Kim cương
Nguồn gốc > Sự hình thành

Kim cương được tạo thành từ những khoáng vật có chứa carbon 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 lực 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.
Kim cương không có nguồn gốc từ bề mặt Trái đất. Thay vào đó chúng hình thành ở nhiệt độ cao và áp lực xảy ra trong lớp vỏ Trái Đất khoảng 100 dặm bên dưới bề mặt của Trái đất.
Hầu hết những viên kim cương được phát hiện đã được chuyển đến bề mặt Trái đất do các vụ phun trào núi lửa từ sâu trong lòng đất. Những vụ phun trào này bắt đầu trong lớp phủ vỏ trái đất (mantle), và trên đường đi lên, chúng xé ra những mảnh đá lớp phủ đưa những viên kim cương lên bè.
Những khối này từ lớp phủ được gọi là xenoliths. Chúng chứa những viên kim cương được hình thành ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của lớp phủ.
Người ta tìm kiếm kim cương bằng cách khai thác đá có chứa xenoliths hoặc bằng cách khai thác đất và trầm tích hình thành khi đá chứa kim cương cuốn trôi lên bề mặt trong quá trình lớp vỏ trái đất thay đổi theo thời gian.
Một số viên kim cương được cho là hình thành trong điều kiện nhiệt độ / áp suất cao của vùng hút chìm hoặc vị trí va chạm của tiểu lục địa. Một số được chuyển đến Trái đất trong các thiên thạch. Tuy nhiên, cho đến hiện nay không có mỏ kim cương thương mại nào được phát triển có nguồn gốc này.
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 nickel, cobalt, sắt và tùy theo mạng tinh thể carbon 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.