الجيولوجيا والتكوّن

تبلّر الألماس الطبيعي كله تقريبًا في الجذور العميقة لكتل قارية قديمة مستقرة تسمى الكراتونات، عند ضغوط تزيد على 4 GPa وحرارات 950–1400 °C. ويضع GIA أعلى نطاق الاستقرار ذاك عند نحو 140 km، وينمو معظم ألماس الأحجار الكريمة بين نحو 150 و250 km. ويعطيه تأريخ الشوائب أعمارًا تزيد على مليار سنة، وبعضها يقارب 3.5 مليار.

ويصل الألماس إلى السطح في ثلاثة أنواع نادرة فقط من الصهير: الكمبرليت واللامبرويت واللامبروفير. وتتكوّن الثلاثة كلها بانصهار كميات صغيرة في عمق الوشاح، وهي غنية بالمتطايرات وبالمغنيسيوم، وتثور بسرعة تُقدَّر بـ4 إلى 20 m في الثانية. وقد يتولّد صهير الكمبرليت على عمق 200–300 km. وهو يشقّ طريقه إلى الأعلى، ويخرج الغاز من المحلول مع انخفاض الضغط، ويبني الثوران أنبوبًا من ثلاثة أجزاء: فوهة، ودياتريم من صخر مهشّم بجدران قرب 82 درجة، ومنطقة جذرية من كمبرليت اقتحامي. وبحسب قاعدة Clifford، تثور أنابيب الكمبرليت الحاملة للألماس عبر أقدم الأجزاء الأركية من الكراتونات. وكان منجم Argyle في غرب أستراليا، وهو لامبرويت، منتجًا رائدًا للألماس الوردي والبني حتى أُغلق في 2020. وحتى الخام الجيد ضعيف العيار: فـUSGS يضع عيار الكمبرليت المستخرج عند 0.1 إلى 0.6 ppm من الألماس.

والألماس فائق العمق تكوّن على نحو 300–800 km ويشكّل ما يُقدَّر بـ2% من الألماس المستخرج في العالم. ويشمل أحجار CLIPPIR الفقيرة بالنيتروجين والألماس الأزرق من النمط IIb الحامل للبورون.

تُحرّر التعرية الأحجار الكريمة من صخرها الحاضن، وتنقلها الأنهار والأمواج والتيارات. والمعادن الكريمة صلدة، ومقاومة كيميائيًا، وأكثف من رمل الكوارتز، فتتجمع حيث تبطئ التيارات: في حواجز الحصى، والحفر الوعائية، ومصاطب الأنهار القديمة، والشواطئ. وهذه التجمعات هي رواسب البلاسر (placers)؛ ورواسب البلاسر التي ترسّبها الأنهار غِرينية. والبلورات المعيبة تميل إلى التفتت أثناء النقل، فرواسب البلاسر كثيرًا ما تكون أغنى بالأحجار السليمة من مصادرها. ويلاحظ استعراض GIA لمكامن الكوراندوم أن رواسب البلاسر في السياقات المتحولة، مثل راتنابورا وإيلاهيرا في سريلانكا وإيلاكاكا في مدغشقر، تعطي أعلى أحجار الياقوت الأزرق جودة.

ويقع أكبر نظام لرواسب البلاسر الماسية على امتداد ساحل الأطلسي في جنوب ناميبيا. وكان نهر الأورانج هو القناة الرئيسية التي حملت الألماس من داخل جنوب أفريقيا إلى الساحل، ونشره الانجراف الساحلي الطولي شمالًا على امتداد الشواطئ وقاع البحر لأكثر من 150 km بعد مصبّ النهر القديم. وحجم الحصى وحجم الألماس كلاهما ينقص شمالًا. وقد وضعت دراسة من 2006 لهذه المكامن الساحل الناميبي عند أكثر من 55% من الـ130 مليون قيراط من الألماس الغِريني المستخرج في جنوب أفريقيا حتى ذلك الحين. والتعدين البحري هو المهيمن الآن: فورقة من 2020 تذكر أسطولًا من سبع سفن تعمل على قاع البحر عند أعماق ماء تصل إلى 150 m وتستخرج أكثر من ثلاثة أرباع إنتاج ناميبيا من الألماس.

البغماتيت صخر ناري مؤلف من بلورات متشابكة كبيرة على نحو غير معتاد. ومعظم البغماتيتات الحاملة للأحجار الكريمة غرانيتية. وهي تتبلّر من الجزء الأخير الغني بالماء من صهير غرانيتي متبرّد، وهو بقية مثراة بالعناصر غير المتوافقة التي لا تندرج بسهولة في المعادن الشائعة المكوّنة للصخور: الليثيوم والبيريليوم والبورون والفلور والفوسفور والروبيديوم والنيوبيوم والسيزيوم والتنتالوم. وعند الحرارات المنخفضة في هذه المرحلة، تبدأ البلورات الجديدة أبطأ مما تنمو به البلورات القائمة، فتصبح بلورات قليلة كبيرة جدًا بدلًا من أن تبقى بلورات كثيرة صغيرة. وتشير أعمال حديثة إلى أن معدلات النمو قد تبلغ مترًا أو أكثر في اليوم.

وتوجد البلورات الكريمة في الأغلب في جيوب مفتوحة أو مملوءة بالطين في اللب والمناطق الوسطى من الجسم، حيث نمت بحرية في فراغ مملوء بالسوائل. وتسمى الأجسام ذات هذه التجاويف بغماتيتات ميارولية، وتقع داخل بلوتونات اقتحمت أعماقًا ضحلة في القشرة أو قربها. وبغماتيتات عائلة الليثيوم والسيزيوم والتنتالوم (LCT) تتجاوز عددًا بكثير بغماتيتات عائلة النيوبيوم واليتريوم والفلور (NYF)، وهي منتجة مهمة لتورمالين وبيريل وسبودومين وتوباز وجارنت الأحجار الكريمة.

ومن مناطق الأحجار الكريمة البغماتيتية المعروفة ميناس جيرايس في البرازيل، ومدغشقر، ومنطقة سكردو في باكستان، ومقاطعة سان دييغو في كاليفورنيا، حيث لا يزال منجم Oceanview يعطي الكونزيت. وقد أنتجت البغماتيتات بعض أكبر البلورات المعروفة، مع تقارير عن سبودومين وبيريل بطول 10 m أو أكثر.

نما كثير من أعلى أحجار الياقوت قيمة في الرخام، وهو صخر متحول يتكوّن عندما يعيد الحجر الجيري تبلوره تحت الحرارة والضغط. ويمتد حزام من المكامن المستضافة في الرخام عبر آسيا الوسطى وجنوب شرق آسيا: جغدلك في أفغانستان، ووادي هونزا ونانغيمالي في باكستان، وتشومار ورويل في نيبال، وموغوك ومونغ هسو في ميانمار، ولوك يين وكوي تشاو في فييتنام. وكلها تقع في أرض شوّهها تصادم الهند مع آسيا، ويعطي التأريخ الإشعاعي مكامن آسيا الوسطى وجنوب شرقها أعمارًا من الأوليغوسين إلى البليوسين، أي نحو 40 إلى 5 مليون سنة.

ويضع استعراض GIA لمكامن الكوراندوم نمو الياقوت في هذه الرخامات عند نحو 620–670 °C و2.6–3.3 kbar. والبلورات مبثوثة في الصخر مع الفلوغوبيت والمسكوفيت والسكابوليت والمارغاريت والسبينل والتيتانيت والبيريت والغرافيت، ولهذا يخرج السبينل الأحمر الجيد من الحفريات نفسها، وموغوك قبل غيرها. وقد أنتج قطاع أحجار موغوك في ميانمار أحجار ياقوت من نوع دم الحمام منذ نحو 600 م.

وليس كل مكمن ياقوت جيد مستضافًا في الرخام. فمونتيبويز في موزمبيق مكمن من نوع الأمفيبوليت في صخور مافية وفوق مافية متحولة، ومعظم إنتاجه يأتي من أرض ثانوية قريبة: ركام منحدري من شظايا زاوية، مع نصيب أصغر من حصى غِريني أملس مدوّر.

يُستخرج كثير من أحجار الياقوت الأزرق والأخضر والأصفر من الترب والحصى فوق حقول بازلت قلوي حديثة. وتمتد مكامن من هذا النوع من تسمانيا عبر شرق أستراليا وجنوب شرق آسيا وشرق الصين إلى أقصى شرق روسيا، وتُستثمر أيضًا في نيجيريا والكاميرون وفي مدغشقر وفي أكسوم بإثيوبيا. ولم يصنع البازلت هذه الأحجار الكريمة. فأحجار الياقوت الأزرق بلورات غريبة، أي بلورات دخيلة على الحمم التي حملتها، توجد في طفوح وسدادات من بازلت أوليفيني تحت قلوي، وبازلت قلوي عالي الألومينا، وبازانيت، في سياقات قشرية ممتدّة فوق أعمدة وشاح صاعدة. وتجوية تلك الطفوح تترك المكامن الغِرينية التي تُستثمر اليوم، وذلك أساسًا في شمال نيو ساوث ويلز ووسط كوينزلاند.

ولأحجار الياقوت الأزرق هذه كيمياء يمكن التعرف عليها. فقد أظهر J.-J. Peucat وزملاؤه، في دراسة من 2007، أن أحجار الياقوت الأزرق الصهيرية من البازلت القلوي تحمل من 2000 إلى 11000 ppm من الحديد، وأكثر من 140 ppm من الغاليوم، وأقل من 20 ppm من المغنيسيوم عمومًا، فتعطي نسب غاليوم إلى مغنيسيوم أعلى من 10. أما أحجار الياقوت الأزرق المتحولة، ومنها الأحجار الباستيلية من بايلين في كمبوديا والمادة من موغوك وسريلانكا وإيلاكاكا، فتحمل أقل من 3000 ppm من الحديد وتقع تحت نسبة 10. ولا تزال المختبرات تستخدم ذلك الفصل خطًا من خطوط الاستدلال.

وأحجار الياقوت الأزرق من يوغو غالتش في مونتانا حالة صهيرية قريبة، لكن حاضنها لامبروفير قلوي لا بازلت.

يحتاج الزمرد إلى البيريليوم، الذي يتركّز في الغرانيتات والبغماتيتات، مع الكروم أو الفاناديوم، وهما يتركّزان في الصخور المافية وفوق المافية الغامقة وفي بعض السجيل. ومعظم المكامن يجمع بين الاثنين: فاستعراض GIA يضع النوع المستضاف في الصخور المافية وفوق المافية المتحولة عند نحو 70% من الإنتاج العالمي، والبرازيل وزامبيا وروسيا هي الموردة الرئيسية.

أما مكامن كولومبيا في الكوردييرا الشرقية فقد تكوّنت على نحو آخر، لا نشاط ناري فيه. فالزمرد يوجد في عروق وبريشيات داخل سجيل أسود من الطباشيري الأسفل. وقد أظهر T. L. Ottaway وزملاؤه، في ورقة من 1994 في Nature، أن المحاليل الملحية المائية الحرارية حملت في منجم Muzo كبريتات متبخّرة إلى بنى مؤاتية، حيث اختُزلت كيميائيًا؛ ثم تفاعل الكبريت مع المادة العضوية في السجيل، فأطلق الكروم والفاناديوم والبيريليوم المحتجزة فيه. ويضع GIA هذه السوائل الحوضية عند 300–330 °C وحتى 40 wt.% مكافئ NaCl، وقد تكوّنت في العمق حيث لقي الماء المطري وماء التكوين طبقات ملح وتتابعات متبخرات.

وتقع المناجم في مجموعتين. فالنطاق الغربي يضم Muzo وCoscuez وPeñas Blancas وCunas وLa Pita وYacopi؛ والنطاق الشرقي يضم مناطق Gachalá وChivor وMacanal.

تقع حقول الأوبال الكريم في أستراليا داخل الحوض الأرتوازي الكبير وعلى امتداد حافته، وهو حوض رُسّبت صخوره الطباشيرية في بحر داخلي ضحل، هو بحر إيرومانغا، وعلى جانبيه. وكوبر بيدي وأنداموكا في جنوب أستراليا، ووايت كليفس ولايتنينغ ريدج في نيو ساوث ويلز، وحقول أوبال الجلمود في كوينزلاند، كلها تقع في هذه الرسوبيات، ويُستخرج الأوبال أساسًا من وحدات الحجر الرملي والحجر الطيني الطباشيرية فيها.

وكيفية تكوّن الأوبال لا تزال موضع جدل. فمسح GIA للحقول يعرض نظرية تجوية ونظرية جراثيم ونظرية تزامنية مع التكتونية، مع أعمال أحدث تشير إلى جبهة أكسدة واختزال تتحرك عبر مقطع عميق التجوية. والتوقيت موضع خلاف كذلك.

وأساليب التمكّن تختلف من حقل إلى آخر. ففي لايتنينغ ريدج يوجد الأوبال الأسود في هيئة عُقَد في طين أبيض مائل من الحجر الطيني Finch Claystone من الطباشيري المبكر؛ ويسميها المنقّبون nobbies، والمكامن عادة أقل من 30 m تحت السطح. ومعظم العقدة بوتش (potch) رمادي غامق، مع أوبال كريم في جزء منها، وتلك الخلفية الغامقة هي التي تعطي الأوبال الأسود الجيد تلاعب ألوانه. وفي كوينزلاند يملأ الأوبال تكتلات حجرية حديدية سيليسية يسميها المنقّبون أوراق الزنبق أو الجوزات، في الحجر الرملي Desert Sandstone من عمر الطباشيري الأعلى. وقد حلّ الأوبال كذلك محل متحجرات طباشيرية، من كائنات مجهرية إلى هياكل ديناصورات.

تقع مادتان على حدّ علم الأحجار الكريمة: إحداهما حقيقية لكنها لا تكاد تبلغ حجمًا يكفي للقطع، والأخرى وجودها موضع خلاف.

الموسانيت كربيد سيليكون. وكربيد السيليكون الطبيعي نادر جدًا ووُجد في هيئة بلورات دقيقة، أقل من 1.5 mm في العادة، في مكامن قليلة فقط في العالم. وأكبر البلورات الطبيعية المعروفة تأتي من نهر كيشون في شمال إسرائيل، حيث نمت المادة المستخرجة من 0.1 إلى 1 mm نحو 2000، إلى 2.2 mm في 2002، و3.5 mm في 2009، و4.1 mm في 2012. وعند تلك الأحجام لا يمكن تشكيل البلورات الطبيعية بأوجه، فالموسانيت المستخدم في المجوهرات مستنبت في المختبر.

واللونسدالييت، ويسمى كذلك الألماس السداسي، استُخدم على نطاق واسع علامة على ارتطامات الكويكبات، ويُعتقد أنه يؤدي دورًا محوريًا في التحول من الغرافيت إلى الألماس. ومع جهد طويل لم يُنتَج قط ولم يوصَف قط مادة مستقلة نقية. وفي 2014 أورد Péter Németh وزملاؤه في Nature Communications أن العينات التي تُظهر السمات المنسوبة إلى اللونسدالييت هي ألماس مكعبي مزدحم بتوائم {113} وعيوب رصّ {111}، بما في ذلك مادة من نيزك Canyon Diablo الذي وفّر الوصف الأصلي. وقد ذهبوا إلى أن المعدن لا يوجد مادة منفصلة، وأن الأعمال القائمة عليه تحتاج إلى إعادة تدقيق.