Sự hình thành

Kim cương được tạo thành từ những khoáng vật có chứa cacbon dưới nhiệt độ và áp suất rất cao. Trên Trái Đất, mọi nơi đều có thể có kim cương bởi vì ở một độ sâu nào đó thì sẽ tồn tại nhiệt độ đủ cao và áp suất đủ lớn để tạo thành kim cương. Trong những lục địa, kim cương bắt đầu hình thành ở độ sâu khoảng 150 km (90 dặm), nơi có áp suất khoảng 5 gigapascal và nhiệt độ khoảng 1200 độ C (2200 độ F). Trong đại dương, quá trình này xảy ra ở các vùng sâu hơn do nhiệt độ cần cao hơn nên cần áp suất cũng cao hơn. Khi những áp suất và nhiệt độ dần giảm xuống thì viên kim cương cũng theo đó mà lớn dần lên.

Qua những nghiên cứu tỉ lệ các đồng vị (giống như phương pháp xác định niên đại lịch sử bằng C-14) ngoại trừ việc sử dụng những đồng vị bền như C-12 và C-13, carbon trong kim cương có nguồn gốc từ những nguồn hữu cơ và vô cơ. Các nguồn vô cơ có sẵn ở lớp trung gian của Quả Đất còn các nguồn hữu cơ chính là các loại cây đã chết chìm xuống dưới mặt đất trước khi biến thành kim cương. Cả hai nguồn này có tỉ lệ 13C:12C khác nhau rất lớn. Kim cương được cho rằng đã hình thành trên mặt đất trước đây rất lâu, khoảng 1 tỉ năm đến 3,5 tỉ năm.

Ngoài ra kim cương còn có thể được hình thành trong những hiện tượng có áp suất và nhiệt độ cao khác. Người ta có tìm thấy trong tâm thiên thạch những tinh thể kim cương có kích thước cực kì nhỏ sau khi chúng rơi xuống đất tạo nên một vùng có áp suất và nhiệt độ cao để phản ứng tạo kim cương xảy ra. Những hạt bụi kim cương được dùng trong khoa học hiện đại để xác định những nơi đã có thiên thạch rơi xuống.

Sự hình thành của kim cương tự nhiên đòi hỏi rất cụ thể điều kiện tiếp xúc với các vật liệu carbon chịu áp lực cao, dao động khoảng từ 4.41 đến 5.88 triệu tấn (4,5 và 6 GPa), nhưng ở một phạm vi nhiệt độ tương đối thấp giữa khoảng 900 và 1.300 °C (1.650 và 2.370 °F).

Kim cương nhân tạo được tổng hợp theo 2 phương pháp chính là phương pháp cao áp cao nhiệt HPHT (High pressure High temperature) sử dụng nhiệt độ và áp suất cực kỳ cao nhằm tái tạo môi trường giống như môi trường tái tạo kim cương trong lòng đất và phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học CVD (Chemical Vapor Deposition) sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí Carbon dưới tác động của tia nhiệt plasma tạo sự phân chia phân tử khí cho đến khi chỉ còn lại nguyên tử C lắng tụ và phát triển trên mầm kim cương có sẵn, có kim loại đóng vai trò như một dung môi chất xúc tác như niken, coban, sắt và tùy theo mạng tinh thể cacbon bị thay thể bằng nguyên tố nào mà kim cương sẽ có màu đó, tạp chất thường gặp nhất trong kim cương là nitơ, một phần nhỏ nitơ trong tinh thể kim cương làm cho kim cương có màu vàng thậm chí màu nâu.

Kim cương ở bề mặt Trái Đất

Những hòn đá mang kim cương bị kéo lại gần đến nơi núi lửa phun do áp suất. Khi núi lửa phun, nham thạch phải đi qua vùng tạo ra kim cương 90 dặm (150 km). Điều đó rất hiếm khi xảy ra. Ở dưới có những mạch nham thạch ngầm vận chuyển nham thạch và lưu giữ ở đó nhưng sẽ không trào ra khi núi lửa hoạt động. Những mạch chứa kim cương thường được tìm thấy ở những lục địa cổ bởi vì chúng chứa những mạch nham thạch cổ lâu nhất.

Các nhà địa chất học sử dụng các dấu hiệu sau để tìm những vùng có kim cương: những khoáng vật ở vùng đó thường chứa nhiều crôm hay titan, cũng rất thông dụng trong những mỏ đá quý có màu sáng.

Khi kim cương được các ống nham thạch đưa gần lên mặt đất, chúng có thể bị "rò rỉ" qua một khu vực lớn xung quanh. Một ống nham thạch được đánh giá là nguồn kim cương chính. Ngoài ra còn có thể kể đến một số viên kim cương rải rác do các nhân tố bên ngoài (môi trường, nguồn nước). Tuy nhiên, số lượng này cũng không lớn.

Kim cương còn có thể bị đưa lên mặt đất khi có sự đứt gãy các lục địa mặc dù điều này vẫn chưa được hiểu rõ ràng và hiếm xảy ra.