ほとんどの天然ダイヤモンドは、炭素を含む流体や溶融物が適切な圧力、温度、酸素欠乏の化学条件と出会う地球のマントルで結晶化します。古代大陸の冷たく厚い根部では、炭素がダイヤモンド安定領域に入り、ダイヤモンドの特徴である剛直な立方格子を形成します。

宝石用ダイヤモンドの大部分は、クラトンのマントルキールの表面下約150～250 kmで形成されるリソスフェリックダイヤモンドです。より小さいが科学的に重要なグループである超深部ダイヤモンドは、遷移層や下部マントルのはるかに深い場所で形成されます。これらの石は、人間が直接サンプリングできない領域からの希少なメッセンジャーです。

ダイヤモンドの成長はペリドタイトまたはエクロジャイト環境で起こり得ます。沈み込みによって導入される炭素豊富な流体や、マントル岩石を通過する炭酸塩を含む溶融物が飽和し、ダイヤモンドを沈殿させることがあります。したがって、この鉱物は単なる宝石ではなく、地球内部を通る炭素移動の記録でもあります。

ダイヤモンドは主に希少で揮発性の多い火山岩であるキンバーライト、そして一部の環境ではランプロイトによって地表に到達します。これらのマグマは古代大陸地域の下にあるマントル源を掘り起こし、垂直またはニンジン型のパイプを通って急速に上昇します。急速な上昇が不可欠で、輸送が遅すぎるとダイヤモンドは再溶解、変質、または地質的な完全性を失う可能性が高まります。

記録された歴史の中でキンバーライトの噴火が直接目撃されたことはなく、科学者たちはパイプ、ブレッチャ、火山のテクスチャー、実験、モデリングからその挙動を再構築しています。明らかなのは、ダイヤモンドを含む噴火は異常で激しく、地質学的に速いということです。

多くのダイヤモンドは非常に古く、通常10億〜35億年の範囲にあります。これらの年代は通常、Rb–Sr、Sm–Nd、Re–Osなどのシステムを用いた鉱物インクルージョンの年代測定によって間接的に決定されます。これらのインクルージョンは、マントルのメタソマティズム、クラトンの進化、沈み込みに関連した炭素循環に結びつくダイヤモンド成長のエピソードを明らかにします。

インクルージョンは、ダイヤモンドの内部に保護されていなければ表面で不安定な鉱物も保存できます。その保護により、ダイヤモンドは科学的なカプセルとなり、深部地球の断片を硬く透明な殻で封じ込めます。

ダイヤモンドの種類は微量元素、構造欠陥、変形、放射線曝露、成長環境、結晶集合によって形作られる。宝石学者は窒素とホウ素の含有量を記述するためにダイヤモンドタイプシステムを使用し、色の評価では通常の無色から淡色の範囲とファンシーカラー石を区別する。

最も視覚的に印象的なダイヤモンドは、単なる不純物だけでなく、格子内の正確な欠陥によって色が生じることが多い。青色ダイヤモンドはホウ素に関連し、多くの黄色ダイヤモンドは窒素に、ピンクや赤のダイヤモンドは塑性変形に、緑色ダイヤモンドは放射線関連の空孔中心に結びついている。

実験室で育成されたダイヤモンドは天然ダイヤモンドと同じ基本的な化学組成と結晶構造を持ちます：ダイヤモンド格子に配列された炭素です。違いは起源にあります。天然ダイヤモンドは地球のマントルで成長し、実験室育成ダイヤモンドは制御された技術環境で結晶化します。

二つの主要な成長方法が支配的です。HPHT成長は高圧高温を用いて、マントルの安定性の側面を模倣した条件下で炭素からダイヤモンドを結晶化させます。CVD成長は炭素を含むガス、一般的にはメタンと水素のプラズマから炭素を原子単位でダイヤモンドの種板に堆積させます。