Γεωλογία της διαμαντογένεσης

Ο στερεός φλοιός της γης, μας παρέχει πλούτο προς εκμετάλλευση. Αυτός ο πλούτος είτε είναι ορυκτά, είτε μέταλλα, είτε καύσιμη ύλη (πετρέλαιο, κάρβουνα), απαντά σε συγκεκριμένες ζώνες διαφορετικές για την κάθε περίπτωση. Δηλαδή το κάθε κοίτασμα ανάλογα με τις συνθήκες που απαιτούνται για να σχηματιστεί, εμφανίζεται σε διαφορετικούς γεωλογικούς σχηματισμούς. Παράδειγμα το ουράνιο και το πετρέλαιο δεν εμφανίζονται ποτέ στις ίδιες περιοχές, διότι οι συνθήκες γέννησής τους είναι τελείως διαφορετικές. Επομένως οι ζώνες του στερεού φλοιού που εμφανίζεται το κάθε κοίτασμα είναι ενδεικτικές για το περιβάλλον και το καθεστώς γέννησης και δημιουργίας του. Εάν τοποθετήσουμε στον παγκόσμιο χάρτη τα κοιτάσματα και τις εμφανίσεις των διαμαντιών, θα δούμε ότι κάθε ήπειρο φιλοξενεί διαμάντια είτε είναι οικονομικά εκμεταλλεύσιμα είτε όχι. Αυτό που πρέπει να κάνουμε μετά, είναι να ερευνήσουμε το γεωτεκτονικό καθεστώς που διέπει όλες αυτές τις περιοχές. Η διαπίστωση είναι ότι πρόκειται για τα αρχαιότερα πετρώματα των ηπείρων. Οι ήπειροι αποτελούνται από λιθοσφαιρικά τεμάχια διαφόρων ηλικιών. Όλες έχουν κάποιο κομμάτι στερεού φλοιού που είναι πανάρχαιο, γύρω από το οποίο έχουν προστεθεί με το πέρασμα του γεωλογικού χρόνου σταδιακά νεότερα λιθοσφαιρικά τμήματα. Τα διαμάντια απαντούν μόνο σε αυτά τα πανάρχαια τμήματα του στερεού φλοιού που αποτελούν τον πυρήνα της κάθε ηπείρου. Ιστορικά η πρώτη περιοχή στην οποία υπήρχε εξόρυξη διαμαντιών ήταν η Ινδία, μέχρι να ανακαλυφθούν τα κοιτάσματα της νοτίου Αμερικής το 1726 στην Βραζιλία. Αργότερα στις αρχές του 19ου αιώνα βρέθηκαν τα θαυμαστά κοιτάσματα της Αφρικανικής ηπείρου και στην συνέχεια και στις υπόλοιπες περιοχές του πλανήτη. Σήμερα οι μεγαλύτερες αποθέσεις βρίσκονται στην Σιβηρία, όμως το μεγαλύτερο και πιο παραγωγικό ορυχείο του κόσμου είναι στην βόρειο δυτική Αυστραλία και ονομάζεται Argyle. Η παραγωγή του ανέρχεται στα 25 εκατομμύρια καράτια τον χρόνο, που αντιστοιχεί στο 30% της παγκόσμιας παραγωγής.

Το κοινό αυτών των δύο πετρωμάτων είναι η μορφή τους, ο τρόπος που εμφανίζονται. Έχουν μακρόστενο σχήμα, σε κατακόρυφη διάταξη, με μεταβαλλόμενο πάχος που αυξάνει από κάτω προς τα πάνω. Έχουν δηλαδή την μορφή χωνιού όπως φαίνεται και στο σχήμα. Επίσης έχουν κοινό τρόπο γένεσης και προέλευσης. Προέρχονται από την μερική τήξη του μανδύα και έχουν ανέλθει στα επιφανειακά στρώματα με πολύ γρήγορους ρυθμούς. Οι σύγχρονοι πετρολόγοι δεν κατατάσσουν τους κιμπερλίτες στα λαμπροφυρικά πετρώματα. Το σημαντικότερο κριτήριο είναι ότι οι κιμπρελίτες απαντούν μόνο στα αρχαία τμήματα του στερεού φλοιού, ενώ τα υπόλοιπα λαμπροφυρικά πετρώματα απαντούν σε όλο το διάβα του γεωλογικού χρόνου.

Συνοψίζοντας μέχρις στιγμής: τα διαμάντια τα βρίσκουμε αποκλειστικά σε περιοχές που δομούνται από πανάρχαια πετρώματα της γήινης λιθόσφαιρας και συγκεκριμένα μόνο σε δύο είδη πετρωμάτων. Αυτά τα δύο είδη των πετρωμάτων είναι πυριγένη και ταξινομούνται σε ιδιαίτερη κατηγορία μεταξύ των ηφαιστειακών και των πλουτώνιων. Δηλαδή ενώ οι κιμπερλίτες και οι λαμπροΐτες είναι αδιαμφισβήτητο ότι έχουν πλουτώνια προέλευση, όμως υπόκεινται σε ηφαιστειακές διαδικασίες που τα φέρνουν πολύ γρήγορα στην επιφάνεια. Η επιστήμη έχει καταλήξει στο συμπέρασμα ότι οι κιμπερλίτες αποτελούν από μόνοι τους άλλη ειδική κατηγορία πυριγενών πετρωμάτων, που ίσως είναι το βαθύτερο πέτρωμα που έχει δει ποτέ ο άνθρωπος. Στην πραγματικότητα ο άνθρωπος δεν πρωτο-βρήκε τα διαμάντια ούτε στους κιμπερλίτες ούτε στους λαμπροΐτες, αλλά σε πεδινές περιοχές πολύ μακριά από την πηγή τους. Δεν τα ανακάλυψε δηλαδή πρωτογενώς αλλά δευτερογενώς σε προσχώσεις και αλούβια. Τα καιρικά φαινόμενα διαβρώνουν τα πετρώματα που φιλοξενούν τα διαμάντια. Στην συνέχεια τα ποτάμια και οι χείμαρροι μεταφέρουν τα διαλυμένα κομμάτια των κιμπερλιτών και των λαμπροΐτων μακριά και τα αποθέτουν σε λεκάνες κοντά στην θάλασσα ή στις όχθες και τα δέλτα των ποταμών. Τα διαμάντια είναι ανθεκτικά και δεν καταστρέφονται από την μεταφορά. Έτσι αρχικά ο άνθρωπος βρήκε τα διαμάντια μακριά από την πρωτογενή πηγή τους, χωρίς να γνωρίζει την προέλευσή τους.

Όμως δεν παρουσιάζουν στην μάζα τους όλοι οι κιμπερλίτες, ούτε όλοι οι λαμπροΐτες διαμάντια. Αυτό προβλημάτισε τους ερευνητές και μετά από πιο προσεκτικές παρατηρήσεις, διαπίστωσαν ότι τα διαμάντια δεν αποτελούν συστατικά ορυκτά των πετρωμάτων αυτών. Επίσης μελετώντας τον κρύσταλλο του διαμαντιού ανακάλυψαν ποιες είναι οι συνθήκες γένεσης και σταθερότητας του διαμαντιού. Τα διαμάντια απαιτούν συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης για την κρυστάλλωσή τους που απαντούν σε βάθη μεγαλύτερα από 150 Km. Όσο μικραίνει το βάθος μειώνονται η πίεση και η θερμοκρασία και το διαμάντι σταδιακά μετατρέπεται σε γραφίτη*. Δηλαδή κατά την άνοδο των κιμπερλιτών και των λαμπροϊτών, φυσιολογικά τα διαμάντια πρέπει να μεταπίπτουν σε γραφίτες ή να διαλύονται. Η μόνη λογική εξήγηση είναι η άνοδος να πραγματοποιείται με μεγάλη ταχύτητα ώστε να μην προλάβει να γίνει η μετατροπή διαμάντι↔γραφίτης.

Ας συνοψίσουμε ξανά αλλά σε πιο στενό κλοιό. Τα διαμάντια απαντούν μόνο σε δύο είδη πετρωμάτων, στους κιμπερλίτες και στους λαμπροΐτες. Τα πετρώματα αυτά είναι ιδιόμορφα και θα μπορούσαμε να τα κατατάξουμε σαν να είναι κάποιο είδος ηφαιστειακών πετρωμάτων. Όλα δείχνουν ότι τα πετρώματα αυτά έχουν προέλθει από την μερική τήξη μανδυακών πετρωμάτων, πιο βαθιά από το στερεό περίβλημα της. Αυτό δεν είναι κάτι το πρωτοφανές ή το παράξενο, υπάρχουν κι άλλα τέτοια είδη πυριγενών πετρωμάτων που προέρχονται από την τήξη του μανδύα της γης. Η διαφορά είναι ότι τα δύο αυτά πετρώματα έχουν χαοτική δομή και πολύπλοκη και μη σταθερή ορυκτολογική σύσταση και χημική σύσταση.

Τώρα λοιπόν φτάσαμε στο επίπεδο να αρχίσουμε να κατανοούμε την εξέλιξη των πετρωμάτων αυτών. Σε τεράστιο βάθος που οι μελετητές υποστηρίζουν ότι ίσως να αγγίζει τα 450 Km, από την τήξη του μανδύα δημιουργείται μαγματικό τήγμα που αρχίζει ανοδική πορεία. Κατά την διάρκεια της ανόδου το μάγμα αποσπά τμήματα από τα πετρώματα που συναντά στο δρόμο του, και τα αφομοιώνει ή τα «κουβαλά» μαζί του μέχρι την επιφάνεια. Η άνοδος αυτού του τήγματος που στην γεωλογία ονομάζεται μάγμα, σύμφωνα και με αυτά που αναφέραμε πιο πάνω, πρέπει να είναι γρήγορη για να μην έχουμε την μεταβολή από την κρυσταλλική συμμετρία του διαμαντιού στην κρυσταλλική συμμετρία του γραφίτη. Όμως όταν στην γεωλογία αναφέρουμε γρήγορη άνοδο μάγματος, εννοούμε βίαιη άνοδο με εκρηκτικά φαινόμενα. Αυτό προϋποθέτει την παρουσία ικανής ποσότητας πτητικών συστατικών στο μάγμα, δηλαδή ενεργών αερίων όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Η χαοτική δομή οφείλεται σε όλα αυτά τα πετρώματα που έχει μεταφέρει από το βάθος του μανδύα. Μέσα δηλαδή στην κύρια μάζα του πετρώματος βρίσκουμε μικρά, μεγάλα, έως πολύ μεγάλα τεμάχια διαφόρων πετρωμάτων που σε μπερδεύουν και δεν μπορείς να καταλάβεις τι πέτρωμα έχεις απέναντί σου. Είδαμε επίσης ότι δεν φτάνουν όλα τα πετρώματα που μεταφέρει μέχρι την επιφάνεια, κάποια τα αφομοιώνει. Στην αφομοίωση αυτή οφείλεται η ιδιαίτερη και ανεπανάληπτη χημική και ισοτοπική του ιδιαιτερότητα. Διότι αφομοιώνει χημικά συστατική ξένα ως προς το περιβάλλον και το βάθος σχηματισμού του, τα οποία έφερναν σύγχυση στην ερμηνεία της γέννησής του. Για παράδειγμα η ύπαρξη υψηλού ποσοστού σε αργίλιο (Al), δεν συνάδει με τα τεράστια βάθη που γεννώνται τα κιμπερλιτικά μάγματα, αλλά με πιο επιφανειακά πετρώματα από τα οποία έχει αφομοιώσει το αργίλιο. Έχουμε φτάσει σε πολύ ικανοποιητικό επίπεδο, ώστε να καταλαβαίνουμε τι ακριβώς είναι τα πετρώματα που φιλοξενούν τα διαμάντια. Ας πάμε όμως ακόμα παραπέρα και να αρχίσουμε να εξερευνούμε την προέλευση των διαμαντιών εντός αυτών των πετρωμάτων. Είδαμε ότι δεν περιέχουν όλοι οι κιμπερλίτες, ούτε όλοι οι λαμπροΐτες διαμάντια. Αυτό σημαίνει είτε ότι η άνοδος του μάγματος ήταν αργή, με αποτέλεσμα να μετατραπούν ή να αφομοιωθούν από το μάγμα, είτε ότι δεν σχηματίστηκαν καθόλου διαμάντια. Μία ακόμα παρατήρηση ήρθε να δώσει την απάντηση σε αυτό το δίλλημα. Η παρουσία των διαμαντιών εντός των δύο αυτών πετρωμάτων δεν είναι τυχαία ούτε χαοτική όπως η δομή τους. Τα διαμάντια δεν εμφανίζονται ποτέ στην κύρια μάζα του πετρώματος του κιμπερλίτη ή του λαμπροΐτη, δεν αποτελούν δηλαδή συστατικά του. Επομένως τα διαμάντια δεν σχηματίζονται μαζί με τα πετρώματα που τα μεταφέρουν. Πάντα τα διαμάντια εμφανίζονται σε κάποια από τα τεμάχια των πετρωμάτων που ο κιμπερλίτης ή ο λαμπροΐτης, έχουν αποκόψει κατά την άνοδό τους. Τελικά δηλαδή τα διαμάντια δεν είναι πετρογενετικά ορυκτά των κιμπερλιτών και των λαμπροΐτων, αλλά κάποιων άλλων πετρωμάτων που έτυχε να τα μεταφέρουν κατά την άνοδό τους. Αμέσως ήρθε και η επόμενη πιο αποκαλυπτική παρατήρηση. Τα διαμάντια απαντούσαν πάντα μέσα σε δύο συγκεκριμένα είδη πετρωμάτων. Δηλαδή από όλο το πλήθος των ξένων πετρωμάτων που «κουβαλούν» οι κιμπερλίτες και οι λαμπροΐτες, καθώς τα συμπαρασύρουν στην άνοδό τους μόνο δύο συγκεκριμένα είδη πετρωμάτων έχουν διαμάντια. Επιτέλους βρέθηκε μέσα στην μάζα ποιων πετρωμάτων γεννώνται τα διαμάντια. Τα πετρώματα αυτά είναι οι χαρτσβουργίτες και οι εκλογίτες.

Οι χαρτσβουργίτες είναι κι αυτοί υπερμαφικά πλουτώνια πυριγενή πετρώματα (περιέχουν δηλαδή ορυκτά πλούσια σε σίδηρο και μαγνήσιο) που δομούν κάποια μεγάλα τμήματα του μανδύα. Υπό φυσιολογικές συνθήκες τέτοια πετρώματα δεν θα έβλεπαν ποτέ το φως της επιφανείας. Μελέτες γύρω από τους χαρτσβουργίτες έχουν δείξει ότι προέρχονται από τη μερική τήξη του μανδύα, και πιο συγκεκριμένα ότι έχει απομένει μετά την τήξη των πετρωμάτων του μανδύα. Δηλαδή ο μανδύας αποτελείται από ένα άλλο υπερμαφικό πέτρωμα, τον λερζόλιθο. Ο λερζολιθικός μανδύας τήκεται μερικώς, αποχωρίζονται έτσι κάποιες ορυκτές φάσεις και οι εναπομείνασες δίνουν ένα καινούργιο πέτρωμα, τον χαρτσβουργίτη. Αυτή λοιπόν η μερική τήξη του λερζόλιθου έχει οπωσδήποτε κάποια σχέση με την απελευθέρωση άνθρακα για την κρυστάλλωση των διαμαντιών στον χαρτσβουργιτικό υπολειμματικό μανδύα.

Οι εκλογίτες είναι μεταμορφωμένα πετρώματα*1 που προκύπτουν όταν εφαρμοστούν υψηλές πιέσεις. Οι εκλογίτες λόγω της υψηλής τους πυκνότητας και της ελαστικότητάς τους, μας φανερώνουν ότι ανήκουν στα μανδυακά πετρώματα. Είναι σπάνια πετρώματα και τα βλέπουμε μόνο από τους κιμπερλίτες και ορισμένα ηφαιστειακά πετρώματα που έρχονται απευθείας από τον μανδύα. Η θέση τους τοποθετείται από τους γεωλόγους στο κατώτερο τμήμα της λιθόσφαιρας και φυσικά στον μανδύα της γης. Υπάρχουν σοβαρές ενδείξεις ότι το 7% του μανδύα συνίσταται από εκλογιτικά πετρώματα. Τα διαμάντια των χαρτσβουργιτών έχουν διαφορές από τα διαμάντια των εκλογιτών, στις εγκλείσεις, στα ισότοπα και στην συγκέντρωση αζώτου, που είναι μεγαλύτερη στα εκλογιτικά διαμάντια.

Υπάρχει βέβαια το θέμα του ελεύθερου άνθρακα στον μανδύα, το οποίο είναι άλυτο ακόμα. Ορισμένοι υποστηρίζουν ότι προέρχεται από αέρια όπως το μεθάνιο (CH4), τα οποία φτάνουν από βαθύτερα σημεία του μανδύα στην ζώνη που τελικά κρυσταλλώνονται τα διαμάντια. Δηλαδή η όλη υπόθεση είναι να υπάρξει ελεύθερος άνθρακας ή να υπάρξει η χημική εκείνη σύσταση από την οποία να μπορέσει να αποδεσμευτεί άνθρακας και να κρυσταλλωθεί. Όλα αυτά πρέπει να συντρέξουν σε βάθος μεγαλύτερο από 150 Km. Για να δούμε όμως τα διαμάντια στην επιφάνεια της γης πρέπει απαραίτητα η άνοδος του μάγματος να γίνει με υπερβολικό για τις γεωλογικές ταχύτητες ρυθμό*. Το σχήμα των κιμπερλιτών και των λαμπροϊτών προδίδει τον ρυθμό και τον τρόπο ανόδου. Όπως βλέπουμε και στο σχήμα η χοανοειδής μορφή τους, που στην διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται "pipe”, μας δείχνει βίαιη άνοδο.

Χαμηλότερα από την αδαμαντοφόρα ζώνη του μανδύα ζώνη, συμβαίνει μερική τήξη των πετρωμάτων. Το τήγμα αυτό είναι πολύ υψηλών θερμοκρασιών και έχει ρευστότητα. Σε αυτά τα βάθη τα ανθεκτικά υλικά είναι κατά κανόνα τα πιο βαριά διότι αυτά έχουν συνήθως υψηλότερες αντοχές στην πίεση και στην θερμοκρασία. Έτσι οι τηκόμενες και αποχωριζόμενες φάσεις από τα πετρώματα, πάντα κατά κανόνα είναι οι πιο ελαφριές. Έτσι το τήγμα έχοντας ρευστότητα, υψηλή θερμοκρασία (η οποία του δίνει κινητική ενέργεια) και διαθέτοντας μικρότερη πυκνότητα από το περιβάλλον, αναπόφευκτα αρχίζει την άνοδο. Κατά την άνοδό του εάν περάσει από αδαμαντοφόρες εκλογιτικές ή χαρτσβουργιτικές περιοχές/ζώνες του μανδύα, υπάρχει η πιθανότητα να παρασύρει τεμάχια τους στην επιφάνεια, φέρνοντας τελικά τα διαμάντια στο φως του ηλίου. Τι είναι τώρα αυτό που κάνει τα κιμπερλιτικά και τα λαμπροϊτικά μάγματα να ταξιδέψουν πιο γρήγορα, ώστε να φτάσουν τα διαμάντια σώα και αβλαβή στις συνθήκες επιφανείας; Η αυξημένη ποσότητα πτητικών συστατικών (αερίων) και νερού που διαθέτουν. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) το οποίο είναι πολύ κινητικό και έχει εκρηκτικές ιδιότητες και το νερό που ατμοποιείται δίνοντας κινητήρια δύναμη, μπορούν να κάνουν το μάγμα όχι μόνο να ταξιδέψει πιο γρήγορα, αλλά και να διανοίξει δρόμο όπου δεν υπάρχει. Ο ατμός δημιουργεί υδραυλική πίεση και διαρρηγνύει τα πετρώματα. Ο συνδυασμός διοξειδίου του άνθρακα και ατμών νερού υπό πίεση, λειτουργεί ακριβώς όπως το ανθρακικό στα αναψυκτικά. Έτσι τα πτητικά αυτά συστατικά είναι έτοιμα ανά πάσα στιγμή να εκτοξευτούν και να διευρύνουν οποιαδήποτε ρωγμή ή σπάσιμο υπάρχει στα πετρώματα που περιορίζουν από πάνω το μάγμα.

Πραγματικά οι περισσότεροι κιμπερλίτες και λαμπροΐτες επικοινωνούν με δίκτυα βαθιών ρωγμών, οι οποίες μπορεί να φτάσουν και στα τρία χιλιόμετρα βάθος. Από εκεί και κάτω επικοινωνούν με την κύρια πηγή του μάγματος. Γιατί όμως αλλάζει το σχήμα καθώς πλησιάζουμε στην επιφάνεια; Καθώς το μάγμα ανέρχεται από τον μανδύα στην λιθόσφαιρα σταδιακά η θερμοκρασία και η πίεση πέφτουνε. Επειδή όμως όπως είδαμε η άνοδος του μάγματος είναι γρήγορη, αυτό δεν προλαβαίνει να κρυώσει. Όταν τελικά φτάσει στα 2-3 χιλιόμετρα από την επιφάνεια, η πίεση πλέον είναι πολύ μικρή και επιτρέπει στους υπέρθερμους ατμούς να εκτονωθούν. Φανταστείτε ότι αυτό λειτουργεί όπως ο φελλός που εκτοξεύεται από το μπουκάλι της σαμπάνιας. Έτσι συμβαίνει έκρηξη και μεγάλη απελευθέρωση ενέργειας. Αυτό απαιτεί μεγαλύτερο όγκο και διαστολή της όδευσης που ακολουθούν τα αέρια προς τα πάνω. Δηλαδή όσο πλησιάζουμε στην επιφάνεια τα υπό εκτόνωση αέρια αυξάνουν σε όγκο και ανοίγουν την διάμετρο.

* Στις πιέσεις και στις θερμοκρασίες που επικρατούν στην επιφάνεια, το διαμάντι δεν είναι σταθερό και έχει την τάση να αλλάξει κρυσταλλική κατάσταση και να μετασχηματιστεί σε γραφίτη. Αυτό όμως δεν μπορεί πρακτικά να γίνει, διότι η ενέργεια που απαιτείτε για να ξεκινήσει αυτή η μετατροπή είναι μεγάλη. Δηλαδή ενώ «θέλει» να αλλάξει κρυσταλλική μορφή, δεν έχει την δύναμη να το κάνει. Aν εμείς του δώσουμε αυτήν την δύναμη με την μορφή ενέργειας, αυξάνοντας π.χ. την θερμοκρασία στους 1200°C, τότε το διαμάντι θα αρχίσει σιγά-σιγά να γίνεται γραφίτης. Η διαδικασία αυτού του μετασχηματισμού ξεκινά από το βάθος των 100 Km. Από το βάθος των 100 Km και μέχρι το βάθος των 20 Km υπάρχει η απαραίτητη ενέργεια (υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες) για να μετατραπεί το διαμάντι σε γραφίτη. Έτσι λογικά κατά την άνοδο των μαγμάτων θα έπρεπε όλα τα διαμάντια να μετασχηματιζόντουσαν σε γραφίτες. Πράγματι, έχουμε πολλά τέτοια παραδείγματα, από πετρώματα που έχουν ανέλθει αργά, και οι γραφίτες τους εμφανίζουν υπολείμματα από κρυστάλλους διαμαντιών.

*1 Για όλα τα πετρώματα υπάρχουν κάποιες συνθήκες πίεση και θερμοκρασίας που είναι σταθερά, και κάτω από τις οποίες παραμένουν αμετάβλητα. Εάν για κάποιο λόγο αλλάξουν οι συνθήκες αυτές, π.χ. μεταφερθούν από την επιφάνεια όπου βρίσκονται εντός του στερεού φλοιού ή εάν από το βάθος των 80 Km μεταφερθούν σε βάθος 200 Km, τότε φυσικά αλλάζουν και οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα τα ορυκτά των πετρωμάτων να μην είναι σταθερά. Αυτό έχει σαν συνέπεια να αλλάξει η μορφή και η ορυκτολογική τους σύσταση. Όλη αυτή η διαδικασία ονομάζεται μεταμόρφωση. Το πιο γνωστό μεταμορφωμένο πέτρωμα είναι το μάρμαρο, το οποίο έχει προέλθει από την μεταμόρφωση των ασβεστολίθων.