เพชร

เพชร  เป็นรูปแบบหนึ่งของธาตุคาร์บอนในสถานะของแข็ง ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนจัดเรียงตัวในโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์เพชร (diamond cubic) เพชรในฐานะที่เป็นรูปแบบหนึ่งของคาร์บอนมีลักษณะไร้รส ไร้กลิ่น แข็งเปราะ ไร้สีในรูปบริสุทธิ์ นำไฟฟ้าได้ไม่ดี และไม่ละลายในน้ำ รูปแบบของคาร์บอนในสถานะของแข็งอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่าแกรไฟต์ (graphite) เป็นรูปแบบที่มีเสถียรภาพทางเคมีภายใต้อุณหภูมิและความดันห้อง อย่างไรก็ตาม เพชรเป็นรูปแบบกึ่งเสถียร (metastable) ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นแกรไฟต์ได้แม้จะมีอัตราการเปลี่ยนแปลงที่น้อยมากภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว เพชรมีความแข็งและค่าการนำความร้อนสูงที่สุดในบรรดาวัสดุธรรมชาติ ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะในการผลิตเครื่องมือตัดและขัด นอกจากนี้ คุณสมบัติเหล่านี้ยังเป็นสาเหตุที่ทำให้เซลล์ทั่งเพชร (diamond anvil cell) สามารถสร้างแรงดันสูงเทียบเท่ากับที่พบในชั้นลึกของโลกได้อีกด้วย
เนื่องจากโครงสร้างการจัดเรียงอะตอมในเพชรมีความแข็งแกร่งเป็นอย่างยิ่ง ทำให้มีเพียงสิ่งเจือปนบางประเภทเท่านั้นที่สามารถปนเปื้อนเข้าไปได้ (ยกเว้นสองประเภทได้แก่ โบรอนและไนโตรเจน) ความบกพร่องหรือสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อย (ประมาณหนึ่งอะตอมต่ออะตอมในโครงผลึกล้านอะตอม) สามารถทำให้เพชรมีสีต่าง ๆ ได้ เช่น สีฟ้า (โบรอน) สีเหลือง (ไนโตรเจน) สีน้ำตาล (ความบกพร่องในตัวผลึก) สีเขียว (การสัมผัสรังสี) รวมถึงสีม่วง ชมพู ส้ม หรือแดง นอกจากนี้ เพชรยังมีดัชนีหักเหของแสงสูงมาก และมีการกระจายของแสงค่อนข้างสูงอีกด้วย
เพชรธรรมชาติโดยส่วนใหญ่มักมีอายุระหว่าง 1,000 ถึง 3,500 ล้านปี เพชรส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นในบริเวณชั้นแมนเทิลของโลกที่ความลึกระหว่าง 150 ถึง 250 กิโลเมตร (93 ถึง 155 ไมล์) แม้ว่าบางเม็ดอาจมีต้นกำเนิดจากความลึกมากถึง 800 กิโลเมตร (500 ไมล์) ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง ของไหลที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบจะย่อยสลายแร่ธาตุต่าง ๆ และแทนที่ด้วยเพชร ต่อมาในช่วงเวลาที่ใกล้กับปัจจุบัน (หลายร้อยถึงหลายสิบล้านปีก่อน) เพชรถูกนำพาขึ้นสู่ผิวโลกโดยการระเบิดของภูเขาไฟ และตกผลึกอยู่ในหินอัคนีที่เรียกว่าคิมเบอร์ไลต์ (kimberlite) และแลมโปรไอต์ (lamproite)
เพชรสังเคราะห์สามารถผลิตขึ้นได้จากคาร์บอนบริสุทธิ์สูงภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง หรือจากก๊าซไฮโดรคาร์บอนโดยกระบวนการตกสะสมไอสารเคมี (chemical vapor deposition: CVD) การแยกความแตกต่างระหว่างเพชรธรรมชาติและเพชรสังเคราะห์มักกระทำโดยใช้เทคนิคทางแสงหรือการวัดค่าการนำความร้อนเป็นหลัก
โดยทั่วไปการเจียระไนเพชรกลมเป็น 57 เหลี่ยม (หากรวมก้นเพชรจะได้เป็น 58 เหลี่ยม) หรือที่เรียกว่าเหลี่ยมเกสรนั้นนับว่าสวยที่สุด เพชรเป็นสัญลักษณ์ของอำนาจและความแข็งแกร่ง
สัญลักษณ์ตามระบบ IMA ของเพชรคือ Dia
คุณสมบัติ.
เพชรเป็นรูปแบบของคาร์บอนบริสุทธิ์ในสถานะของแข็ง ซึ่งอะตอมจัดเรียงตัวในโครงสร้างผลึก คาร์บอนในสถานะของแข็งสามารถปรากฏได้ในหลายรูปแบบที่เรียกว่าอัญรูป โดยแต่ละแบบขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธะเคมี อัญรูปที่พบได้บ่อยที่สุดของคาร์บอนบริสุทธิ์คือเพชรและแกรไฟต์ ในแกรไฟต์นั้นพันธะระหว่างอะตอมเป็นแบบออร์บิทัลผสม sp² ซึ่งอะตอมจะจัดเรียงตัวในระนาบโดยแต่ละอะตอมจะเชื่อมโยงกับอะตอมที่ใกล้ที่สุดสามอะตอมในมุม 120 องศา ส่วนในเพชรนั้นพันธะจะเป็นแบบ sp³ ซึ่งอะตอมจัดเรียงเป็นโครงสร้างสี่หน้า (tetrahedron) โดยแต่ละอะตอมเชื่อมโยงกับอะตอมที่ใกล้ที่สุดสี่อะตอม โครงสร้างแบบสี่หน้าเป็นโครงสร้างที่แข็งแรงและมั่นคง และในบรรดาวัสดุทั้งหมดที่เป็นที่รู้จัก เพชรมีจำนวนอะตอมต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรมากที่สุด จึงเป็นเหตุผลที่เพชรเป็นวัสดุที่มีความแข็งและบีบอัดได้ยากที่สุด นอกจากนี้เพชรยังมีความหนาแน่นสูง โดยเพชรธรรมชาติมีความหนาแน่นอยู่ในช่วง 3,150 ถึง 3,530 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (มากกว่าน้ำกว่า 3 เท่า) และเพชรบริสุทธิ์มีค่าประมาณ 3,520 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร สำหรับแกรไฟต์นั้นแม้ว่าพันธะระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงจะแข็งแรงกว่า ทว่าพันธะระหว่างระนาบที่ขนานกันนั้นอ่อนแอ ทำให้ระนาบสามารถเลื่อนผ่านกันได้ง่าย จึงทำให้แกรไฟต์อ่อนนุ่มกว่ามากเมื่อเทียบกับเพชร อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงของพันธะในระนาบทำให้แกรไฟต์ติดไฟได้ยากกว่า
เพชรถูกนำไปใช้ในหลากหลายวัตถุประสงค์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยมเป็นพิเศษของวัสดุชนิดนี้ เพชรมีค่าการนำความร้อนสูงที่สุดและมีค่าความเร็วของคลื่นเสียงสูงที่สุดในบรรดาวัสดุทั้งหมด อีกทั้งยังมีแรงยึดเกาะและแรงเสียดทานต่ำ รวมถึงมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ต่ำมาก ในด้านคุณสมบัติทางแสง เพชรมีความโปร่งใสตั้งแต่ช่วงอินฟราเรดไกล (far infrared) ไปจนถึงอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้น และมีค่าการกระจายของแสงสูง นอกจากนี้ เพชรยังมีความต้านทานไฟฟ้าสูงมาก มีความเฉื่อยทางเคมี ไม่เกิดปฏิกิริยากับสารกัดกร่อนส่วนใหญ่ และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพอย่างยอดเยี่ยม
อุณหพลศาสตร์.
สภาวะดุลยภาพของความดันและอุณหภูมิสำหรับการเปลี่ยนสถานะระหว่างแกรไฟต์และเพชรได้รับการยืนยันทั้งทางทฤษฎีและจากการทดลอง โดยค่าความดันสมดุลจะแปรผันตามอุณหภูมิอย่างเป็นเส้นตรง ตั้งแต่ประมาณ 1.7 กิกะปาสกาลที่อุณหภูมิ 0 เคลวิน ไปจนถึงประมาณ 12 กิกะปาสกาลที่อุณหภูมิ 5,000 เคลวิน (ซึ่งเป็นจุดร่วมสามของเพชร, แกรไฟต์ และของเหลว) อย่างไรก็ตาม สถานะของคาร์บอนดังกล่าวนี้สามารถคงอยู่ร่วมกันได้อย่างกว้างขวางบริเวณเส้นแห่งดุลยภาพนี้ ในที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานซึ่งก็คือ 20 องศาเซลเซียส (293 เคลวิน) และความดันพื้นฐานที่ 1 บรรยากาศ (0.10 เมกะปาสกาล) สถานะที่เสถียรของคาร์บอนคือแกรไฟต์ ส่วนเพชรจัดเป็นสถานะกึ่งเสถียรซึ่งมีกำแพงพลังงานเชิงจลน์สูงที่อะตอมต้องเอาชนะเพื่อเปลี่ยนสู่สภาวะพลังงานต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ อัตราการเปลี่ยนจากเพชรเป็นแกรไฟต์จึงต่ำมาก โดยใช้เวลานับล้านถึงพันล้านปี อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงกว่า 4,500 เคลวิน เพชรจะเปลี่ยนเป็นแกรไฟต์อย่างรวดเร็ว และการทดลองพบว่า เมื่อมีน้ำ (H₂O) อยู่ร่วมด้วยเพชรจะผ่านสถานะคาร์บอนเชิงเส้นระหว่างกลางก่อนเปลี่ยนเป็นแกรไฟต์
การเปลี่ยนแปลงจากแกรไฟต์เป็นเพชรอย่างรวดเร็วนั้นจำเป็นต้องใช้ความดันที่สูงกว่าค่าสมดุลดุงกล่าวนี้เป็นอย่างมาก โดยที่อุณหภูมิ 2,000 เคลวินนั้นจะต้องใช้ความดันประมาณ 35 กิกะปาสกาล (ประมาณ 350,000 ความดันบรรยากาศมาตรฐาน)
เหนือจุดร่วมสามของแกรไฟต์–เพชร–คาร์บอนเหลว จุดหลอมเหลวของเพชรจะเพิ่มขึ้นอย่างเชื่องช้าตามความดันที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันสูงถึงระดับหลายร้อยกิกะปาสกาลแล้วนั้นจุดหลอมเหลวของเพชรจะลดลง ภายใต้ความดันสูงนั้นซิลิกอนและเจอร์เมเนียมจะมีโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์แบบกลางตัว (body-centered cubic) ชนิด BC8 และมีการคาดการณ์ว่าคาร์บอนจะเปลี่ยนไปมีโครงสร้างที่คล้ายกันในสภาวะความดันสูง โดยที่อุณหภูมิ 0 เคลวินนั้นการเปลี่ยนแปลงนี้คาดว่าจะเกิดขึ้นที่ความดันประมาณ 1,100 กิกะปาสกาล
ผลการวิจัยที่เผยแพร่ในวารสารเนเจอร์ฟิสิกส์ (Nature Physics) เมื่อปี ค.ศ. 2010 ระบุว่าภายใต้สภาวะที่มีความดันและอุณหภูมิสูงยิ่งยวด (ประมาณ 10 ล้านบรรยากาศ หรือ 1 เทราปาสกาล และ 50,000 องศาเซลเซียส) เพชรสามารถหลอมละลายกลายเป็นของเหลวที่มีสมบัติเป็นโลหะได้ สภาวะที่รุนแรงเช่นนี้สามารถพบได้ภายในดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์ เช่น ดาวเนปจูนและยูเรนัส ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นคาร์บอนประมาณร้อยละ 10 และในทางทฤษฎีอาจมีมหาสมุทรของคาร์บอนเหลวอยู่ภายใน และเนื่องจากโลหะเหลวที่มีปริมาณมากก็สามารถส่งผลต่อสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ได้ ดังนั้นสิ่งนี้จึงอาจเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้ว่าเหตุใดขั้วดาวทางภูมิศาสตร์และขั้วแม่เหล็กของดาวเคราะห์ทั้งสองจึงไม่ตรงกัน
โครงสร้างผลึก.
โครงสร้างผลึกที่พบได้บ่อยที่สุดของเพชรเรียกว่าลูกบาศก์เพชร ซึ่งประกอบขึ้นจากหน่วยเซลล์ (unit cells) ที่เรียงซ้อนกัน (ดูภาพประกอบ) แม้ในภาพจะปรากฏอะตอมจำนวน 18 อะตอม แต่อะตอมที่อยู่ที่มุมของเซลล์หนึ่ง ๆ จะถูกใช้งานร่วมกันกับเซลล์หน่วยอื่นอีกเจ็ดเซลล์ และอะตอมที่อยู่กึ่งกลางของแต่ละหน้าเซลล์จะถูกใช้ร่วมกับอีกหนึ่งหน่วยเซลล์ ดังนั้น จำนวนอะตอมสุทธิที่แท้จริงในหนึ่งหน่วยเซลล์จะเท่ากับ 8 อะตอม ความยาวของแต่ละด้านของหน่วยเซลล์ ซึ่งแทนด้วยตัวแปร "a" มีค่าเท่ากับ 3.567 อังสตรอม
ระยะห่างระหว่างอะตอมที่ใกล้ที่สุดในโครงข่ายผลึกหรือที่เรียกว่าแลตทิซ (lattice) ของเพชรนั้นมีค่าเท่ากับ 1.732"a"/4 โดยที่ "a" คือค่าคงที่ของแลตทิซ ซึ่งโดยปกติจะแสดงค่าในหน่วยอังสตรอม โดยมีค่า "a" เท่ากับ 3.567 Å หรือ 0.3567 นาโนเมตร
แลตทิซผลึกแบบลูกบาศก์เพชรนั้นสามารถถูกมองได้ว่าเป็นแลตทิซแบบลูกบาศก์แบบกลางหน้า (face-centered cubic) สองชุดที่แทรกสอดกัน โดยชุดหนึ่งมีการเลื่อนตำแหน่งไป ¼ ส่วนของเส้นทแยงมุมของเซลล์ลูกบาศก์ หรืออาจมองเป็นแลตทิซเดียวที่มีอะตอมสองอะตอมต่อหนึ่งจุดแลตทิซ เมื่อมองจากทิศทางเชิงผลิกศาสตร์แบบ <1 1 1> แล้วนั้นโครงข่ายนี้จะประกอบด้วยชั้นที่เรียงตัวซ้ำกันในรูปแบบ ABCABC... นอกจากนี้เพชรยังสามารถจัดเรียงตัวในรูปแบบ ABAB... ได้เช่นกัน ซึ่งเรียกว่าผลึกเพชรหกเหลี่ยมหรือลอนส์เดไลต์ (lonsdaleite) แต่พบได้ไม่บ่อยนัก และจะเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างจาคาร์บอนในรูปแบบของลูกบาศก์
ลักษณะผลึก.
เพชรส่วนใหญ่มักปรากฏอยูในรูปแบบลักษณะสมบูรณ์ (euhedral) หรือทรงแปดหน้าแบบกลมมน รวมถึงรูปแบบผลึกแฝดของทรงแปดหน้าซึ่งเรียกว่ามาเคิล (macle) เนื่องจากโครงสร้างผลึกของเพชรมีการจัดเรียงอะตอมในแบบลูกบาศก์ จึงสามารถมีเหลี่ยมมุมที่เป็นไปตามรูปทรงเรขาคณิตต่าง ๆ เช่น ลูกบาศก์, ทรงแปดหน้า, รอมบิโกซิโดเดคาฮีดรอน (rhombicosidodecahedron), เตตราคิสเฮกซาฮีดรอน (tetrakis hexahedron) หรือดิสไดยากิสโดเดคาฮีดรอน (disdyakis dodecahedron) ผลึกเพชรอาจมีขอบที่มนและไม่เด่นชัดหรือมีรูปร่างยาวเรียว เพชร (โดยเฉพาะที่มีผิวผลึกโค้งมน) มักถูกพบว่ามีสารเคลือบผิวที่เรียกว่านิฟ (nyf) ซึ่งมีลักษณะทึบแสงคล้ายยางเหนียว
เพชรบางชนิดมีเส้นใยทึบแสงอยู่ภายใน โดยจะถูกเรียกว่า "opaque" หากเส้นใยเหล่านั้นเจริญเติบโตจากสารตั้งต้นผลึกใส หรือจะถูกเรียกว่า "fibrous" หากเส้นใยนั้นแผ่กระจายไปทั่วทั้งผลึก สีของเพชรชนิดนี้มีตั้งแต่เหลือง, เขียว ไปจนถึงเทา และบางครั้งมีสิ่งเจือปนลักษณะคล้ายเมฆสีขาวถึงเทา รูปร่างที่พบได้บ่อยที่สุดคือทรงลูกบาศก์ (cuboidal) แต่อาจพบในรูปแบบทรงแปดหน้า (octahedra), ทรงสิบสองหน้า (dodecahedra), มาเคิล หรือรูปแบบผสมอื่น ๆ โครงสร้างของเพชรประเภทนี้เป็นผลมาจากสิ่งเจือปนจำนวนมากซึ่งมีขนาดอยู่ในช่วง 1 ถึง 5 ไมครอน เป็นไปได้ว่าเพชรเหล่านี้อาจจะก่อตัวขึ้นในแมกมาคิมเบอร์ไลต์ (kimberlite) และดูดซับสารระเหยจากสิ่งแวดล้อมในกระบวนการนั้น
นอกจากนี้เพชรยังสามารถก่อตัวเป็นกลุ่มรวมหลายผลึก (polycrystalline aggregates) ได้อีกด้วย ซึ่งได้มีความพยายามในการจัดจำแนกเพชรชนิดนี้ออกเป็นกลุ่มต่าง ๆ โดยใช้ชื่อเช่นบอร์ต (boart), บัลลัส (ballas), สตูวาร์ไทต์ (stewartite) และเฟรมีไซต์ (framesite) อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีเกณฑ์การจำแนกใดที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย คาร์บอนาโด (Carbonado) เป็นประเภทหนึ่งของเพชรหลายผลึกที่ซึ่งเม็ดเพชรขนาดเล็กถูกเชื่อมประสานกันด้วยกระบวนการเผาผนึก (การหลอมรวมโดยไม่หลอมเหลว โดยใชัความร้อนและความดัน) มีลักษณะเป็นสีดำและแข็งแกร่งกว่าเพชรผลึกเดี่ยว ปัจจุบันยังไม่เคยพบคาร์บอนาโดในหินภูเขาไฟ และแม้จะมีทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดของมัน ซึ่งรวมถึงการก่อตัวในดาวฤกษ์ แต่ยังคงไม่มีข้อสรุปที่ชัดเจน
เชิงกล.
ความแข็ง.
เพชรเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดตามมาตราโมสในเชิงคุณภาพ (qualitative Mohs scale) ในการทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ส (Vickers hardness test) ซึ่งเป็นการทดสอบในเชิงปริมาณ (quantitative) นั้นตัวอย่างวัสดุจะถูกกดด้วยวัตถุทรงพีระมิดที่มีขนาดมาตรฐานภายใต้แรงที่กำหนดโดยใช้ผลึกเพชรเป็นหัวกดเพื่อให้สามารถทดสอบวัสดุได้หลากหลายชนิด จากขนาดของรอยกดที่เกิดขึ้นนั้นจะสามารถคำนวณค่าความแข็งแบบวิคเกอร์สของวัสดุนั้นได้ ความแข็งอันมหาศาลของเพชรเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นเป็นสิ่งที่มนุษย์รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณจึงเป็นที่มาของชื่อ "เพชร" อย่างไรก็ตาม ความแข็งของเพชรไม่ได้หมายความว่ามันจะแข็งอย่างไม่มีที่สิ้นสุด หรือทำลายไม่ได้ หรือไม่สามารถเกิดรอยขีดข่วนได้ เพราะในความเป็นจริงแล้วนั้นเพชรสามารถถูกขีดข่วนได้โดยเพชรชิ้นอื่น และสามารถสึกหรอได้เมื่อใช้งานเป็นเวลานาน แม้กระทั่งกับวัสดุที่อ่อนกว่าอย่างเช่นแผ่นเสียงไวนิล
ความแข็งของเพชรนั้นขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์, ความสมบูรณ์ของผลึก และทิศทางการเรียงตัวของผลึก โดยเพชรที่มีความบริสุทธิ์สูง, ปราศจากตำหนิ และจัดเรียงในทิศทาง <111> (ซึ่งเป็นแนวทแยงที่ยาวที่สุดของแลตทิซผลึกลูกบาศก์ของเพชร) จะมีความแข็งสูงที่สุด ดังนั้น แม้ว่าบางครั้งเพชรบางชนิดอาจถูกขีดข่วนได้ด้วยวัสดุอื่น เช่น โบรอนไนไตรด์ แต่เพชรที่แข็งที่สุดจะสามารถถูกขีดข่วนได้เฉพาะกับเพชรด้วยกันเองหรือกลุ่มผลึกเพชรระดับนาโนเท่านั้น
ความแข็งของเพชรเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เพชรเหมาะสมสำหรับการใช้เป็นอัญมณีหรือรัตนชาติ ด้วยคุณสมบัติที่จะถูกขีดข่วนได้เฉพาะเพชรด้วยกันเท่านั้น เพชรจึงสามารถรักษาความเงางามของพื้นผิวได้อย่างยอดเยี่ยม แตกต่างจากรัตนชาติอื่นหลายชนิด เพชรมีความทนทานต่อรอยขีดข่วนสูงจึงทำให้เหมาะสมสำหรับการสวมใส่ในชีวิตประจำวัน ซึ่งอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เพชรได้รับความนิยมอย่างสูงในฐานะรัตนชาติของแหวนหมั้นหรือแหวนแต่งงานที่มักถูกสวมใส่เป็นประจำทุกวัน
เพชรธรรมชาติที่มีความแข็งที่สุดส่วนใหญ่นั้นมาจากแหล่งเพชรในโคเพตันและบิงการาในพื้นที่นิวอิงแลนด์ รัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย ซึ่งเพชรจากแหล่งเหล่านี้มักมีขนาดเล็ก เป็นผลึกทรงแปดหน้าที่สมบูรณ์ไปจนถึงกึ่งสมบูรณ์ และมักถูกใช้ในการขัดเกลาเพชรชิ้นอื่น ความแข็งของเพชรเหล่านี้เกี่ยวข้องกับลักษณะการเติบโตของผลึก ซึ่งเป็นการเติบโตของผลึกแบบขั้นตอนเดียว (single-stage crystal growth) ในขณะที่เพชรจากแหล่งอื่นส่วนใหญ่นั้นจะแสดงหลักฐานของการเติบโตหลายขั้นตอน ซึ่งทำให้เกิดสิ่งตกค้าง ข้อบกพร่อง และระนาบที่ผิดปกติภายในแลตทิซของผลึก ซึ่งส่งผลต่อความแข็งโดยรวม อย่างไรก็ตาม เราสามารถนำเพชรทั่วไปเข้าสู่กระบวนการที่ใช้แรงดันและอุณหภูมิสูงร่วมกันเพื่อสร้างเพชรที่มีความแข็งยิ่งกว่าเพชรที่ใช้เป็นมาตรฐานในการวัดความแข็งได้
เพชรสามารถตัดแห้วได้ แต่ความสามารถนี้ไม่สามารถยืนยันได้อย่างแน่ชัดเสมอไปว่าเกิดจากเพชร เนื่องจากวัสดุอื่น เช่น ควอตซ์ ซึ่งมีค่าความแข็งสูงกว่าแก้วในมาตราโมสก็สามารถตัดแก้วได้เช่นกัน เพชรสามารถขีดข่วนเพชรด้วยกันเองได้ แต่ก็อาจทำให้เพชรทั้งสองชิ้นเกิดความเสียหายได้เช่นกัน การทดสอบความแข็งเช่นนี้จึงไม่นิยมนำมาใช้ในอัญมณีศาสตร์เชิงปฏิบัติเพราะอาจทำให้เกิดความเสียหายได้ เนื่องด้วยความแข็งและมูลค่าที่สูงของเพชร เพชรจึงมักถูกขัดเงาอย่างเชื่องช้า ด้วยเทคนิคดั้งเดิมที่พิถีพิถันและใส่ใจในรายละเอียดมากกว่าอัญมณีชนิดอื่น ส่งผลให้ได้เหลี่ยมเพชรที่เรียบเป็นพิเศษ เงางาม และมีขอบเหลี่ยมคมอย่างเด่นชัด นอกจากนี้เพชรยังมีค่าดัชนีหักเหของแสงที่สูงมากและมีค่าการกระจายแสงที่ค่อนข้างสูง ซึ่งเมื่อนำมารวมกันจะส่งผลอย่างมากต่อรูปลักษณ์โดยรวมของเพชรที่ถูกเจียระไน ด้วยเหตุนี้ ช่างเจียระไนเพชร (diamantaire) ส่วนใหญ่จึงยังคงพึ่งพาทักษะและประสบการณ์ในการใช้แว่นขยายลูป (loupe) เพื่อระบุเพชรด้วยตาเปล่า
ความเหนียว.
คุณสมบัติเชิงกลที่เกี่ยวข้องกับความแข็งอย่างหนึ่งคือความเหนียว (toughness) ซึ่งหมายถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานการแตกหักจากแรงกระแทกอย่างรุนแรง ความเหนียวของเพชรธรรมชาติถูกวัดได้อยู่ที่ 50–65 MPa·m1⁄2 ซึ่งถือว่าสูงเมื่อเทียบกับวัสดุเซรามิกชนิดอื่น แต่ยังถือว่าต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุวิศวกรรมทั่วไป เช่น โลหะผสมทางวิศวกรรมซึ่งมักมีค่าความเหนียวเกินกว่า 80 MPa·m1⁄2 และเช่นเดียวกับวัสดุชนิดอื่นนั้นรูปร่างโดยรวมของเพชรในระดับมหภาคก็มีส่วนช่วยในการต้านทานการแตกหักด้วย นอกจากนี้ เพชรยังมีระนาบการแตก (cleavage plane) อีกด้วย ฉะนั้นมันจึงเปราะบางในบางทิศทางมากกว่าทิศทางอื่น ซึ่งคุณสมบัตินี้เป็นสิ่งที่ช่างเจียระไนเพชรใช้เพื่อแยกเพชรออกก่อนการเจียระไน และสำหรับเพชรสังเคราะห์ในอุตสาหกรรม "ค่าความเหนียวต่อแรงกระแทก" (impact toughness) ถือเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดหลักเพื่อประเมินคุณภาพของเพชรเหล่านั้น
กำลังคราก.
เพชรมีค่าความทนแรงอัดคราก (Compressive yield strength) อยู่ที่ 130–140 GPa ซึ่งเป็นค่าที่สูงอย่างยิ่ง คุณสมบัตินี้ร่วมกับความแข็งและความโปร่งใสของเพชรจึงได้ทำให้เซลล์ทั่งเพชร กลายเป็นเครื่องมือหลักในการทดลองภายใต้ความดันสูง โดยสามารถสร้างแรงดันได้ถึง 600 GPa และคาดว่าแรงดันที่สูงกว่านี้อาจเป็นไปได้หากใช้เพชรแบบผลึกนาโน (nanocrystalline diamond) ในการผลิต
ความยืดหยุ่นและความแข็งแรงดึง.
โดยทั่วไปแล้วนั้นการพยายามเปลี่ยนรูปผลึกเพชรก้อนใหญ่ด้วยแรงดึงหรือการบิดงอมักจะนำไปสู่การแตกร้าวแบบเปราะ อย่างไรก็ตาม เมื่อเพชรผลึกเดี่ยวอยู่ในรูปของเส้นลวดหรือเข็มขนาดไมโคร/นาโน (มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100–300 นาโนเมตร และยาวระดับไมโครเมตร) จะสามารถยืดตัวแบบยืดหยุ่นได้ถึง 9–10 เปอร์เซ็นต์ของความเค้นดึงโดยไม่เกิดความเสียหาย โดยมีความเค้นดึงเฉพาะที่สูงสุดอยู่ที่ประมาณ 89–98 GPa ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางทฤษฎีของวัสดุนี้มาก
การนำไฟฟ้า.
การใช้งานเฉพาะทางรูปแบบอื่นนั้นมีอยู่หรือกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา เช่น การใช้เพชรเป็นสารกึ่งตัวนำ: เพชรสีน้ำเงินบางชนิดสามารถนำไฟฟ้าได้โดยธรรมชาติ ซึ่งตรงข้ามกับเพชรทั่วไปที่เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก ความสามารถในการนำไฟฟ้าและสีฟ้าหรือน้ำเงินของเพชรเหล่านี้มีต้นกำเนิดจากการเจือปนโดยโบรอน โดยอะตอมของโบรอนจะเข้ามาแทนที่อะตอมของคาร์บอนในแลตทิซของผลึกเพชร ซึ่งก่อให้เกิดรูโหว่ขึ้นในแถบวาเลนซ์
การนำไฟฟ้าในระดับสูงมักพบได้ในเพชรที่ไม่ได้ผ่านการโด๊ป ซึ่งก่อตัวขึ้นมาด้วยกระบวนการตกสะสมไอสารเคมี (CVD) คุณสมบัติการนำไฟฟ้าเช่นนี้เกี่ยวข้องกับสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนซึ่งถูกดูดซับที่ผิวของเพชร และสามารถถูกกำจัดออกได้โดยการอบอ่อน (annealing) หรือการบำบัดพื้นผิวด้วยวิธีการอื่น
เข็มเพชรขนาดเล็กสามารถนำไปปรับค่าช่องว่างพลังงาน (band gap) จากค่าปกติที่ประมาณ 5.6 อิเล็กตรอนโวลต์ให้เหลือใกล้กับศูนย์ได้โดยการเปลี่ยนแปลงรูปร่างทางกลอย่างเฉพาะเจาะจง
แผ่นเวเฟอร์เพชรความบริสุทธิ์สูงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เซนติเมตรจะแสดงคุณสมบัติเป็นฉนวนสมบูรณ์ในทิศทางหนึ่ง และเป็นสื่อนำไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ในอีกทิศทางหนึ่ง ซึ่งเปิดโอกาสในการนำมาใช้สำหรับการจัดเก็บข้อมูลเชิงควอนตัม วัสดุนี้มีปริมาณไนโตรเจนเพียง 3 ส่วนในล้านส่วน และถูกสังเคราะห์ขึ้นบนสารตั้งต้นที่มีลักษณะเป็นขั้นบันได ซึ่งช่วยป้องกันการแตกร้าว
คุณสมบัติพื้นผิว.
เพชรมีคุณสมบัติตามธรรมชาติเป็นไลโปฟิลิกและไฮโดรโฟบิก ซึ่งหมายความว่าพื้นผิวของเพชรไม่สามารถถูกทำให้เปียกน้ำได้ แต่สามารถถูกทำให้เปียกและเกาะติดด้วยน้ำมันได้อย่างง่ายดาย คุณสมบัตินี้สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการสกัดเพชรโดยใช้น้ำมันในกระบวนการผลิตเพชรสังเคราะห์ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อพื้นผิวของเพชรถูกปรับเปลี่ยนทางเคมีด้วยไอออนบางชนิด คาดว่าจะทำให้เพชรมีความเป็นไฮโดรฟิลิกสูงจนสามารถคงสภาพชั้นของน้ำแข็งได้หลายชั้นที่อุณหภูมิร่างกายมนุษย์
พื้นผิวของเพชรจะถูกออกซิไดซ์บางส่วนตามธรรมชาติ ซึ่งสามารถลดสภาพออกซิไดซ์นี้ได้ด้วยการอบด้วยความร้อนภายใต้กระแสไฮโดรเจน กล่าวคือ การอบด้วยความร้อนจะช่วยขจัดกลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจนบางส่วนออกไป อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของเพชร (sp³C) จะไม่เสถียรเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง (มากกว่า 400 °C หรือ 752 °F) ภายใต้ความดันบรรยากาศ โดยโครงสร้างจะค่อยจะเปลี่ยนเป็น sp²C อย่างเชื่องช้าเมื่ออุณหภูมิสูงเกินจุดนี้ ดังนั้น การลดสภาพออกซิไดซ์ของเพชรจึงควรทำที่อุณหภูมิต่ำกว่าค่านี้
เสถียรภาพทางเคมี.
ภายใต้อุณหภูมิห้อง เพชรจะไม่ทำปฏิกิริยาใด ๆ กับตัวทำปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งรวมถึงกรดและด่างที่รุนแรงชนิดต่าง ๆ
ในบรรยากาศที่มีเพียงออกซิเจนบริสุทธิ์นั้นเพชรจะมีจุดติดไฟอยู่ในช่วง 690 °C (1,274 °F) ถึง 840 °C (1,540 °F); โดยผลึกขนาดเล็กจะติดไฟได้ง่ายกว่า เมื่อได้รับความร้อนเพชรจะเปลี่ยนจากสีแดงไปเป็นสีขาว และเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีฟ้าอ่อน และจะยังคงเผาไหม้ต่อแม้จะนำแหล่งความร้อนออกไปแล้วก็ตาม ในทางตรงข้าม ในสภาพอากาศปกตินั้นการเผาไหม้จะหยุดลงทันทีเมื่อแหล่งความร้อนถูกนำออก เพราะออกซิเจนในอากาศจะถูกเจือจางด้วยไนโตรเจน เพชรใสที่ไม่มีตำหนิจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมด ส่วนสิ่งเจือปนจะเหลือเป็นขี้เถ้า ความร้อนที่เกิดจากการเจียระไนเพชรจะไม่ส่งผลให้เพชรติดไฟ และไฟแช็กสำหรับจุดบุหรี่ก็ไม่สามารถจุดไฟเพชรจนเกิดการเผาไหม้ได้เช่นกัน แต่ไฟจากเหตุเพลิงไหม้ในบ้านหรือเปลวไฟจากหัวเป่าโลหะนั้นสามารถทำให้เพชรติดไฟได้ ช่างอัญมณีจึงต้องระมัดระวังขณะหลอมโลหะจากแหวนเพชร
ผงเพชรที่มีขนาดเม็ดที่เหมาะสม (ประมาณ 50 ไมครอน) จะเผาไหม้เป็นประกายไฟพวยพุ่งออกมาหลังจากที่ติดไฟด้วยเปลวไฟ ดังนั้นจึงสามารถเตรียมส่วนผสมของดอกไม้ไฟที่ใช้ผงเพชรสังเคราะห์เป็นพื้นฐานได้ ประกายไฟที่ได้จะมีสีแดง-ส้มคล้ายส่วนผสมจากถ่านไม้ แต่มีแนวการพุ่งเป็นเส้นตรงมากกว่า ซึ่งอธิบายได้จากความหนาแน่นสูงของเพชร นอกจากนี้ เพชรยังสามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซฟลูออรีนเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 700 °C (1,292 °F)
สี.
เพชรมีช่องว่างพลังงานที่กว้างที่ 5.5 eV ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นรังสีอัลตราไวโอเลตลึกที่ 225 นาโนเมตร ซึ่งหมายความว่าเพชรบริสุทธิ์ควรส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้และปรากฏเป็นผลึกใสไม่มีสี สีในเพชรนั้นเกิดจากข้อบกพร่องในแลตทิซของผลึกและสิ่งเจือปน ซึ่งแลตทิซผลึกของเพชรนั้นมีความแข็งแรงเป็นพิเศษ และมีเพียงอะตอมของไนโตรเจน โบรอน และไฮโดรเจนเท่านั้นที่สามารถแทรกตัวเข้าสู่เพชรในระหว่างการเจริญเติบโตได้ในระดับความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญ (สูงถึงระดับอะตอมเปอร์เซ็นต์) โลหะทรานซิชันอย่างนิกเกิลและโคบอลต์ซึ่งมักถูกใช้ในการสร้างเพชรสังเคราะห์ด้วยเทคนิคแรงดันและอุณหภูมิสูงนั้นสามารถพบได้ในเพชรในรูปอะตอมเดี่ยว โดยที่นิกเกิลมีความเข้มข้นสูงสุดอยู่ที่ 0.01% และโคบอลต์ในปริมาณที่น้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าธาตุใด ๆ ก็สามารถแทรกลงในเพชรได้โดยใช้การฝังประจุ (ion implantation)
ไนโตรเจนเป็นสิ่งเจือปนที่พบได้บ่อยที่สุดในเพชรอัญมณี และเป็นสาเหตุหลักของสีเหลืองและสีน้ำตาลในเพชร ขณะที่โบรอนเป็นตัวการที่ทำให้เพชรมีสีฟ้า นอกจากนี้สีของเพชรยังสามารถเกิดได้จากอีกสองแหล่ง ได้แก่ การแผ่รังสี (มักเป็นอนุภาคแอลฟา) ซึ่งก่อให้เกิดสีเขียวในเพชร และการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (plastic deformation) ในแลตทิซของผลึกเพชร ซึ่งเป็นสาเหตุของสีในเพชรสีน้ำตาลบางชนิด และอาจรวมถึงสีชมพูและสีแดงด้วย หากเรึยงลำดับตามความหายากแล้วนั้นเพชรสีเหลืองพบได้บ่อยที่สุด รองลงมาคือสีน้ำตาล ไร้สี สีฟ้า สีเขียว สีดำ สีชมพู สีส้ม สีม่วง และสีแดง เพชร "สีดำ" หรือที่เรียกว่าคาร์โบนาโดนั้นแท้จริงแล้วไม่ใช่สีดำโดยธรรมชาติ แต่มีสิ่งเจือปนสีเข้มจำนวนมากแทรกอยู่ภายใน ทำให้ดูมืดทึบ เพชรสีมีสีขึ้นมาได้เนื่องจากสิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องในตัวแลตทิซของผลึก ในขณะที่เพชรบริสุทธิ์หรือเกือบบริสุทธิ์จะโปร่งใสและไม่มีสี โดยทั่วไปนั้นสิ่งเจือปนในเพชรมักจะเข้ามาแทนที่อะตอมของคาร์บอนในแลตทิซ ซึ่งเรียกว่าตำหนิคาร์บอน (carbon flaw) สิ่งเจือปนที่พบบ่อยที่สุดคือไนโตรเจน ซึ่งก่อให้เกิดสีเหลืองในระดับต่าง ๆ ตั้งแต่จางจนถึงเข้ม ขึ้นอยู่กับชนิดและความเข้มข้นของไนโตรเจน สถาบันอัญมณีวิทยาแห่งอเมริกา (Gemological Institute of America: GIA) ได้ทำการจัดประเภทเพชรสีเหลืองและน้ำตาลที่มีความอิ่มตัวของสีในระดับต่ำให้อยู่ในกลุ่มเพชรสีปกติ และใช้มาตราสีตั้งแต่ “D” (ไร้สี) ไปจนถึง “Z” (เหลืองจาง) สำหรับเพชรสีเหลืองที่มีความอิ่มตัวของสีสูง หรือเพชรที่มีสีอื่น เช่น สีชมพูหรือสีฟ้า จะถูกจัดเป็นเพชรสีแฟนซี (fancy colored diamonds) และใช้เกณฑ์การจัดอันดับอีกระบบหนึ่งที่แยกจากกัน
ในปี ค.ศ. 2008 เพชรวิตเติลสบาค (Wittelsbach diamond) ซึ่งเป็นเพชรสีน้ำเงินขนาด 35.56 กะรัต (7.112 กรัม) ที่เคยเป็นสมบัติของพระมหากษัตริย์แห่งสเปนได้ถูกประมูลไปในราคากว่า 24 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ที่งานประมูลของคริสตีส์ (Christie's) ต่อมาในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2009 เพชรสีน้ำเงินขนาด 7.03 กะรัต (1.406 กรัม) ได้สร้างสถิติราคาต่อกะรัตสูงที่สุดที่เคยจ่ายเพื่อซื้อเพชร ซึ่งถูกขายในการประมูลด้วยมูลค่า 10.5 ล้านฟรังก์สวิส (6.97 ล้านยูโร หรือประมาณ 9.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐในขณะนั้น) อย่างไรก็ตาม สถิติดังกล่าวได้ถูกทำลายลงในปีเดียวกันเมื่อเพชรสีชมพูสดขนาด 5 กะรัต (1.0 กรัม) ถูกขายไปในราคา 10.8 ล้านดอลลาร์สหรัฐที่ฮ่องกงเมื่อวันที่ 1 ธันวาคม ค.ศ. 2009
ความบริสุทธิ์.
ความบริสุทธิ์ (Clarity) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบ 4 ประการ หรือที่เรียกว่า 4C ได้แก่ สี (Color), ความบริสุทธิ์ (Clarity), การเจียระไน (Cut) และน้ำหนักกะรัต (Carat Weight) ซึ่งใช้ในการประเมินคุณภาพของเพชร สถาบันอัญมณีวิทยาแห่งอเมริกาได้พัฒนาการจัดระดับความบริสุทธิ์ของเพชรจำนวน 11 ระดับ เพื่อใช้กำหนดมูลค่าในการจำหน่าย โดยระดับความบริสุทธิ์ของทางสถาบันแห่งนี้นั้นเริ่มตั้งแต่ Flawless (FL) หรือไร้ตำหนิสมบูรณ์ จนถึง Included (I) หรือมีตำหนิอย่างเห็นได้ชัด โดยมีระดับที่อยู่ระหว่างนั้นซึ่งได้แก่ Internally Flawless (IF), Very Very Slightly Included (VVS), Very Slightly Included (VS) และ Slightly Included (SI) ตำหนิหรือสิ่งเจือปนในเพชรธรรมชาติมักเกิดจากแร่ธาตุและออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ การจัดระดับความบริสุทธิ์นั้นขึ้นอยู่กับสี ขนาด ตำแหน่ง และปริมาณของตำหนิที่สามารถมองเห็นได้ภายใต้แว่นขยายขนาด 10 เท่า ตำหนิภายในเพชรสามารถตรวจพบและประเมินได้ด้วยวิธีทางแสง โดยกระบวนการนี้จะประกอบด้วยการถ่ายภาพก่อนการแก้ตำหนิ การระบุตำแหน่งของตำหนิที่จะนำออก และสุดท้ายคือการลบเหลี่ยมเพชรและกำจัดตำหนินั้นออก
การเรืองแสง.
เพชรธรรมชาติราว 25% ถึง 35% แสดงคุณสมบัติการเรืองแสงในระดับหนึ่งเมื่อถูกตรวจสอบภายใต้แสงอัลตราไวโอเลตคลื่นยาวที่มองไม่เห็น หรือภายใต้แหล่งรังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอกซ์และเลเซอร์ ทั้งนี้แสงจากหลอดไส้จะไม่กระตุ้นให้เพชรเกิดการเรืองแสง เพชรสามารถเรืองแสงออกมาในหลากหลายสี เช่น สีฟ้า (พบมากที่สุด), สีส้ม, สีเหลือง, สีขาว, สีเขียว และในบางกรณีที่พบได้น้อยมากนั้นอาจมีสีแดงหรือสีม่วง แม้ว่ากลไกที่แท้จริงของการเรืองแสงนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่เชื่อว่าสาเหตุหนึ่งอาจเกิดจากความแปรผันในโครงสร้างอะตอมของเพชร เช่นจำนวนของอะตอนไนโตรเจนที่มีอยู่ภายในโครงผลึก
การนำความร้อน.
การระบุเอกลักษณ์ของเพชรนั้นสามารถระบุได้จากการนำความร้อนที่สูงมาก (900–2320 วัตต์·เมตร⁻¹·เคลวิน⁻¹) อีกทั้งค่าดรรชนีการหักเหของแสงที่สูงก็สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ยังมีวัสดุอื่นที่มีค่าดรรชนีการหักเหของแสงที่ใกล้เคียงกัน
ธรณีวิทยา.
เพชรเป็นแร่ที่พบเจอได้อย่างยากยิ่ง โดยมีความเข้มข้นในหินต้นกำเนิดเพียงไม่เกินส่วนในพันล้านส่วน (parts per billion) เท่านั้น ก่อนศตวรรษที่ 20 เพชรส่วนใหญ่ถูกค้นพบในแหล่งสะสมตะกอนน้ำหลาก (alluvial deposit) นอกจากนี้ยังสามารถพบเพชรที่หลุดลอยได้ตามแนวชายฝั่งทั้งในปัจจุบันและในอดีต ซึ่งเพชรมักจะสะสมตัวตามแนวชายฝั่งเนื่องจากขนาดและความหนาแน่นของมัน:149 อย่างไรก็ตาม การค้นพบเพชรในตะกอนน้ำแข็ง (glacial till) เช่นในรัฐวิสคอนซินและอินดีแอนาของสหรัฐอเมริกานั้นถือว่าพบได้น้อยมาก และแหล่งเหล่านี้ไม่มีคุณภาพในเชิงพาณิชย์:19 แหล่งสะสมประเภทนี้ล้วนมีต้นกำเนิดจากการผุพังของมวลหินอัคนีแทรกซอนเฉพาะจุดซึ่งเพชรเหล่านั้นได้ถูกพัดพาออกไปด้วยลมหรือน้ำ
เพชรส่วนใหญ่นั้นมีต้นกำเนิดจากเนื้อโลก และเนื้อหาในส่วนนี้จะกล่าวถึงเพชรจากแหล่งดังกล่าวเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ยังคงมีแหล่งกำเนิดเพชรจากกระบวนการอื่นอีกด้วยเช่นกัน ตัวอย่างเช่น กลุ่มหินเปลือกโลกบางส่วน หรือที่เรียกว่าศิลาภูมิประเทศ (terrane) นั้นอาจถูกฝังลึกลงไปในขณะที่เปลือกโลกหนาขึ้นจนได้ประสบกับกระบวนการแปรสภาพภายใต้ความดันสูงยิ่งยวด (ultra-high-pressure metamorphism) ซึ่งก่อให้เกิดเพชรระดับไมโครที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในหินโดยไม่แสดงหลักฐานของการเคลื่อนย้ายผ่านแมกมา นอกจากนี้ เมื่ออุกกาบาตพุ่งชนพื้นผิวโลก แรงกระแทกนั้นสามารถสร้างอุณหภูมิและความดันสูงเพียงพอที่จะก่อให้เกิดเพชรระดับไมโครและเพชรระดับนาโนได้ เพชรไมโครชนิดที่เกิดจากแรงกระแทกนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงหลุมอุกกาบาตยุคโบราณได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น โครงสร้างหลุมอุกกาบาตโปปิไก (Popigai impact structure) ในประเทศรัสเซียนั้นอาจเป็นแหล่งเพชรที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยคาดว่ามีปริมาณเพชรหลายล้านล้านกะรัต ซึ่งเกิดจากการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อย
ความเข้าใจผิดที่พบได้บ่อยคือเพชรเกิดจากการบีบอัดอย่างสูงของถ่านหิน อย่างไรก็ตาม ความจริงคือถ่านหินเกิดจากซากพืชในยุคดึกดำบรรพ์ที่ถูกฝังอยู่ใต้ดิน ในขณะที่เพชรส่วนใหญ่ที่ผ่านการวิเคราะห์อายุนั้นมีอายุมากกว่าพืชบกชุดแรกอย่างมาก แม้ว่าเพชรอาจสามารถก่อตัวจากถ่านหินในเขตมุดตัวของเปลือกโลก (subduction zones) ได้ แต่เพชรที่เกิดจากกระบวนการนี้ถือว่าหาได้ยาก และแหล่งคาร์บอนที่เป็นต้นกำเนิดของเพชรในกรณีนี้มักเป็นหินคาร์บอเนตและคาร์บอนอินทรีย์ในตะกอนมากกว่าถ่านหิน
การกระจายตัวบนพื้นผิว.
เพชรไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวโลก โดยกฎทั่วไปที่เรียกว่า "กฎของคลิฟฟอร์ด" (Clifford's rule) ได้ระบุไว้ว่าเพชรมักพบในหินคิมเบอร์ไลต์ (kimberlite) ที่อยู่ในบริเวณที่เก่าแก่ที่สุดของหินฐานธรณี ซึ่งเป็นแกนกลางที่มีเสถียรภาพของทวีป และมักมีอายุไม่ต่ำกว่า 2,500 ล้านปี อย่างไรก็ตามได้มีข้อยกเว้น ตัวอย่างเช่น เหมืองเพชรอาร์ไกล์ (Argyle diamond mine) ในประเทศออสเตรเลีย ซึ่งเป็นแหล่งผลิตเพชรที่มีน้ำหนักรวมสูงที่สุดในโลก ตั้งอยู่ในแนวเปลือกโลกเคลื่อนที่ หรือที่เรียกว่าแนวเทือกเขา (orogenic belt) ซึ่งเป็นบริเวณที่ล้อมรอบหินฐานธรณีส่วนกลางและเคยประสบกับกระบวนการแปรสัณฐานแบบบีบอัด โดยแหล่งของเพชรเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในหินคิมเบอร์ไลต์ แต่เป็นหินแลมโพรไอต์ (lamproite) ทั้งนี้ ยังพบแลมโพรไอต์ที่มีเพชรแต่ไม่สามารถทำเหมืองเชองเศรษฐกิจได้ในสหรัฐอเมริกา, อินเดีย และออสเตรเลียเช่นกัน นอกจากนี้ ยังพบเพชรในแนววาวาของมณฑลสุพีเรียร์ (Superior province)ในแคนาดา และมีการค้นพบเพชรไมโครในแนวเกาะภูเขาไฟของประเทศญี่ปุ่น โดยพบอยู่ในหินชนิดหนึ่งที่เรียกว่าแลมโพรไฟร์ (lamprophyre)
หินคิมเบอร์ไลต์นั้นสามารถพบได้ในแนวพนัง (dike) และแนวพนังแทรกชั้น (sill) ที่แคบเพียง 1 ถึง 4 เมตร รวมถึงในแนวลำภูเขาไฟ (pipe) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ประมาณ 75 เมตรจนถึง 1.5 กิโลเมตร หินคิมเบอร์ไลต์สดนั้นมีสีเขียวอมฟ้าหรือเทาอมเขียว แต่เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลและแตกสลายอย่างรวดเร็ว หินประเภทนี้เป็นหินเนื้อผสมที่มีองค์ประกอบปะปนกันอย่างไม่เป็นระเบียบ ประกอบด้วยแร่ขนาดเล็กและเศษหิน (clast) ที่มีขนาดตั้งแต่เล็กมากจนถึงขนาดเท่าผลแตงโม เนื้อหินประกอบด้วซีโนคริสต์ (xenocryst) และเซโนลิท (xenolith) ซึ่งเป็นแร่และหินที่ถูกนำพาขึ้นมาจากเปลือกโลกชั้นล่างและเนื้อโลกพร้อมกับชิ้นส่วนของหินบนพื้นผิว แร่ที่ผ่านการเปลี่ยนแปลง เช่น เซอร์เพนทีน (serpentine) รวมถึงแร่ชนิดใหม่ที่ตกผลึกขึ้นระหว่างการปะทุ เนื้อสัมผัสของหินนั้นจะมีความแตกต่างตามระดับความลึก ส่วนองค์ประกอบทางเคมีของคิมเบอร์ไลต์จะมีความต่อเนื่องกับหินคาร์บอเนไทต์ (carbonatite) ทว่าหินคาร์บอเนไทต์นั้นมีปริมาณออกซิเจนสูงเกินกว่าที่คาร์บอนจะคงอยู่ในรูปบริสุทธิ์ได้ ฉะนั้นแล้วคาร์บอนจึงถูกกักให้อยู่ในรูปของแร่แคลไซต์ (CaCO₃) แทน
หินทั้งสามชนิดที่เป็นแหล่งกำเนิดเพชร ได้แก่ คิมเบอร์ไลต์, แลมโพรไอต์ และแลมโพรไฟร์นั้นล้วนไม่มีแร่บางชนิด เช่น เมลิไลต์ (melilite) และคาลซิไลต์ (kalsilite) ซึ่งเป็นแร่ที่ไม่สอดคล้องกับการก่อตัวของเพชร ภายในหินคิมเบอร์ไลต์นั้นมักพบแร่โอลิวีน (olivine) ที่มีขนาดใหญ่และเห็นได้ชัดเจน ขณะที่แลมโพรไอต์มีแร่ไทเทเนียม-ฟลอโกไพต์ (Ti-phlogopite) และแลมโพรไฟร์มีแร่ไบโอไทต์ (biotite) และแอมฟิโบล (amphibole) หินเหล่านี้ล้วนเกิดจากแมกมาที่ปะทุขึ้นอย่างรวดเร็วจากการหลอมละลายของเนื้อโลกในปริมาณน้อย มีปริมาณสารระเหย (volatile) และแมกนีเซียมออกไซด์ที่สูง และมีภาวะออกซิไดซ์ต่ำกว่าแมกมาทั่วไป เช่น หินบะซอลต์ (basalt) คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้แมกมาสามารถนำเพชรขึ้นสู่ผิวโลกได้อย่างรวดเร็วก่อนที่เพชรจะสลายตัว
การสำรวจ.
แนวลำภูเขาไฟหินคิมเบอร์ไลต์ (kimberlite pipe) เป็นแหล่งแร่ที่ยากต่อการค้นพบ เนื่องจากพวกมันจะผุพังลงอย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่ปีหลังจากที่โผล่ขึ้นมาสู่ผิวโลก และมักมีระดับความสูงทางภูมิประเทศต่ำกว่าหินโดยรอบ อีกทั้งถึงแม้จะปรากฏบนผิวหิน (outcrop) ก็ไม่สามารถมองเห็นเพชรได้ด้วยตาเปล่าเนื่องจากมีความหายากมาก นอกจากนี้ แนวลำหินคิมเบอร์ไลต์ดังกล่าวมักถูกปกคลุมด้วยพืชพรรณธรรมชาติ ตะกอน ดิน หรือแหล่งน้ำ ในการสำรวจยุคปัจจุบันจึงมีการใช้วิธีการทางธรณีฟิสิกส์ เช่น การสำรวจสนามแม่เหล็กทางอากาศ (aeromagnetic surveys) ความต้านทานไฟฟ้า (electrical resistivity) และการวัดแรงโน้มถ่วง (gravimetry) เพื่อช่วยระบุพื้นที่ที่มีแนวโน้มจะพบแหล่งแร่เพชร การสำรวจนี้ได้รับการช่วยเหลือเพิ่มเติมจากการหาอายุด้วยไอโซโทปและการจำลองประวัติธรณีวิทยาของพื้นที่ หลังจากนั้นนักสำรวจภาคสนามจะเข้าไปเก็บตัวอย่างเพื่อตรวจหาชิ้นส่วนของหินคิมเบอร์ไลต์หรือแร่ดัชนี (indicator mineral) ซึ่งแร่ดัชนีเหล่านี้มีองค์ประกอบที่สะท้อนถึงเงื่อนไขในการเกิดเพชร เช่น การหลอมละลายของเนื้อโลกในระดับสูงหรือความดันสูงในบริเวณที่มีเอโคลไจต์ (eclogite) อย่างไรก็ตาม แร่ดัชนีอาจให้ข้อมูลที่คลาดเคลื่อนได้ จึงมีการใช้วิธีที่แม่นยำกว่าคือวิธีทางธรณีอุณหภูมิ-ความดัน (geothermobarometry) ซึ่งเป็นการวิเคราะห์องค์ประกอบของแร่ราวกับว่ามีสภาวะสมดุลกับแร่ในเนื้อโลก
การค้นหาแหล่งคิมเบอร์ไลต์นั้นต้องอาศัยความพากเพียรอย่างมาก และในบรรดาคิมเบอร์ไลต์ทั้งหมด มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่มีเพชรในปริมาณและคุณภาพที่สามารถทำเหมืองได้อย่างคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ ซึ่งมีการค้นพบครั้งใหญ่เพียงไม่กี่ครั้งนับตั้งแต่ช่วงประมาณปี ค.ศ. 1980 โดยเกิดขึ้นในประเทศแคนาดาเท่านั้น และเนื่องด้วยเหมืองเพชรที่มีอยู่ในปัจจุบันนั้นมักมีอายุการใช้งานเฉลี่ยเพียงประมาณ 25 ปี จึงมีความเป็นไปได้ว่าจะเกิดภาวะขาดแคลนเพชรธรรมชาติแหล่งใหม่ในอนาคต
อายุ.
การหายุุของเพชรนั้นสามารถทำได้โดยการวิเคราะห์แร่ธาตุที่ฝังตัวอยู่ภายใน โดยอาศัยการสลายตัวของไอโซโทปรังสี เทคนิคนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของธาตุที่อยู่ภายใน โดยอาจตรวจวัดการสลายตัวของรูบิเดียมไปเป็นสตรอนเชียม, ซาแมเรียมไปเป็นนีโอดิเมียม, ยูเรเนียมไปเป็นตะกั่ว, อาร์กอน-40 ไปเป็นอาร์กอน-39 หรือรีเนียมไปเป็นออสเมียม เพชรที่พบในหินคิมเบอร์ไลต์นั้นมักมีอายุอยู่ในช่วงระหว่าง 1,000 ถึง 3,500 ล้านปี และอาจพบเพชรได้หลายยุคสมัยในคิมเบอร์ไลต์จากแหล่งเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการก่อตัวของเพชรในหลายช่วงเวลา ในขณะที่หินคิมเบอร์ไลต์เองนั้นกลับมีอายุน้อยกว่ามาก โดยส่วนใหญ่อยู่ในช่วงหลักสิบล้านปีถึง 300 ล้านปี แม้จะมีข้อยกเว้นบางแห่งที่มีอายุมากกว่า เช่น แหล่ง อาร์ไกล์ (Argyle), พรีเมียร์ (Premier) และวาวา (Wawa) ซึ่งข้อเท็จจริงนี้ได้แสดงให้เห็นว่าหินคิมเบอร์ไลต์ไม่ได้เป็นต้นกำเนิดของเพชร แต่ทำหน้าที่เพียงลำเลียงเพชรจากเนื้อโลกขึ้นสู่ผิวโลกเท่านั้น นอกจากนี้ หินคิมเบอร์ไลต์ยังมีอายุน้อยกว่าหินฐานธรณีที่มันปะทุผ่านขึ้นมาอย่างมาก ส่วนสาเหตุที่ไม่พบหินคิมเบอร์ไลต์ที่เก่ากว่านี้ยังไม่ทราบแน่ชัด แต่เป็นไปได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในเนื้อโลกหรือกระบวนการทางธรณีวิทยาในอดีต และยังไม่มีการบันทึกถึงการปะทุของหินคิมเบอร์ไลต์ในประวัติศาสตร์ของมนุษย์เลย
จุดกำเนิดในชั้นเนื้อโลก.
เพชรที่มีคุณภาพระดับรัตนชาติส่วนใหญ่มักกำเนิดขึ้นจากความลึกประมาณ 150–250 กิโลเมตรภายในชั้นธรณีภาค ซึ่งความลึกในระดับนี้มักพบอยู่ใต้ชั้นหินฐานธรณี ภายในโครงสร้างที่เรียกว่าแมนเทิลคีล (mantle keel) ซึ่งเป็นส่วนที่หนาที่สุดของธรณีภาค บริเวณดังกล่าวมีความดันและอุณหภูมิสูงเพียงพอสำหรับการก่อตัวของเพชร และมีลักษณะที่ไม่เกิดการพาความร้อน จึงเอื้อให้เพชรสามารถคงอยู่ได้ยาวนานเป็นพันล้านปี จนกระทั่งเกิดการปะทุของหินคิมเบอร์ไลต์ที่นำเพชรเหล่านั้นขึ้นสู่ผิวโลก
หินต้นกำเนิด (host rocks) ภายในชั้นแมนเทิลคีลได้แก่ ฮาร์ซเบอร์ไกต์ (harzburgite) และเลอร์โซไลต์ (lherzolite) ซึ่งเป็นหินประเภทหนึ่งของหินเพริโดไทต์ (peridotite) หินเพริโดไทต์ซึ่งเป็นหินอัคนีที่ประกอบด้วยแร่โอลิวีนและไพรอกซีน (pyroxene) เป็นหลัก ถือเป็นหินที่พบได้มากที่สุดในชั้นเนื้อโลกตอนบน โดยมีปริมาณซิลิกาต่ำ แต่มีแมกนีเซียมสูง อย่างไรก็ตาม เพชรที่กำเนิดในหินเพริโดไทต์มักจะไปไม่ถึงการเดินทางขึ้นสู่ผิวโลก ในทางกลับกัน แหล่งกำเนิดเพชรอีกประเภทที่สามารถรักษาเพชรไว้ได้คือหินเอโคลไจต์ ซึ่งเป็นหินแปรที่มักเกิดจากการแปรสภาพของหินบะซอลต์ในกระบวนการที่แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรมุดตัวลงสู่ชั้นเนื้อโลกในเขตมุดตัว (subduction zone)
เพชรส่วนน้อย (จากการศึกษาประมาณ 150 เม็ด) มีต้นกำเนิดจากความลึกระหว่าง 330 ถึง 660 กิโลเมตร ซึ่งเป็นบริเวณที่ครอบคลุมถึงเขตผันแปร (transition zone) เพชรเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในหินเอโคลไจต์เช่นเดียวกับเพชรที่เกิดในบริเวณที่ตื้นกว่า แต่สามารถแยกแยะได้จากแร่ที่ฝังตัวอยู่ภายใน ซึ่งได้แก่เมเจอไรต์ (majorite) ซึ่งเป็นแร่โกเมนชนิดหนึ่งที่มีปริมาณซิลิกามากกว่าปกติ อีกกลุ่มหนึ่งที่มีสัดส่วนใกล้เคียงกันคือเพชรที่มาจากเนื้อโลกตอนล่าง โดยมีต้นกำเนิดจากความลึกระหว่าง 660 ถึง 800 กิโลเมตร
เพชรจะสามารถอยู่ในสภาวะเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ได้เมื่ออยู่ภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง โดยการเปลี่ยนสถานะจากแกรไฟต์ไปเป็นเพชรนั้นจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นตามระดับความดันที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น ใต้แผ่นทวีปเพชรจะมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิประมาณ 950 องศาเซลเซียส และความดัน 4.5 กิกะปาสกาล ซึ่งสอดคล้องกับความลึกตั้งแต่ 150 กิโลเมตรขึ้นไป ในเขตมุดตัวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า เพชรจะเริ่มมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิประมาณ 800 องศาเซลเซียส และความดัน 3.5 กิกะปาสกาล ที่ความลึกมากกว่า 240 กิโลเมตร จะพบสถานะของโลหะผสมเหล็ก–นิกเกิล ซึ่งคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะละลายอยู่ในสถานะดังกล่าวหรืออยู่ในรูปของคาร์ไบด์ ดังนั้น การที่เพชรบางชนิดมีต้นกำเนิดจากความลึกมากผิดปกติอาจสะท้อนถึงสภาพแวดล้อมของการก่อตัวที่แตกต่างไปจากปกติ
ในปี ค.ศ. 2018 ได้มีการค้นพบตัวอย่างธรรมชาติของน้ำแข็ง VII (Ice VII) เป็นครั้งแรก โดยพบอยู่ในรูปของการฝังตัวภายในเพชร ตัวอย่างเหล่านี้ก่อตัวขึ้นที่ความลึกระหว่าง 400 ถึง 800 กิโลเมตร ซึ่งครอบคลุมทั้งบริเวณเนื้อโลกตอนบนและตอนล่าง การค้นพบนี้เป็นหลักฐานสำคัญที่บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของของไหลที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบหลักในระดับความลึกดังกล่าวภายในโลก
แหล่งคาร์บอน.
ในชั้นเนื้อโลกนั้นมีปริมาณคาร์บอนประมาณหนึ่งพันล้านกิกะตัน (ระบบบรรยากาศ-มหาสมุทรของโลกมีคาร์บอนอยู่ประมาณ 44,000 กิกะตัน) คาร์บอนมีไอโซโทปเสถียรอยู่สองชนิด คือ ¹²C และ ¹³C ในอัตราส่วนโดยมวลประมาณ 99:1 โดยอัตราส่วนนี้มีค่าแปรผันที่กว้างในอุกกาบาต ซึ่งบ่งชี้ว่าค่าดังกล่าวมีความแปรผันอย่างมากมากในโลกยุคแรกเริ่ม นอกจากนี้ อัตราส่วนนี้ยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากกระบวนการที่เกิดขึ้นบนผิวโลก เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง อัตราส่วนนี้มักนำมาเปรียบเทียบกับตัวอย่างมาตรฐานในรูปของค่า δ¹³C ซึ่งแสดงผลเป็นหน่วยส่วนต่อพัน หินทั่วไปที่มาจากชั้นเนื้อโลก เช่น บะซอลต์ คาร์บอเนไทต์ และคิมเบอร์ไลต์ มีค่า δ¹³C อยู่ในช่วงระหว่าง −8 ถึง −2 ขณะที่บนผิวโลกนั้นตะกอนอินทรีย์มีค่าเฉลี่ยประมาณ −25 ในขณะที่คาร์บอเนตมีค่าเฉลี่ยประมาณ 0
ประชากรของเพชรจากแหล่งกำเนิดต่าง ๆ นั้นมีการกระจายตัวของค่า δ¹³C ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โดยเพชรที่กำเนิดในหินเพริโดไทต์ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงค่า δ¹³C ตามแบบค่าของชั้นเนื้อโลก ในขณะที่เพชรจากหินเอโคลไจต์ มีค่าตั้งแต่ −40 ถึง +3 แม้ว่าค่าสูงสุดของการกระจายจะยังอยู่ในช่วงของเนื้อโลกก็ตาม ความแปรปรวนดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าเพชรเหล่านี้ไม่ได้ก่อตัวจากคาร์บอนดั้งเดิมที่อยู่ในเนื้อโลกมาตั้งแต่โลกถือกำเนิด หากแต่เป็นผลมาจากกระบวนการแปรสัณฐาน (tectonic process) ถึงแม้ว่า (จากอายุของเพชร) กระบวนการเหล่านี้อาจไม่จำเป็นต้องเหมือนกับกระบวนการแปรสัณฐานที่ยังดำเนินอยู่ในปัจจุบันก็ตาม ต้นกำเนิดของคาร์บอนที่ใช้ในการก่อตัวของเพชรนั้นอยู่ในชั้นเนื้อโลกตอนบนที่อยู่ลึกจากผิวโลกลงไปราว 700 กิโลเมตร หรือในบริเวณที่เรียกว่าฐานธรณีภาค (asthenosphere)
การก่อตัวและการเติบโต.
เพชรในชั้นเนื้อโลกนั้นก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการการแปรสภาพแบบแทนที่ (metasomatism) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ของไหลหรือแมกมาที่ประกอบด้วยองค์ประกอบ C–O–H–N–S (คาร์บอน–ออกซิเจน–ไฮโดรเจน–ไนโตรเจน–กำมะถัน) ได้ทำการละลายแร่ธาตุในหินเดิมและแทนที่ด้วยแร่ชนิดใหม่ ในที่นี้ คำว่า C–O–H–N–S เป็นคำที่ใช้ในเชิงครอบคลุมแบบกำกวมอย่างคร่าว เนื่องจากยังไม่ทราบองค์ประกอบที่แน่ชัดของของไหลดังกล่าว เพชรสามารถก่อตัวขึ้นจากของไหลเช่นนี้ได้โดยผ่านกระบวนการรีดักชันของคาร์บอนในรูปออกซิไดซ์ (เช่น CO₂ หรือ CO₃) หรือผ่านกระบวนการออกซิเดชันของเฟสที่อยู่ในรูปแบบที่ลดรูปลงมา เช่น มีเทน
จากการใช้เทคนิคการตรวจวัดต่าง ๆ เช่น แสงโพลาไรซ์ (polarized light), โฟโตลูมิเนสเซนซ์ (photoluminescence) และแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ (cathodoluminescence) จะสามารถตรวจพบลำดับชั้นของการเจริญเติบโต (growth zone) ในเพชรได้ รูปแบบเฉพาะของเพชรที่มาจากเขตธรณีภาคนั้นมักแสดงเป็นลำดับชั้นที่เรียงตัวใกล้เคียงกับการเป็นเป็นวงร่วมศูนย์ (concentric) โดยมีการสลับกันของชั้นเรืองแสงที่บางมาก และช่วงเวลาที่คาร์บอนถูกละลายโดยของไหลแล้วก่อตัวขึ้นใหม่ ส่วนเพชรที่มาจากชั้นที่ลึกกว่าชั้นธรณีภาคนั้นจะแสดงเนื้อผิวที่ไม่เป็นระเบียบและใกล้เคียงกับลักษณะของผลึกรวม (polycrystalline) ซึ่งสะท้อนถึงสภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันสูงกว่า รวมทั้งการเคลื่อนย้ายเพชรด้วยกระบวนการพาความร้อนภายในชั้นเนื้อโลก
การนำพาสู่พื้นผิว.
หลักฐานทางธรณีวิทยาสนับสนุนแบบจำลองที่ระบุว่าแมกมาของหินคิมเบอร์ไลต์นั้นเคลื่อนตัวขึ้นมาจากชั้นล่างของเปลือกโลกด้วยความเร็วประมาณ 4–20 เมตรต่อวินาที โดยสร้างช่องทางขึ้นมาผ่านกระบวนการแตกหักของหินด้วยแรงดันของของไหล (hydraulic fracturing) เมื่อความดันลดลงแลัวจะเกิดการแยกตัวของเฟสไอระเหยออกจากแมกมา ซึ่งช่วยรักษาสภาพของเหลวของแมกมาไว้ เมื่อแมกมาไปถึงพื้นผิวแล้วนั้นการระเบิดในช่วงแรกจะพุ่งออกมาทางรอยแยกด้วยความเร็วสูงมาก (มากกว่า 200 เมตรต่อวินาที หรือประมาณ 450 ไมล์ต่อชั่วโมง) จากนั้นเมื่อความดันลดลง การสึกกร่อนของหินจะเกิดขึ้น ทำให้เกิดแนวลำภูเขาไฟ และก่อให้เกิดหินกรวดเหลี่ยม (breccia) เมื่อการปะทุเริ่มลดลงแล้วนั้นจะเข้าสู่ระยะของการพ่นหินตะกอนภูเขาไฟ (pyroclastic) ตามด้วยกระบวนการแปรสภาพ (metamorphism) และการเติมน้ำเข้าไปในเนื้อหิน จนเกิดเป็นหินเซอร์เพนทิไนต์ (serpentinite)
เพชรคู่.
ในบางกรณีที่พบได้ยาก มีการค้นพบเพชรที่ภายในมีโพรงซึ่งบรรจุเพชรอีกเม็ดหนึ่งอยู่ภายใน โดยเพชรคู่เม็ดแรกที่ถูกค้นพบมีชื่อว่า “มาตรีออชกา” (Matryoshka) ซึ่งถูกค้นพบโดยบริษัทอัลโรซา (Alrosa) ในสาธารณรัฐยาคูเตีย ประเทศรัสเซีย เมื่อปี ค.ศ. 2019 ต่อมาได้มีการค้นพบเพชรลักษณะเดียวกันอีกเม็ดหนึ่งในทุ่งเพชรเอลเลนเดล (Ellendale Diamond Field) ในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลียเมื่อปี ค.ศ. 2021
ในอวกาศ.
การทดลองภายใต้ความดันสูงได้คาดการณ์ว่าเพชรจำนวนมากสามารถควบแน่นจากมีเทนกลายเป็น “ฝนเพชร” บนดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์อย่างยูเรนัสและเนปจูนได้ นอกจากนี้ ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะบางดวงอาจประกอบขึ้นจากเพชรเกือบทั้งดวง
เพชรอาจมีอยู่ในดาวฤกษ์ที่อุดมไปด้วยคาร์บอนโดยเฉพาะในดาวแคระขาว โดยหนึ่งในทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของคาร์โบนาโดซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของเพชรที่แข็งแรงที่สุดนั้นคือการที่มันเกิดขึ้นในดาวแคระขาวหรือซูเปอร์โนวา (supernova) ทั้งนี้ เพชรที่ก่อตัวขึ้นในดาวฤกษ์อาจเป็นแร่ชนิดแรกสุดที่เกิดขึ้นมา
อุตสาหกรรม.
การใช้งานเพชรที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดในปัจจุบันนั้นคือการนำมาเป็นอัญมณีสำหรับประดับตกแต่ง และการใช้เป็นวัสดุขัดถูในอุตสาหกรรมสำหรับการตัดวัสดุที่มีความแข็งสูง โดยตลาดของเพชรระดับอัญมณีและเพชรระดับอุตสาหกรรมนั้นมีวิธีการประเมินมูลค่าที่แตกต่างกัน
เพชรระดับอัญมณี.
การกระจายแสงสีขาวให้แยกออกเป็นสีสเปกตรัมต่าง ๆ คือคุณสมบัติทางอัญมณีวิทยาหลักของเพชรที่ใช้เป็นอัญมณี ในศตวรรษที่ 20 ผู้เชี่ยวชาญด้านอัญมณีได้พัฒนาวิธีการจัดระดับคุณภาพของเพชรและอัญมณีชนิดอื่น ๆ โดยอิงจากลักษณะที่สำคัญที่สุดต่อมูลค่าด้านความงาม ซึ่งลักษณะทั้งสี่ที่เรียกกันอย่างไม่เป็นทางการว่า “4 Cs” ได้แก่:
1. น้ำหนัก (Carat) — วัดเป็นกะรัต โดย 1 กะรัต เท่ากับ 0.2 กรัม
2. หน้าตัดเพชร (Cut) — พิจารณาคุณภาพจากสัดส่วน ความสมมาตร และความเงางามของผิว
3. สี (Color) — ความใกล้เคียงกับสีขาวหรือไม่มีสีมากเพียงใด (สำหรับเพชรแฟนซีจะวัดจากความเข้มของเฉดสี)
4. ความบริสุทธิ์ (Clarity) — ความสะอาดที่ปราศจากตำหนิหรือมลทิน
เพชรที่มีขนาดใหญ่และไร้ตำหนิจะถูกเรียกว่า “พารากอน” (Paragon)
การค้าขายเพชรที่มีคุณภาพระดับอัญมณีในวงกว้างนั้นยังคงมีอยู่ โดยส่วนใหญ่เพชรคุณภาพระดับอัญมณีจะถูกขายในสภาพที่เพิ่งเจียระไนเสร็จใหม่ แต่ก็ยังมีตลาดที่มั่นคงสำหรับการขายต่อเพชรที่เจียระไนแล้ว (เช่น การจำนำ การประมูล ร้านอัญมณีมือสอง ช่างเจียระไนเพชร และตลาดกลางเพชรต่าง ๆ) ลักษณะสำคัญประการหนึ่งของการค้าขายเพชรคุณภาพระดับอัญมณีนั้นคือความประณีตที่สูงมาก โดยการค้าส่งและการเจียระไนเพชรนั้นถูกจำกัดอยู่เพียงไม่กี่แห่งเท่านั้น ในปี ค.ศ. 2003 มีเพชรถึง 92% ของโลกที่ถูกเจียระไนและขัดเงาในเมืองสุรัต ประเทศอินเดีย นอกจากนี้ยังมีศูนย์กลางสำคัญของการเจียระไนและการค้าขายเพชรในย่านเพชรเมืองแอนต์เวิร์ป ในประเทศเบลเยียม (ซึ่งเป็นที่ตั้งของสถาบันอัญมณีวิทยานานาชาติ), กรุงลอนดอน, ย่านเพชรในนครนิวยอร์ก, ย่านการค้าเพชรในเมืองเทลอาวีฟ และกรุงอัมสเตอร์ดัม หนึ่งในปัจจัยสนับสนุนก็คือลักษณะทางธรณีวิทยาของแหล่งเพชร โดยมีเหมืองคิมเบอร์ไลต์ขนาดใหญ่เพียงไม่กี่แห่งที่สามารถครอบครองส่วนแบ่งตลาดได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น เหมืองจวาเนงในประเทศบอตสวานา ซึ่งเป็นเหมืองหลุมเปิดขนาดใหญ่เพียงแห่งเดียวที่สามารถผลิตเพชรได้ระหว่าง 12,500,000 ถึง 15,000,000 กะรัต (2,500 ถึง 3,000 กิโลกรัม) ต่อปี
การผลิตและการกระจายเพชรส่วนใหญ่นั้นได้ถูกรวมศูนย์อยู่ในมือของผู้เล่นรายใหญ่เพียงไม่กี่ราย และกระจุกตัวอยู่ในศูนย์กลางการค้าเพชรแบบดั้งเดิม โดยสถานที่ที่สำคัญที่สุดคือเมืองแอนต์เวิร์ป ซึ่งเป็นสถานที่ในการจัดการเพชรหยาบถึง 80% เพชรเจียระไน 50% และเพชรทุกประเภทที่รวมทั้งเพชรหยาบ, เจียระไน และเพชรอุตสาหกรรมมากกว่า 50% จึงทำให้แอนต์เวิร์ปกลายเป็น “เมืองหลวงเพชรโลก” โดยพฤตินัย อีกทั้งยังเป็นที่ตั้งของแอนต์เวิร์ปเชอเดียมันต์คริง (Antwerpsche Diamantkring) ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1929 เพื่อเป็นตลาดซื้อขายเพชรดิบโดยเฉพาะแห่งแรกและแห่งที่ใหญ่ที่สุดในโลก ศูนย์กลางการค้าเพชรที่สำคัญอีกแห่งคือนครนิวยอร์ก ซึ่งเป็นที่ขายเพชรกว่า 80% ของโลก รวมถึงการประมูลเพชรด้วย
บริษัทเดอเบียร์ส (De Beers) ในฐานะบริษัทเหมืองเพชรที่ใหญ่ที่สุดในโลก ครองตำแหน่งผู้นำในอุตสาหกรรมนี้มาอย่างยาวนาน และเริ่มมีอำนาจเหนือวงการตั้งแต่ไม่นานหลังจากการก่อตั้งในปี ค.ศ. 1888 โดยนักธุรกิจชาวอังกฤษนามว่าเซซิล โรดส์ (Cecil Rhodes) ในปัจจุบันนี้เดอเบียร์สเป็นผู้ดำเนินการเหมืองเพชรและเครือข่ายการกระจายเพชรคุณภาพอัญมณีที่ใหญ่ที่สุดในโลก บริษัทลูกของเดอเบียร์สที่ใช้ชื่อว่าเดอะไดมอนด์เทรดดิงคอมพานี (Diamond Trading Company – DTC) ทำหน้าที่ในการทำการตลาดและจำหน่ายเพชรดิบจากเหมืองที่เดอเบียร์สเป็นผู้ดำเนินการ โดยเดอเบียร์สและบริษัทย่อยเป็นเจ้าของเหมืองที่ผลิตเพชรราว 40% ของปริมาณการผลิตเพชรในโลกต่อปี ในช่วงศตวรรษที่ 20 กว่า 80% ของเพชรดิบทั่วโลกต้องผ่านมือเดอเบียร์ส แต่ระหว่างปี ค.ศ. 2001–2009 สัดส่วนนี้ลดลงเหลือประมาณ 45% และภายในปี ค.ศ. 2013 ส่วนแบ่งการตลาดของบริษัทลดลงเหลือเพียงประมาณ 38% ในเชิงมูลค่า และน้อยกว่านั้นหากวัดตามปริมาณ นอกจากนี้ ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ถึงต้นทศวรรษ 2000 เดอเบียร์สได้ขายเพชรในสต็อกจำนวนมหาศาลที่สะสมไว้ออกไปเกือบทั้งหมด โดยเพชรที่เหลืออยู่ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นเพียง “สต็อกเพื่อการดำเนินงาน” (เพชรที่อยู่ในขั้นตอนการคัดแยกก่อนการจำหน่าย) เรื่องนี้ได้รับการบันทึกและเผยแพร่ในสื่อมวลชนอย่างกว้างขวางในขณะนั้น แต่กลับเป็นข้อมูลที่ไม่เป็นที่รู้จักนักในหมู่คนทั่วไป 
ศัพท์มูลวิทยา, การใช้งานยุคแรก และการค้นพบองค์ประกอบ.
คำว่า เพชร ในภาษาไทย มาจาก वज्र (วชฺร) ในภาษาสันสกฤต หมายถึง สายฟ้า หรืออัญมณีชนิดนี้ก็ได้ ส่วนในภาษาอังกฤษ "diamond" มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกโบราณ "αδάμας" "(adámas)" ซึ่งมีความหมายว่า "สมบูรณ์" "เปลี่ยนแปลงไม่ได้" "แข็งแกร่ง" "กล้าหาญ" มาจาก ἀ- (a-) มีความหมายว่า "ไม่-" + "δαμάω" ("damáō"), "เอาชนะ" "ขี้ขลาด" ภายหลังได้แผลงเป็น adamant, diamaunt, diamant และ diamond ในที่สุด
เพชรมีการกล่าวถึงและทำเหมืองเพชรครั้งแรกในประเทศอินเดีย โดยเฉพาะชั้นหินที่เกิดจากการทับถมของตะกอนน้ำพาเป็นเวลาหลายศตวรรษตามแม่น้ำเพนเนอร์ กฤษณะ และ โคธาวารี เพชรเป็นที่รู้จักในประเทศอินเดียมาไม่น้อยกว่า 3,000 ปีแต่ไม่เกิน 6,000 ปี
อัญมณีเพชรกลายเป็นสิ่งมีค่าเมื่อมีการนำไปใช้เป็นรูปเคารพทางศาสนาในอาณาจักรอินเดียโบราณ นอกจากนี้ ยังมีการใช้งานเพชรเป็นเครื่องมือแกะสลักตั้งแต่สมัยต้นประวัติศาสตร์ของมนุษย์อีกด้วย ความนิยมของเพชรได้เพิ่มขึ้นตั้งแต่คริสต์ศตวรรษที่ 19 เนื่องจากอุปทานที่เพิ่มขึ้น เทคนิคการตัดและขัดเกลาที่ดีขึ้น การเติบโตของเศรษฐกิจโลก และการปฏิรูปและความสำเร็จของการโฆษณาเผยแพร่
ในปี ค.ศ. 1772 อ็องตวน ลาวัวซีเยได้ใช้แว่นขยายรวมรังสีดวงอาทิตย์ไปบนเพชรในบรรยากาศที่มีแต่ออกซิเจน ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้มีเพียงแต่คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นการพิสูจน์ว่าเพชรเป็นองค์ประกอบของคาร์บอน ต่อมาในปี ค.ศ. 1797 สมิทสัน เท็นแนนต์ (Smithson Tennant) ได้ทำซ้ำและเพิ่มเติมการทดลองนี้ โดยแสดงให้เห็นว่าการเผาไหม้เพชรและกราไฟท์จะปลดปล่อยก๊าซที่มีองค์ประกอบเดียวกัน สมิทสันได้สร้างสมดุลสมการเคมีของสารเหล่านี้ขึ้นมา
การใช้งานเพชรส่วนมากในปัจจุบันเป็นการใช้ในเชิงอัญมณีซึ่งใช้ทำเครื่องประดับ การใช้งานในลักษณะนี้สามารถนับย้อนไปได้ถึงในสมัยโบราณ การกระจายของแสงขาวในสเปกตรัมสีเป็นลักษณะพื้นฐานทางด้านอัญมณีวิทยาของอัญมณีเพชร ในคริสต์ศตวรรษที่ 20 ผู้เชี่ยวชาญในด้านอัญมณีวิทยาได้พัฒนาวิธีแบ่งระดับของเพชรและอัญมณีชนิดอื่นบนพื้นฐานของลักษณะที่สำคัญในเชิงมูลค่าของอัญมณี 4 ลักษณะหรือที่รู้จักกันในชื่อ "4 ซี" ถูกใช้เป็นพื้นฐานการบ่งชี้ของเพชร ประกอบด้วย "กะรัต (carat)" "การตัด (cut)" "สี (color)" และ "ความสะอาด (clarity)" เพชรไม่มีตำหนิที่มีขนาดใหญ่ที่สุดรู้จักกันในชื่อ พารากอน