천연 다이아몬드의 형성

천연 다이아몬드는 지하 130km 이상의 깊은 곳에서 형성되며, 그 생성 시기는 일반적으로 24억 년에서 32억 년 전 사이로 추정되지만, 짧게는 6천만 년 전에 형성된 것도 있습니다. 다이아몬드는 독특한 정육면체 결정 구조를 가지며, 각 탄소 원자는 다른 네 개의 탄소 원자와 강하게 결합되어 있어, 현재까지 알려진 가장 단단한 천연 물질입니다. 또한 열전도성이 뛰어나고,  화학 약품에 대한 저항성이 강하며, 높은 투명도를 가지고 있습니다. 다이아몬드가 형성되기 위해서는 지하에서 섭씨 900-1300도, 압력은 45,000-60,000기압이라는 극한 조건이 필요합니다. 지표 아래 탄소를 포함한 환경이 이 조건을 충족할 경우, 다이아몬드는 생성될 수 있습니다. 지각이 안정적일 경우, 높은 압력에서 온도가 너무 높지 않아 다이아몬드 형성에 유리한 조건이 됩니다. 퇴적암 내에 메탄이나 탄산칼슘이 포함되어 있을 경우, 이러한 물질이 분해되어 다이아몬드가 침전될 수 있으며, 이 다이아몬드들은 때때로 상승하는 알칼리성 마그마에 의해 지표면까지 운반됩니다. 이러한 마그마는 이산화탄소 및 수증기와 같은 다량의 기체를 포함하고 있어 매우 빠르게 이동할 수 있으며(시속 10-30km),지표면 근처에 이르면 상승 속도가 음속에 근접할 정도로 빠르게 치솟을 수 있습니다.

압력이 낮아지면 다이아몬드는 흑연으로 전환될 수 있지만, 용암이 지표면에서 충분히 빠르게 냉각되면, 다이아몬드는 마치 「얼어붙듯」 보존될 수 있습니다. 용암이 지표 가까이에 도달하면, 압력 저하로 인해 팽창하면서 위쪽이 넓고 아래쪽이 좁은 나팔 모양의 암주를 형성하게 됩니다. 이러한 암주에서 발견되는 광물은 매우 특이하며, 예를 들어 고압 환경에서만 생성되는 석류석(Garnet)은 크롬이 풍부한 피로프(Cr-Pyrope) 또는 티타늄 함유 피로프(Ti-Pyrope) 등의 형태로 존재합니다. 이러한 암주는 킴벌라이트(Kimberlite) 또는 람프로아이트(Lamproite)라 불리며, 표면층은 풍화되어 노란색(Yellow Ground)을 띠고, 깊은 곳의 원래 암석은 푸른색(Blue Ground)을 띠는 원생 광상입니다. 킴벌라이트는 고대의 안정된 대륙 지괴(Continental Shield) 깊은 곳에서만 발생합니다. 이 대륙 지괴 아래는 온도가 낮은 편이며, 지하 맨틀이(Mantle) 대류할 때,  그 위의 대륙 지각이 찢어지는 현상이 발생할 수 있고, 이때 깊은 곳의 용암이 급격히 상승하여 지하 깊숙이 존재하던 다이아몬드를 지표면까지 빠르게 운반합니다. 하지만, 용암이 너무 천천히 냉각되면, 저압 상태에서 고온에 노출된 다이아몬드는 다시 흑연으로 변해버릴 수 있습니다. 반면, 용암이 작고 얇을수록 빠르게 냉각되며, 그로 인해 다이아몬드를 포함한 암주로 고정될 수 있습니다. 전 세계적으로도 이처럼 다이아몬드를 포함한 특수한 심성암주의 노출은 특정한 지역에서만 발견됩니다.

Kimberlite 암주가 지표에 노출되어 풍화되면, 그 안에 있던 다이아몬드는 빗물에 의해 씻겨 나가 하천 바닥에 퇴적됩니다. 산홍수가 발생하면 이러한 다이아몬드들은 강 하류로 흘러가며, 결국 강어귀에서 강가의 모래와 진흙에 섞여 발견될 수 있습니다. 지구의 대륙은 원래 하나의 커다란 초대륙이었으며, 그 당시 인도는 남아프리카의 동쪽, 브라질은 남아프리카의 서쪽에 인접해 있었습니다. 남아프리카의 킴벌라이트에서 유래한 다이아몬드는 한때 인도의 저지대(현재의 Deccan Plateau)와 브라질의 평원(현재의 Jequitinhonha River)으로 퍼져 있었습니다. 약 1억 년 전, 대륙이 분열되어 표류하기 시작하면서 많은 다이아몬드가 해안선을 따라 바닷물에 의해 이동되어 오늘날의 서남아프리카 해변과 같은 지역의 모래사장에 퇴적되었습니다. 인류가 최초로 발견한 다이아몬드들은 대부분 이러한 유동 퇴적 다이아몬드 였습니다. 인도와 브라질에서는 매우 일찍부터 다이아몬드가 발견되었지만, 사실 이들 대부분은 남아프리카에서 기원한 것입니다. 남아프리카에서는 하천 바닥에서 발견된 다이아몬드의 흔적을 따라가 그 근원을 거슬러 올라가 원천 암주를 추적해내는 방식으로 본격적인 다이아몬드 광산이 개발되었습니다.

희소한 다이아몬드는 주로 두 가지 화성암에서 발견됩니다. 하나는 감람암(Peridotite)이고, 다른 하나는 에클로자이트(Eclogite)입니다. 이 두 암석은 모두 지표 아래 120~200km 깊이의 맨틀층에 존재하며, 지속적으로다이아몬드를 구성하는 탄소 원소를 방출합니다.생성된 다이아몬드는 적절한 시기에  kimberlite와 lamproite를 통해, 상승 작용에 의해 지표로 운반됩니다.  다이아몬드 탐사자들은 바로 이 두 종류의 암석인 kimberlite와 lamproite를   단서로 삼아 다이아몬드 광맥을 찾아냅니다. 천연 다이아몬드는 주로 Kimberlite의 모암에서 채굴됩니다.  하지만 그 안에 포함된 다이아몬드의 양은 매우 희소합니다.  보통 수 톤의 광석을 분쇄해야만 1캐럿(1/5 그램)의 다이아몬드를 얻을 수 있습니다.게다가 대부분의 천연 다이아몬드는 품질이 좋지 않아, 산업용 초경 연마재로만 사용됩니다.   보석으로 연마될 수 있는 다이아몬드 원석은 전체 천연 다이아몬드 생산량의 약 10%에 불과합니다.