu ma znaczenie z praktycznych powodów. Rodzaj złoża — pierwotny komin, aluwialne żwiry rzeczne czy morskie złoże okruchowe — określa sposób wydobycia diamentów, zakres jakości, jaki dostarczają, oraz to, dlaczego niektóre regiony produkują kamienie o charakterystycznych cechach.
Kimberlit: Główny mechanizm transportu
Kimberlit to bogata w substancje lotne, potasowa ultramafitowa skała magmowa, która powstaje na głębokości 150 kilometrów lub większej — w tej samej strefie, gdzie tworzą się diamenty. Nazwa pochodzi od miasta Kimberley w Południowej Afryce, gdzie w latach 70. XIX wieku zidentyfikowano pierwsze kominy kimberlitowe.
Erupcja kimberlitowa zaczyna się, gdy głęboko zasilona magma, nasycona rozpuszczonym dwutlenkiem węgla i wodą, inicjuje szybkie pęknięcie w górę przez litosferę. W miarę wznoszenia się magmy i spadku ciśnienia, te substancje lotne wytrącają się — tworząc pęcherzyki gazu, które eksplodują i przyspieszają przepływ. Proces ten sam się wzmacnia: wznosząca się magma dekompresuje się, generując więcej gazu, co napędza ją szybciej.
Szacunkowe prędkości wznoszenia wynoszą od 10 do 30 metrów na sekundę. Przy tych prędkościach kolumna magmy pokonuje 150 kilometrów skały w ciągu zaledwie kilku godzin. Niektóre modele sugerują, że ostatnie kilometry wznoszenia mogą przekraczać prędkość dźwięku w otaczającej skale.
Ta prędkość nie jest przypadkowa — to właśnie dzięki niej diamenty przetrwają podróż. Przy niższych ciśnieniach napotykanych podczas wznoszenia, diament jest termodynamicznie niestabilny względem grafitu. Gdyby miał wystarczająco dużo czasu w podwyższonej temperaturze i obniżonym ciśnieniu, diament uległby degradacji. Jednak tranzyt jest zbyt szybki, aby ta konwersja nastąpiła. Kamień dociera na powierzchnię zasadniczo niezmieniony.
Nie każdy kimberlit zawiera diamenty. Geolodzy rozróżniają kimberlity diamentonośne i jałowe, a zawartość diamentów w produktywnych kominach jest ogromnie zróżnicowana — od mniej niż 0,1 karata na tonę do ponad 6 karatów na tonę w wyjątkowo bogatych złożach. Kimberlit musi pochodzić ze strefy stabilności diamentu i podczas wznoszenia musi pobrać próbki skały płaszcza ziemskiego zawierającej diamenty. Wiele tego nie robi.
Lamproit: Drugie głębokie źródło
Erupcje lamproitowe to drugi znany mechanizm wulkaniczny o głębokim źródle, zdolny do przenoszenia diamentów na powierzchnię. Podobnie jak kimberlit, lamproit powstaje na dużych głębokościach i szybko się wznosi, ale różni się składem chemicznym — jest bogatszy w potas i magnez, z innym zestawem minerałów fenokrystalicznych.
Kopalnia Argyle w Zachodniej Australii — historycznie największa kopalnia diamentów na świecie pod względem objętości i dominujące źródło różowych diamentów — znajduje się w kominie lamproitowym, a nie kimberlitowym. Pole Ellendale, również w Zachodniej Australii, produkowało znaczące diamenty fantazyjne żółte z lamproitu. Złoże Prairie Creek w Arkansas, jedno z niewielu wystąpień diamentów w Stanach Zjednoczonych, również jest lamproitem.
Kominy lamproitowe są zazwyczaj płytsze i szersze niż kominy kimberlitowe, często tworząc kratery w kształcie misy, a nie głęboką, wąską geometrię w kształcie marchewki typową dla kimberlitu. Mimo tych różnic strukturalnych, fundamentalna zasada transportu jest taka sama: szybkie wznoszenie z głębin płaszcza, napędzane rozszerzaniem się substancji lotnych, wystarczająco szybkie, aby zachować diament.
Geometria komina: Jak powstaje złoże
Kiedy erupcja kimberlitowa dociera na powierzchnię, tworzy charakterystyczną strukturę geologiczną zwaną diatremą — powszechnie znaną jako komin kimberlitowy. Klasyczny komin ma trzy strefy, każda z różnymi cechami istotnymi dla górnictwa.
Strefa kraterowa znajduje się na powierzchni. Jest to zagłębienie w kształcie misy, zazwyczaj o średnicy od 500 metrów do 2 kilometrów, wypełnione mieszaniną materiału kimberlitowego i zapadniętej skały macierzystej. W starych kominach erozja często całkowicie usunęła tę strefę.
Strefa diatremy rozciąga się w dół od krateru jako stromościenny, lejkowaty przewód. To tutaj odbywa się większość wydobycia. Skała w tym miejscu to fragmentalna mieszanina zwana brekcją kimberlitową — pomieszanie materiału kimberlitowego, ksenolitów płaszcza (fragmentów skał oderwanych od płaszcza i skorupy podczas wznoszenia) oraz diamentów. Stożek zwęża się z głębokością.
Strefa korzeniowa to głęboka żyła zasilająca — wąskie, niemal pionowe pęknięcie, które łączy komin ze źródłem w płaszczu ziemskim. Górnictwo rzadko dociera do tej głębokości, ale strefa korzeniowa potwierdza głębokie pochodzenie komina.
Ta marchewkowata geometria jest powodem, dla którego wczesne kopalnie diamentów w Kimberley były drążone jako coraz głębsze odkrywki, a ostatecznie przeszły na wydobycie podziemne. Im głębiej się idzie, tym komin staje się węższy — ale kimberlit może pozostać diamentonośny na znacznej głębokości.
Złoża pierwotne a wtórne
Diamenty znajdują się w dwóch zasadniczo różnych typach złóż, a to rozróżnienie kształtuje każdy aspekt ich wydobycia.
Złoża pierwotne to same kominy kimberlitowe i lamproitowe — pierwotne przewody wulkaniczne, którymi diamenty zostały dostarczone z płaszcza. Wydobycie ze złóż pierwotnych oznacza ekstrakcję i przetwarzanie rudy kimberlitowej w celu odzyskania osadzonych w niej diamentów. Zawartość rudy jest niska: nawet produktywna kopalnia może dać jeden karat surowego diamentu na trzy do dziesięciu ton przetworzonej skały.
Złoża wtórne — zwane również złożami aluwialnymi lub okruchowymi — powstają, gdy erozja rozkłada odsłonięty komin kimberlitowy przez miliony lat, uwalniając diamenty do rzek, strumieni, a ostatecznie do środowisk przybrzeżnych i morskich. Transport wodny naturalnie segreguje i koncentruje diamenty, a ponieważ miększe, bardziej popękane kamienie mają tendencję do rozpadania się podczas transportu, diamenty aluwialne są często wyższej średniej jakości jubilerskiej niż ich odpowiedniki ze źródeł pierwotnych.
Złoża wtórne znajdują się wzdłuż starożytnych i współczesnych koryt rzek, na tarasach przybrzeżnych i na dnie oceanu. Morskie złoża diamentów w Namibii — gdzie diamenty spłynęły rzeką Orange i zostały przeniesione na północ przez prądy przybrzeżne — należą do najbogatszych źródeł aluwialnych na świecie. Kamienie wydobyte z tych morskich żwirów są cenione za ich wysoką jakość jubilerską, właśnie dlatego, że miliony lat naturalnego ścierania wyeliminowały słabszy materiał.
Dlaczego geografia determinuje charakter diamentu
Charakterystyka diamentów z danego złoża odzwierciedla zarówno źródło w płaszczu ziemskim, jak i historię transportu. Diamenty z kopalni Cullinan (dawniej Premier) w Południowej Afryce są znane z dużych, o wysokiej czystości kamieni typu IIa — co jest sygnaturą ich specyficznej chemii płaszcza. Kopalnia Jwaneng w Botswanie produkuje diamenty wyróżniające się konsekwentnie wysokimi stopniami barwy. Jakuckie kominy w Rosji dają diamenty o różnych rozmiarach, ale są znane z charakterystycznych oktaedrycznych pokrojów krystalicznych.
Diamenty aluwialne posiadają dodatkowy filtr geologiczny. Ponieważ transport wodny selekcjonuje pod kątem trwałości, populacje diamentów aluwialnych są zazwyczaj wolne od dużych pęknięć i inkluzji, które spowodowałyby rozpad kamieni. Dlatego też niektóre źródła aluwialne — dystrykt Kono w Sierra Leone, części Republiki Środkowoafrykańskiej oraz nadbrzeżne złoża Namibii — od dawna kojarzone są z wyjątkową jakością jubilerską.
Typ złoża określa również, jak wygląda surowy diament, gdy znajdą go górnicy. Surowiec ze źródeł pierwotnych często zachowuje swój pierwotny pokrój krystaliczny — ostre oktaedry, nienaruszone macle. Surowiec aluwialny jest zazwyczaj obtoczony przez wodę, z zaokrąglonymi krawędziami i zmatowionymi powierzchniami, które świadczą o jego podróży przez systemy rzeczne.
Rzadkość erupcji diamentonośnych
Erupcje kimberlitowe nie są częstymi zjawiskami. Najnowszy znaczący wulkanizm kimberlitowy miał miejsce około 20 do 50 milionów lat temu, a żadna erupcja kimberlitowa nie została zaobserwowana w historii ludzkości. Kominy wydobywane dzisiaj są zerodowanymi pozostałościami erupcji, które miały miejsce dziesiątki do setek milionów lat temu.
Spośród tysięcy zidentyfikowanych na całym świecie kominów kimberlitowych, tylko niewielka część zawiera diamenty w stężeniach ekonomicznych. Z nich jeszcze mniej zawiera diamenty jakości jubilerskiej w ilościach wystarczających do uzasadnienia wydobycia. Liczba złóż kimberlitowych, które wspierały główne kopalnie diamentów, liczona jest w dziesiątkach, a nie setkach.
Ta geologiczna rzadkość jest podstawą niedoboru naturalnych diamentów. Proces formowania jest powolny i ograniczony do specyficznych środowisk płaszcza ziemskiego. Proces transportu jest gwałtowny, rzadki i często nie przenosi diamentów. A złoża, które pozostają, są skończonymi, nieodnawialnymi cechami geologicznymi. Gdy komin kimberlitowy zostanie wyczerpany, nie ma mechanizmu, który by go uzupełnił.
Podsumowanie
Naturalne diamenty docierają na powierzchnię poprzez erupcje kimberlitowe i lamproitowe — głęboko zasiedlone zdarzenia wulkaniczne, które transportują materiał płaszcza ziemskiego na powierzchnię wystarczająco szybko, aby zachować strukturę krystaliczną diamentu. Powstałe złoża przyjmują formę pierwotnych kominów, wydobywanych bezpośrednio ze względu na ich rudę kimberlitową, lub wtórnych złóż aluwialnych i morskich, gdzie erozja koncentrowała diamenty w korytach rzek i żwirach przybrzeżnych przez miliony lat. Prędkość wznoszenia umożliwia przetrwanie diamentu; rzadkość erupcji sprawia, że naturalne diamenty są skończone. Każdy diament w obrocie handlowym dotarł jedną z tych dróg — geologicznego systemu dostarczania, który nie działa od dziesiątek milionów lat.