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ダイヤモンドは、炭素原子がダイヤモンド立方構造と呼ばれる結晶構造で配列された鉱物形態です。ダイヤモンドは無味無臭で、丈夫で脆い固体であり、電気伝導性が低く、純粋な状態では無色で、水に溶けません。グラファイトとして知られる別の炭素の固体形態は、室温・常圧下で化学的に安定な炭素の形態ですが、ダイヤモンドは準安定であり、これらの条件下ではごくわずかな速度でグラファイトに変化します。ダイヤモンドは、あらゆる天然物質の中で最も高い硬度と熱伝導率を持ち、これらの特性は切削工具や研磨工具など、主要な産業用途に利用されています。
ダイヤモンドの原子配列は非常に厳密であるため、不純物の種類は限られています（例外として、ホウ素と窒素があります）。格子原子100万個あたり約1個程度のごく少数の欠陥や不純物によって、ダイヤモンドは青（ホウ素）、黄（窒素）、茶（欠陥）、緑（放射線照射）、紫、ピンク、オレンジ、または赤に着色されます。また、ダイヤモンドは非常に高い屈折率と比較的高い光分散性を持っています。
天然ダイヤモンドのほとんどは、10 億年から35 億年前のものです。その多くは、地球のマントルの深さ150～250キロメートル（93～155マイル）で形成されましたが、中には800キロメートル（500マイル）もの深さから来たものもあります。高圧・高温下で、炭素を含む流体が様々な鉱物を溶解し、ダイヤモンドに置き換えました。さらに最近（数億年から数千万年前）、火山噴火によって地表に運ばれ、キンバーライトやランプロアイトと呼ばれる火成岩の中に堆積しました。
合成ダイヤモンドは、高純度炭素を高圧・高温下で成長させるか、炭化水素ガスを化学気相成長法（CVD）で成長させることによって作製できる。天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドの区別は、一般的に光学的手法または熱伝導率測定によって行われる。
ダイヤモンドという名前は、古代ギリシャ語のἀδάμας ( adámas )、「適切な、不変の、壊れない、飼いならされていない」に由来し、ἀ- ( a- )、「～でない」 +古代ギリシャ語のδαμάω ( damáō )、「圧倒する、飼いならす」から成ります。[ 5 ]ダイヤモンドは、インドで最初に認識され採掘されたと考えられており、何世紀も前にペナー川、クリシュナ川、ゴダヴァリ川沿いに、この石の大きな沖積鉱床が見つかりました。インドでは、少なくとも 3,000年、おそらく 6,000年前からダイヤモンドが知られていました。[ 6 ]
ダイヤモンドは古代インドで宗教的な象徴として使われて以来、宝石として珍重されてきました。彫刻道具としての使用も人類の歴史の初期に遡ります。[ 7 ] [ 8 ]ダイヤモンドの人気は、供給量の増加、カットと研磨技術の向上、世界経済の成長、革新的で成功した広告キャンペーンにより、19世紀以降上昇しました。[ 9 ]
1772年、フランスの科学者アントワーヌ・ラヴォアジエはレンズを使って酸素雰囲気中のダイヤモンドに太陽光線を集中させ、燃焼生成物は二酸化炭素のみであることを示し、ダイヤモンドが炭素で構成されていることを証明した。[ 10 ]その後、1797年にイギリスの化学者スミソン・テナントはこの実験を繰り返し、さらに発展させた。[ 11 ]ダイヤモンドとグラファイトを燃焼させると同量のガスが発生することを実証することで、彼はこれらの物質の化学的等価性を確立した。[ 12 ]
ダイヤモンドは、原子が結晶状に配列した純粋な炭素の固体形態です。固体炭素は、化学結合の種類に応じて同素体と呼ばれるさまざまな形態をとります。純粋な炭素の最も一般的な同素体は、ダイヤモンドとグラファイトです。グラファイトでは、結合はsp 2軌道混成であり、原子は平面を形成し、それぞれが120度離れた3つの最近接原子と結合しています。ダイヤモンドでは、結合はsp 3であり、原子は四面体を形成し、それぞれが4つの最近接原子と結合しています。[ 13 ] [ 14 ]四面体は剛性があり、結合は強く、既知のすべての物質の中で、ダイヤモンドは単位体積あたりの原子数が最も多く、そのため最も硬く、最も圧縮されにくいのです。[ 15 ] [ 16 ]また、密度も高く、天然ダイヤモンドでは立方メートルあたり 3150 ～ 3530 キログラム (水の密度の 3 倍以上)、純粋なダイヤモンドでは 3520 kg/m 3です。[ 3 ]グラファイトでは、最近接原子間の結合はさらに強いですが、平行な隣接面間の結合は弱いため、面が互いに滑りやすくなります。そのため、グラファイトはダイヤモンドよりもはるかに柔らかいです。しかし、結合が強いため、グラファイトは燃えにくくなっています。[ 17 ]
ダイヤモンドは、その優れた物理的特性から、多くの用途に採用されています。熱伝導率と音速は最高です。接着力と摩擦力が低く、熱膨張係数も極めて低いです。遠赤外線から深紫外線まで光透過性が高く、光分散性も高いです。また、電気抵抗も高いです。化学的に不活性で、ほとんどの腐食性物質と反応せず、生体適合性も優れています。[ 18 ]
グラファイトとダイヤモンド間の相転移における平衡圧力と温度条件は、理論的にも実験的にも十分に確立されている。平衡圧力は温度に対して線形に変化し、1.7 GPa 0 Kと12 GPaで5000 K（ダイヤモンド/グラファイト/液体三重点）。[ 20 ] [ 21 ]ただし、この線付近には相が共存できる広い領域があります。標準温度と圧力、20 °C（293 K）と1標準気圧（0.10 MPa）では、炭素の安定相はグラファイトですが、ダイヤモンドは準安定であり、原子がより低いエネルギー状態に到達するために乗り越えなければならない大きな運動エネルギー障壁があり、[ 22 ]グラファイトへの変換速度は無視できるほど小さく、その時間スケールは数百万年から数十億年です。[ 16 ] [ 22 ]ただし、約5000 K以上の温度では、 4500 Kでは、ダイヤモンドは急速にグラファイトに変化する。実験では、 H 2 Oの存在下では、ダイヤモンドは中間的な線状炭素相を経由することがわかっている。[ 23 ]
グラファイトからダイヤモンドへの急速な変換には、平衡線をはるかに超える圧力が必要です。2000 K、圧力35 GPa（約350,000標準気圧）が必要である。[ 20 ]
グラファイト-ダイヤモンド-液体炭素の三重点より上では、ダイヤモンドの融点は圧力の増加とともにゆっくりと上昇するが、数百GPaの圧力では低下する。[ 24 ]高圧下では、シリコンとゲルマニウムはBC8体心立方結晶構造を持ち、高圧下では炭素も同様の構造を持つと予測されている。0 Kでは、遷移は1100 GPa。[ 25 ]
2010年にNature Physicsに掲載された結果によると、超高圧・高温（約1000 万気圧または1 TPa、50,000 °C）では、ダイヤモンドは金属流体に溶ける。このような現象が起こるのに必要な極限条件は、氷の巨大惑星である海王星と天王星に存在し、どちらも炭素が約10パーセントを占めており、理論的には液体炭素の海が存在する可能性がある。大量の金属流体は磁場に影響を与える可能性があるため、これが2つの惑星の地理極と磁極が一致しない理由を説明できるかもしれない。[ 26 ] [ 27 ]
ダイヤモンドの最も一般的な結晶構造は、立方晶ダイヤモンドと呼ばれています。これは、単位セルが積み重なってできています。図には 18 個の原子がありますが、各角の原子は 8 つの単位セルで共有され、面の中心にある各原子は 2 つの単位セルで共有されるため、単位セルあたり合計 8 個の原子があります。[ 28 ]単位セルの各辺の長さはaで表され、3.567オングストロームです。[ 29 ]
ダイヤモンド格子における最近接原子間距離は 1.732 a /4 であり、ここでaは格子定数で、通常はオングストロームで表され、a = 3.567 Å、つまり 0.3567 nm です。
ダイヤモンドの立方格子は、立方格子の対角線に沿って1/4だけずらされた 2 つの面心立方格子が相互に貫入しているもの、または各格子点に 2 つの原子が関連付けられている1つの格子と考えることができます。 [ 29 ] < 1 1 1 >結晶学的方向から見ると、繰り返し ABCABC ... パターンで積み重ねられた層で構成されています。ダイヤモンドは ABAB ... 構造も形成することができ、これは六方晶ダイヤモンドまたはロンズデーライトとして知られていますが、これははるかにまれで、立方炭素とは異なる条件下で形成されます。[ 30 ]
ダイヤモンドは、最も一般的には、正八面体または丸みを帯びた八面体、およびマクルと呼ばれる双晶八面体として産出されます。ダイヤモンドの結晶構造は原子が立方体状に配列しているため、立方体、八面体、菱形二十面体、四面体六面体、または二面体十二面体に属する多くの面があります。結晶は丸みを帯びた不明瞭なエッジを持ち、細長く伸びている場合があります。ダイヤモンド（特に結晶面が丸みを帯びたもの）は、一般的に不透明なゴム状の皮膜であるnyfで覆われています。 [ 31 ]
ダイヤモンドの中には不透明な繊維を含むものがある。繊維が透明な基質から成長している場合は不透明、結晶全体を覆っている場合は繊維状と呼ばれる。色は黄色から緑または灰色まで様々で、時には雲のような白から灰色の不純物が混入していることもある。最も一般的な形状は立方体だが、八面体、十二面体、マクル、または複合形状を形成することもある。構造は1～5ミクロンの大きさの多数の不純物によって形成される。これらのダイヤモンドはおそらくキンバーライトマグマ中で形成され、揮発性物質を取り込んだと考えられる。[ 32 ]
ダイヤモンドは多結晶集合体を形成することもあります。ボアート、バラス、スチュワート石、フレームサイトなどの名称でグループに分類する試みがありましたが、広く受け入れられている基準はありません。[ 32 ]カルボナードは、ダイヤモンド粒子が焼結（熱と圧力を加えることで溶融せずに融合）したタイプで、黒色で単結晶ダイヤモンドよりも靭性があります。[ 33 ]火山岩ではこれまで観察されたことがありません。その起源については、星での形成など多くの理論がありますが、合意はありません。[ 32 ] [ 34 ] [ 35 ]
ダイヤモンドは、定性的なモース硬度スケールでは最も硬い物質です。定量的なビッカース硬度試験を行うには、標準化された寸法のピラミッドで既知の力を用いて材料のサンプルを叩きます。ピラミッドにはダイヤモンド結晶が使用され、幅広い材料を試験することができます。結果として生じる圧痕の大きさから、材料のビッカース硬度値を決定できます。ダイヤモンドが他の物質に比べて非常に硬いことは古代から知られており、その名前の由来となっています。これは、ダイヤモンドが無限に硬い、破壊不可能、または傷がつかないという意味ではありません。[ 36 ]実際、ダイヤモンドは他のダイヤモンドによって傷がつく可能性があり[ 37 ] 、ビニール製のレコードのような柔らかい物質によっても時間の経過とともに摩耗します。[ 38 ]
ダイヤモンドの硬度は、その純度、結晶の完全性、および配向に依存します。硬度は、<111>方向（立方晶ダイヤモンド格子の最長対角線に沿った方向）に配向した、欠陥のない純粋な結晶の方が高くなります。[ 39 ]したがって、窒化ホウ素などの他の材料で一部のダイヤモンドに傷をつけることは可能かもしれませんが、最も硬いダイヤモンドは、他のダイヤモンドやナノ結晶ダイヤモンド集合体でのみ傷をつけることができます。
ダイヤモンドの硬度は、宝石としての適性を高める要因の一つです。ダイヤモンドは他のダイヤモンド以外では傷がつかないため、その輝きを非常に長く保ちます。他の多くの宝石とは異なり、傷がつきにくいため日常使いにも適しており、婚約指輪や結婚指輪など、毎日身に着けることが多い指輪に好んで用いられる宝石として人気が高い理由の一つと言えるでしょう。
最も硬い天然ダイヤモンドは、主にオーストラリアのニューサウスウェールズ州ニューイングランド地域にあるコペトンとビンガラの産地から産出されます。これらのダイヤモンドは一般的に小さく、完全または半完全な八面体で、他のダイヤモンドの研磨に使用されます。その硬度は、単段階結晶成長である結晶成長形態に関連しています。他のほとんどのダイヤモンドは、複数の成長段階の証拠が多く見られ、結晶格子内にインクルージョン、欠陥、および欠陥面が生成され、これらすべてが硬度に影響を与えます。通常のダイヤモンドを高圧と高温の組み合わせで処理することで、硬度計で使用されるダイヤモンドよりも硬いダイヤモンドを生成することが可能です。[ 40 ]
ダイヤモンドはガラスを切断しますが、これはダイヤモンドを確実に識別するものではありません。なぜなら、石英などの他の物質もモース硬度スケールでガラスより上位にあり、ガラスを切断できるからです。ダイヤモンドは他のダイヤモンドを傷つけることができますが、これは一方または両方の石に損傷を与える可能性があります。硬度テストは、破壊的な性質を持つ可能性があるため、実用的な宝石学ではあまり使用されません。[ 41 ]ダイヤモンドの極めて高い硬度と高い価値は、宝石が通常、他のほとんどの宝石の場合よりも細心の注意を払い、伝統的な技術を使用してゆっくりと研磨されることを意味します。[ 12 ]これにより、非常に平坦で高度に研磨されたファセットと非常に鋭いファセットエッジが得られる傾向があります。ダイヤモンドはまた、極めて高い屈折率とかなり高い分散を持っています。これらの要因が総合的に研磨されたダイヤモンドの全体的な外観に影響を与え、ほとんどのダイヤモンド商は今でもルーペ（拡大鏡）の熟練した使用に頼って「目視」でダイヤモンドを識別しています。 [ 42 ]
硬度と多少関連があるのが、もう 1 つの機械的特性である靭性です。靭性とは、材料が強い衝撃による破壊に耐える能力のことです。天然ダイヤモンドの靭性は 50～65 MPa ·m 1/2と測定されています。[ 43 ] [ 44 ]この値は他のセラミック材料と比較すると良好ですが、通常 80 MPa·m 1/2を超える靭性を示すエンジニアリング合金などのほとんどのエンジニアリング材料と比較すると劣っています。他の材料と同様に、ダイヤモンドの巨視的な形状は、破壊に対する抵抗に寄与します。ダイヤモンドには劈開面があり、そのため、ある方向では他の方向よりも脆くなります。ダイヤモンドカッターは、ファセットを付ける前に一部の石を劈開するためにこの特性を利用します。[ 45 ]「衝撃靭性」は、合成工業用ダイヤモンドの品質を測定する主要な指標の 1 つです。
ダイヤモンドの圧縮降伏強度は130～140 GPaである。[ 46 ]この非常に高い値に加え、ダイヤモンドの硬度と透明性から、ダイヤモンドアンビルセルは高圧実験の主要なツールとなっている。[ 47 ]これらのアンビルは、600 GPa。[ 48 ]ナノ結晶ダイヤモンドでは、さらに高い圧力が可能かもしれない。[ 47 ] [ 48 ]
通常、バルクダイヤモンド結晶を引張や曲げによって変形させようとすると、脆性破壊が生じます。しかし、単結晶ダイヤモンドがマイクロ/ナノスケールのワイヤーや針（ 直径約100～300ナノメートル、長さ数マイクロメートル）の形をしている場合、破壊することなく最大9～10パーセントの引張歪みまで弾性的に伸ばすことができ、[ 49 ]最大局所引張応力は約89～98 GPaで、[ 50 ]この材料の理論的限界に非常に近い値です。[ 51 ]
半導体としての利用など、他の特殊な用途も存在または開発中である。ほとんどのダイヤモンドは優れた電気絶縁体であるのに対し、一部のブルーダイヤモンドは天然の半導体である。導電性と青色はホウ素不純物に由来する。ホウ素はダイヤモンド格子中の炭素原子を置換し、価電子帯に正孔を供給する。[ 52 ]
化学気相成長法で成長させた名目上無添加のダイヤモンドでは、かなりの導電性が一般的に観察される。この導電性は、表面に吸着した水素関連種に関連しており、アニーリングやその他の表面処理によって除去することができる。[ 53 ] [ 54 ]
ダイヤモンドの細い針は、選択的な機械的変形によって、通常の5.6 eVからほぼゼロまで電子バンドギャップを変化させることができる。 [ 55 ]
直径5cmの高純度ダイヤモンドウェハは、 一方向には完全な抵抗、もう一方向には完全な導電を示し、量子データストレージへの応用が期待される。この材料は窒素をわずか3ppmしか含まない。ダイヤモンドは段差のある基板上に成長させたため、クラックの発生が抑制された。[ 56 ]
ダイヤモンドは本来親油性かつ疎水性であり、つまりダイヤモンドの表面は水で濡れることはないが、油では簡単に濡れて付着する。この性質は、合成ダイヤモンドを作る際に油を使ってダイヤモンドを抽出するために利用できる。しかし、ダイヤモンドの表面を特定のイオンで化学的に修飾すると、人間の体温で複数の氷の層を安定させるほど親水性になると予想される。[ 57 ]
ダイヤモンドの表面は部分的に酸化されている。酸化された表面は、水素気流下での熱処理によって還元することができる。つまり、この熱処理によって酸素を含む官能基が部分的に除去される。しかし、ダイヤモンド（sp 3 C）は、大気圧下で高温（約400 °C（752 °F）以上）に対して不安定である。この温度を超えると、構造は徐々に sp 2 C に変化する。したがって、ダイヤモンドはこの温度以下で還元する必要がある。[ 58 ]
ダイヤモンドは室温では、強酸や強塩基を含むいかなる化学試薬とも反応しない。
純酸素雰囲気中では、ダイヤモンドの発火点は690 °C (1,274 °F)から840 °C (1,540 °F)の範囲で、結晶が小さいほど燃えやすくなります。温度は赤熱から白熱へと上昇し、淡い青色の炎で燃え、熱源が取り除かれた後も燃え続けます。対照的に、空気中では、酸素が窒素で希釈されているため、熱が取り除かれるとすぐに燃焼が止まります。透明で傷のないダイヤモンドは完全に二酸化炭素に変化し、不純物は灰として残ります。[ 59 ]ダイヤモンドをカットする際に発生する熱ではダイヤモンドは発火しません。 [ 60 ]タバコのライターでも発火しません。[ 61 ]しかし、家庭の火やバーナーは十分に高温です。宝石職人は、ダイヤモンドリングに金属を成形する際に注意する必要があります。[ 62 ]
適切な粒径（約50 ミクロン）のダイヤモンド粉末は、炎で点火すると火花を噴き出しながら燃焼する。そのため、合成ダイヤモンド粉末をベースとした火工品組成物を調製することができる。発生する火花は、木炭に似た通常の赤橙色であるが、非常に直線的な軌跡を示す。これは、火花の密度が高いためである。[ 63 ]ダイヤモンドは、約700 ℃（1,292 °F）以上でフッ素ガスとも反応する。
ダイヤモンドは広いバンドギャップを持ち、5.5 eV は 深紫外波長 225 ナノメートルに相当します。これは、純粋なダイヤモンドは可視光を透過し、透明で無色の結晶として見えることを意味します。ダイヤモンドの色は、格子欠陥と不純物に由来します。ダイヤモンド結晶格子は非常に強く、成長中にかなりの濃度 (原子パーセントまで) でダイヤモンドに導入できるのは、窒素、ホウ素、水素の原子のみです。高圧高温技術による合成ダイヤモンドの成長によく使用される遷移金属であるニッケルとコバルトは、個々の原子としてダイヤモンド中に検出されています。ニッケルの最大濃度は 0.01% [ 64 ]、コバルトの場合はさらに低くなっています。事実上、あらゆる元素をイオン注入によってダイヤモンドに導入することができます。[ 65 ]
窒素は宝石ダイヤモンドに見られる最も一般的な不純物であり、ダイヤモンドの黄色と茶色の原因です。ホウ素は青色の原因です。[ 66 ]ダイヤモンドの色には、さらに 2 つの原因があります。緑色のダイヤモンドの色の原因となる照射 (通常はアルファ粒子による) と、ダイヤモンド結晶格子の塑性変形です。塑性変形は、一部の茶色[ 67 ]およびおそらくピンクと赤色のダイヤモンドの色の原因です。 [ 68 ]希少性の順に、黄色のダイヤモンドの次に茶色、無色、次に青、緑、黒、ピンク、オレンジ、紫、赤となります。[ 45 ]「ブラック」またはカルボナードダイヤモンドは、実際には黒ではなく、宝石に暗い外観を与える多数の暗い内包物を含んでいます。色のついたダイヤモンドには、着色の原因となる不純物または構造欠陥が含まれていますが、純粋なまたはほぼ純粋なダイヤモンドは透明で無色です。ほとんどのダイヤモンドの不純物は、炭素欠陥として知られる結晶格子の炭素原子を置き換えます。最も一般的な不純物である窒素は、存在する窒素の種類と濃度に応じて、わずかな黄色から濃い黄色まで着色します。[ 45 ]米国宝石学会（GIA）は、彩度の低い黄色と茶色のダイヤモンドを通常の色範囲のダイヤモンドに分類し、「D」（無色）から「Z」（淡黄色）までのグレーディングスケールを適用します。彩度の高い黄色のダイヤモンド、またはピンクや青などの異なる色のダイヤモンドは、ファンシーカラーダイヤモンドと呼ばれ、別のグレーディングスケールに分類されます。[ 45 ]
2008年、かつてスペイン国王が所有していた35.56カラット（7.112g ）のブルーダイヤモンド、ヴィッテルスバッハダイヤモンドがクリスティーズのオークションで2400万ドル以上で落札された。[ 69 ] 2009年5月、7.03カラット（1.406g ）のブルーダイヤモンドがオークションで1050万スイスフラン（当時697万ユーロ、または950万ドル）で落札され、ダイヤモンドの1カラット当たりの最高価格を記録した。 [ 70 ]しかし、その記録は同年中に破られた。2009年12月1日、香港で5カラット（1.0g ）の鮮やかなピンクダイヤモンドが1080万ドルで落札された。[ 71 ]
クラリティは、ダイヤモンドの品質を識別するのに役立つ4C（カラー、クラリティ、カット、カラット重量）の1つです。米国宝石学会（GIA）は、ダイヤモンドの販売価値を決定するために11のクラリティスケールを開発しました。GIAクラリティスケールは、フローレス（FL）からインクルーデッド（I）までで、その間にインターナリーフローレス（IF）、ベリーベリースライトリーインクルーデッド（VVS）、ベリースライトリーインクルーデッド（VS）、スライトリーインクルーデッド（SI）があります。天然ダイヤモンドの不純物は、天然の鉱物や酸化物の存在によるものです。クラリティスケールは、10倍の倍率で見える不純物の色、サイズ、位置、およびクラリティの量に基づいてダイヤモンドを等級付けします。[ 72 ]ダイヤモンドのインクルージョンは光学的方法で抽出できます。プロセスは、前処理画像を撮影し、インクルージョン除去部分を特定し、最後にダイヤモンドのファセットとノイズを除去することです。[ 73 ]
天然ダイヤモンドの25%から35%は、目に見えない長波長紫外線や、X線やレーザーなどの高エネルギー放射線源で検査すると、何らかの蛍光を発します。[ 74 ]白熱灯ではダイヤモンドは蛍光を発しません。ダイヤモンドは、青（最も一般的）、オレンジ、黄色、白、緑、そしてごくまれに赤や紫など、さまざまな色で蛍光を発します。原因はよく分かっていませんが、窒素原子の数などの原子構造の変化がこの現象に寄与していると考えられています。
ダイヤモンドは高い熱伝導率（900～2320 W·m −1 ·K −1 ) [ 75 ]それらの高い屈折率も指標となるが、他の材料も同様の屈折率を持つ。
ダイヤモンドは極めて希少で、起源岩石中の濃度はせいぜい10億分の1程度である。[ 32 ] 20世紀以前は、ほとんどのダイヤモンドは沖積堆積物で発見されていた。ルースダイヤモンドは、その大きさや密度の高さから、既存の海岸線や古代の海岸線沿いにも蓄積する傾向がある。[ 76 ] : 149まれに、氷河堆積物（特にウィスコンシン州とインディアナ州）で発見されることもあるが、これらの堆積物は商業的に価値のあるものではない。[ 76 ] : 19これらのタイプの堆積物は、局所的な火成岩の貫入が風化作用を受け、風や水によって運ばれて形成されたものである。[ 77 ]
ほとんどのダイヤモンドは地球のマントルから産出され、このセクションの大部分ではそれらのダイヤモンドについて説明しています。しかし、他の起源もあります。地殻の一部のブロック、つまりテレーンは、地殻が厚くなるにつれて十分に深く埋没し、超高圧変成作用を受けました。これらには、マグマによる運搬の痕跡を示さない均一に分布したマイクロダイヤモンドがあります。さらに、隕石が地面に衝突すると、衝撃波によってマイクロダイヤモンドやナノダイヤモンドが形成されるのに十分な高温と圧力が生じる可能性があります。[ 77 ]衝突型マイクロダイヤモンドは、古代の衝突クレーターの指標として使用できます。[ 78 ]ロシアのポピガイ衝突構造には、小惑星の衝突によって形成された、数兆カラットと推定される世界最大のダイヤモンド鉱床がある可能性があります。[ 79 ]
よくある誤解として、ダイヤモンドは圧縮された石炭から形成されるというものがある。石炭は埋没した先史時代の植物から形成され、年代測定されたダイヤモンドのほとんどは最初の陸上植物よりもはるかに古い。沈み込み帯で石炭からダイヤモンドが形成される可能性はあるが、このように形成されたダイヤモンドはまれであり、炭素源は石炭ではなく、炭酸塩岩や堆積物中の有機炭素である可能性が高い。[ 80 ] [ 81 ]
ダイヤモンドは地球上に均等に分布しているわけではない。クリフォードの法則として知られる経験則によれば、ダイヤモンドはほぼ常に、25億年以上前の典型的な年代を持つ大陸の安定した核であるクラトンの最も古い部分にあるキンバーライトで見つかる。 [ 77 ] [ 82 ]： 314しかし、例外もある。重量ベースで世界最大のダイヤモンド生産地であるオーストラリアのアーガイル・ダイヤモンド鉱山は、造山帯としても知られる移動帯[ 83 ]、圧縮テクトニクスを受けた中央クラトンの周囲の弱いゾーンに位置している。キンバーライトの代わりに、母岩はランプロアイトである。経済的に採算が取れないダイヤモンドを含むランプロアイトは、米国、インド、オーストラリアでも見つかる。[ 77 ]さらに、カナダのスペリオル州のワワベルトのダイヤモンドや日本の島弧のマイクロダイヤモンドは、ランプロファイアと呼ばれる岩石の一種から発見されている。[ 77 ]
キンバーライトは、幅の狭い（1～4メートル）岩脈や岩床、直径約75メートルから1.5 キロメートルのパイプ状の岩石中に見られます。新鮮な岩石は濃い青緑色から緑灰色ですが、露出すると急速に褐色に変色し、崩れやすくなります。[ 84 ]キンバーライトは、スイカほどの大きさの小さな鉱物や岩片（砕屑物）が混ざり合ったハイブリッド岩です。これらは、異種結晶や異種岩石（下部地殻やマントルから運ばれてきた鉱物や岩石）、地表の岩石片、蛇紋石などの変質鉱物、噴火中に結晶化した新しい鉱物の混合物です。組織は深さによって変化します。キンバーライトの組成はカーボナタイトと連続していますが、カーボナタイトは酸素が多すぎるため、炭素が純粋な形で存在することはできません。代わりに、炭素は方解石（Ca C O ）という鉱物に閉じ込められています。3 ) [ 77 ]
ダイヤモンドを含む3つの岩石（キンバーライト、ランプロアイト、ランプロファイア）はいずれも、ダイヤモンドの形成に不適合な特定の鉱物（メリライトとカルシライト）を欠いている。キンバーライトではカンラン石が大きく目立つ一方、ランプロアイトにはチタン金雲母があり、ランプロファイアには黒雲母と角閃石がある。これらはすべて、少量の溶融物から急速に噴出し、揮発性物質と酸化マグネシウムに富み、玄武岩などの一般的なマントル溶融物よりも酸化力が低いマグマから派生したものである。これらの特性により、溶融物は溶解する前にダイヤモンドを地表まで運ぶことができる。[ 77 ]
キンバーライトパイプは発見が難しい。露出後数年以内に急速に風化し、周囲の岩石よりも地形起伏が小さい傾向がある。露頭で確認できたとしても、ダイヤモンドは非常に希少なため、決して目にすることはない。いずれにせよ、キンバーライトは植生、堆積物、土壌、または湖で覆われていることが多い。現代の探査では、航空磁気探査、電気抵抗率測定、重力測定などの地球物理学的探査法が、有望な探査地域を特定するために用いられる。これは、同位体年代測定と地質史のモデリングによってさらに促進される。その後、調査員は現地に行き、キンバーライトの破片や指標鉱物を探してサンプルを採取する必要がある。指標鉱物は、エクロジャイトにおける極端な溶融枯渇や高圧など、ダイヤモンドが形成される条件を反映した組成を持つ。しかし、指標鉱物は誤解を招く可能性があり、より良いアプローチは地質温度圧力測定である。これは、鉱物の組成をマントル鉱物と平衡状態にあるものとして分析する手法である。[ 77 ]
キンバーライトの発見には根気が必要であり、商業的に採算の取れるダイヤモンドを含むものはごくわずかである。1980年頃以降、主要な発見はカナダのみである。既存の鉱山の寿命はわずか25年であるため、将来的に新たな天然ダイヤモンドが不足する可能性がある。[ 77 ]
ダイヤモンドの年代は、放射性同位体の崩壊を利用して包有物を分析することによって決定されます。元素の存在量に応じて、ルビジウムからストロンチウム、サマリウムからネオジム、ウランから鉛、アルゴン40からアルゴン39、またはレニウムからオスミウムへの崩壊を調べることができます。キンバーライトで発見されたダイヤモンドの年代は10億年から35億年までで、同じキンバーライトに複数の年代が存在する場合があり、これはダイヤモンド形成のエピソードが複数回あったことを示しています。キンバーライト自体ははるかに若いものです。ほとんどのキンバーライトの年代は数千万年から3億年ですが、より古い例外もあります（アーガイル、プレミア、ワワ）。したがって、キンバーライトはダイヤモンドとは独立して形成され、ダイヤモンドを地表に運ぶ役割を果たしただけです。[ 32 ] [ 77 ]キンバーライトは、噴火したクラトンよりもはるかに若いものです。古いキンバーライトが存在しない理由は不明だが、マントルの化学組成や地殻変動に何らかの変化があったことを示唆している。人類の歴史上、キンバーライトが噴出したことはない。[ 77 ]
宝石質のダイヤモンドのほとんどは、地殻 の深さ 150～250 kmから産出されます。このような深さは、地殻の最も厚い部分であるマントルキール内のクラトンの下に存在します。これらの領域は、ダイヤモンドの形成を可能にするのに十分な圧力と温度があり、対流がないため、ダイヤモンドはキンバーライト噴火によって採取されるまで数十億年も保管される可能性があります。[ 77 ]
マントルキールの母岩には、ペリドタイトの2種類であるハルツブルガイトとレルゾライトが含まれる。上部マントルで最も優勢な岩石であるペリドタイトは、主にカンラン石と輝石からなる火成岩であり、シリカが少なくマグネシウムが多い。しかし、ペリドタイト中のダイヤモンドは、地表への移動に耐えることはほとんどない。[ 77 ]ダイヤモンドをそのままの状態で保持するもう1つの一般的な供給源は、エクロジャイトである。エクロジャイトは、通常、海洋プレートが沈み込み帯でマントルに沈み込むときに玄武岩から形成される変成岩である。[ 32 ]
ダイヤモンドのごく一部（約150個が研究されている）は、遷移帯 を含む330～660kmの深さから産出される。これらはエクロジャイトで形成されたが、マジョライト（過剰なケイ素を含むガーネットの一種）の包有物によって浅い起源のダイヤモンドと区別される。同様の割合のダイヤモンドは、660～800kmの深さの下部マントルから産出される。[ 32 ]
ダイヤモンドは高圧・高温下で熱力学的に安定しており、圧力が上昇するにつれてグラファイト からの相転移はより高い温度で起こる。そのため、大陸の下では、950 ℃の温度と4.5ギガパスカルの圧力（150キロメートル以上の深さに相当）で安定する。より低温の沈み込み帯では、800 ℃ の温度と3.5ギガパスカルの圧力で安定する。240kmより深い場所では、鉄ニッケル金属相が存在し、炭素はそれらに溶解しているか、炭化物の形で存在すると考えられる。したがって、一部のダイヤモンドのより深い起源は、異常な成長環境を反映している可能性がある。[ 32 ] [ 77 ]
2018年に、氷VIIと呼ばれる氷の相の最初の既知の天然サンプルがダイヤモンドサンプルの包有物として発見されました。包有物は 、上部マントルと下部マントルにまたがる400～800kmの深さで形成され、これらの深さに水に富む流体が存在する証拠となります。[ 86 ] [ 87 ]
マントルにはおよそ 10 億ギガトンの炭素が含まれています (比較のために、大気海洋系には約 44,000 ギガトンの炭素が含まれています)。[ 88 ]炭素には12 Cと13 Cという2 つの安定同位体があり、質量比は約 99:1 です。[ 77 ]この比率は隕石で広範囲に及ぶため、初期の地球でも大きく変動していたことが示唆されます。光合成などの表面プロセスによっても変化する可能性があります。この割合は一般的に、千分率で表されるδ 13 Cの比率を使用して標準サンプルと比較されます。玄武岩、カーボナタイト、キンバーライトなどのマントル由来の一般的な岩石は、−8 ～ −2 の比率を持っています。表面では、有機堆積物の平均は −25 ですが、炭酸塩の平均は 0 です。[ 32 ]
異なる起源のダイヤモンドの集団は、δ 13 C の分布が著しく異なります。ペリドタイトダイヤモンドは、ほとんどが典型的なマントルの範囲内にあります。エクロジャイトダイヤモンドの値は -40 から +3 ですが、分布のピークはマントルの範囲内にあります。この変動性は、原始炭素(地球形成以来マントルに存在していた炭素) から形成されたのではないことを示唆しています。代わりに、ダイヤモンドはテクトニクス過程の結果ですが、(ダイヤモンドの年代を考えると) 現在作用しているテクトニクス過程と必ずしも同じではありません。[ 77 ]ダイヤモンドを形成する炭素は、地表に最も近い上部マントルの最上部 700 キロメートル (430 マイル) ほどの、アセノスフェアとして知られる領域に由来します。[ 32 ]
マントル中のダイヤモンドは、 C–O–H–N–S流体または溶融物が岩石中の鉱物を溶解し、新しい鉱物と置き換える交代作用によって形成されます。（正確な組成が不明なため、C–O–H–N–Sという曖昧な用語が一般的に使用されています。）ダイヤモンドはこの流体から、酸化炭素（例えばCO 2またはCO 3 ）の還元、またはメタンなどの還元相の酸化によって形成されます。[ 32 ]
偏光、フォトルミネッセンス、カソードルミネッセンスなどのプローブを使用すると、ダイヤモンド中の一連の成長ゾーンを識別できます。リソスフェアのダイヤモンドの特徴的なパターンは、発光の非常に細い振動と、炭素が流体に再吸収されて再び成長するエピソードが交互に繰り返される、ほぼ同心円状のゾーンのシリーズです。リソスフェアの下のダイヤモンドは、より高い温度と圧力、および対流によるダイヤモンドの輸送を反映して、より不規則で、ほぼ多結晶の組織を持っています。[ 77 ]
地質学的証拠は、キンバーライトマグマが毎秒 4～20 メートルの速度で上昇し、岩石の水圧破砕によって上向きの経路を形成するというモデルを支持している。圧力が低下すると、マグマから気相が分離し、これがマグマの流動性を維持するのに役立つ。地表では、最初の噴火は割れ目から高速 (毎秒200 m (450 mph)以上) で爆発的に噴出する。その後、圧力が低下すると、岩石が侵食され、パイプが形成され、破砕岩 (角礫岩) が生成される。噴火が弱まると、火砕相があり、その後、変成作用と水和作用によって蛇紋岩が生成される。[ 77 ]
まれに、内部に空洞があり、その中に2つ目のダイヤモンドが入っているダイヤモンドが発見されることがある。最初の二重ダイヤモンドであるマトリョーシカは、 2019年にロシアのヤクートでアルロサによって発見された。 [ 89 ]もう一つは、2021年に西オーストラリアのエレンデール・ダイヤモンド・フィールドで発見された。 [ 90 ]
地球上ではダイヤモンドは稀ですが、宇宙では非常に一般的です。隕石中の炭素の約3パーセントは、直径が数ナノメートルのナノダイヤモンドの形で存在します。十分に小さなダイヤモンドは、表面エネルギーが低いためグラファイトよりも安定しており、宇宙の低温でも形成されます。一部のナノダイヤモンドの同位体シグネチャーは、それらが太陽系外の恒星で形成されたことを示しています。[ 91 ]
高圧実験では、大量のダイヤモンドがメタンから凝縮して、氷の巨大惑星である天王星と海王星に「ダイヤモンドの雨」として降り注ぐと予測されている。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]一部の太陽系外惑星は、ほぼ完全にダイヤモンドで構成されている可能性がある。[ 95 ]
ダイヤモンドは炭素を豊富に含む恒星、特に白色矮星に存在する可能性がある。最も硬い形態のダイヤモンドであるカルボナードの起源に関する一つの説は、白色矮星または超新星で生成されたというものである。[ 96 ] [ 97 ]恒星で形成されたダイヤモンドは最初の鉱物であった可能性がある。[ 98 ]
今日、ダイヤモンドの最も一般的な用途は、装飾用の宝石として、また硬い材料を切断するための工業用研磨材としてです。宝石用ダイヤモンドと工業用ダイヤモンドでは、市場におけるダイヤモンドの価値が異なります。
白色光がスペクトル色に分散されることが、宝石ダイヤモンドの主要な宝石学的特徴です。20世紀には、宝石学の専門家が、宝石としての価値に最も重要な特徴に基づいて、ダイヤモンドやその他の宝石を等級付けする方法を開発しました。現在では、ダイヤモンドの基本的な記述子として、一般的に4つのCと呼ばれる4つの特徴が使用されています。これらは、カラット単位の質量（1カラットは0.2グラムに相当）、カット（カットの品質は、プロポーション、対称性、研磨によって等級付けされます）、カラー（白または無色にどれだけ近いか。ファンシーダイヤモンドの場合は、色合いの濃さ）、クラリティ（内包物がどれだけ少ないか）です。大きくて欠陥のないダイヤモンドは、パラゴンとして知られています。[ 99 ]
宝石級ダイヤモンドの大規模な取引が存在します。宝石級ダイヤモンドのほとんどは研磨された状態で販売されますが、研磨済みダイヤモンドの再販市場（質屋、オークション、中古ジュエリー店、ダイヤモンド商、取引所など）も確立されています。宝石級ダイヤモンドの取引の特徴の1つは、その顕著な集中です。卸売取引とダイヤモンドの研磨はごく少数の場所に限られており、2003年には世界のダイヤモンドの92%がインドのスーラトで研磨されました。[ 100 ]ダイヤモンドの研磨と取引のその他の重要な中心地は、国際宝石学研究所の本拠地であるベルギーのアントワープのダイヤモンド地区、ロンドン、ニューヨーク市のダイヤモンド地区、テルアビブとアムステルダムのダイヤモンド取引所地区です。ダイヤモンド鉱床の地質学的性質も一因であり、いくつかの大規模な一次キンバーライトパイプ鉱山がそれぞれ市場シェアのかなりの部分を占めている（例えば、ボツワナのジュワネン鉱山は、年間12,500,000～15,000,000カラット（2,500～3,000kg ）のダイヤモンドを生産できる単一の大規模露天掘り鉱山である[ 101 ]）。
ダイヤモンドの生産と流通は、少数の主要プレーヤーの手にほぼ集約されており、伝統的なダイヤモンド取引センターに集中しています。最も重要なのはアントワープで、原石ダイヤモンドの80% 、カットダイヤモンドの50%、原石、カットダイヤモンド、工業用ダイヤモンドを合わせた全体の50%以上がそこで取り扱われています。[ 102 ]これにより、アントワープは事実上の「世界のダイヤモンド首都」となっています。[ 103 ]アントワープ市には、1929年に設立され、原石ダイヤモンド専用の最初にして最大のダイヤモンド取引所となったアントワープ・ダイヤモンドクリングもあります。 [ 104 ]もう1つの重要なダイヤモンドセンターはニューヨーク市で、オークション販売を含め、世界のダイヤモンドのほぼ80%がそこで販売されています。[ 102 ]
世界最大のダイヤモンド採掘会社であるデビアーズ社は、1888年に英国の実業家セシル・ローズによって設立されて以来、業界で支配的な地位を占めています。デビアーズ社は現在、宝石品質のダイヤモンドの生産施設（鉱山）と流通チャネルの世界最大の運営会社です。ダイヤモンドトレーディングカンパニー（DTC）はデビアーズ社の子会社で、デビアーズ社が運営する鉱山から原石ダイヤモンドを販売しています。デビアーズ社とその子会社は、世界の年間ダイヤモンド生産量の約40%を生産する鉱山を所有しています。20世紀のほとんどの期間、世界の原石ダイヤモンドの80%以上がデビアーズ社を経由していましたが[ 105 ] 、 2001年から2009年までにその割合は約45%に減少し[ 106 ]、2013年までに同社の市場シェアは金額ベースで約38%にさらに減少し、数量ベースではさらに減少しました。[ 107 ]デビアーズは1990年代後半から2000年代初頭にかけてダイヤモンドの在庫の大部分を売却し[ 108 ]、残りは主に作業用在庫（販売前に選別されているダイヤモンド）である[ 109 ] 。これは報道でよく取り上げられたが[ 110 ]一般にはほとんど知られていない。
影響力を弱める一環として、デビアーズは1999年にオープンマーケットでのダイヤモンドの購入を中止し、2008年末にはロシア最大のダイヤモンド会社アルロサが採掘したロシア産ダイヤモンドの購入を停止した。[ 111 ] 2011年1月現在、デビアーズはボツワナ、ナミビア、南アフリカ、カナダの4か国からのダイヤモンドのみを販売していると述べている。[ 112 ]アルロサ以外にも、世界最大の鉱山会社であるBHP [ 113 ] 、アーガイル（100%）、ディアヴィク（60%）、ムロワ（78%）のダイヤモンド鉱山を所有するリオ・ティント[ 114 ] 、アフリカのいくつかの主要ダイヤモンド鉱山を所有するペトラ・ダイヤモンドなど、重要なダイヤモンド採掘会社がある。
サプライチェーンのさらに下流では、世界ダイヤモンド取引所連盟（WFDB）のメンバーが卸売ダイヤモンド取引の媒体として機能し、研磨済みダイヤモンドと原石ダイヤモンドの両方を取引しています。WFDBは、テルアビブ、アントワープ、ヨハネスブルグなどの主要な研磨センターや、米国、ヨーロッパ、アジアの他の都市にある独立したダイヤモンド取引所で構成されています。[ 45 ] 2000年、WFDBと国際ダイヤモンド製造業者協会は、戦争や非人道的な行為の資金源となるダイヤモンドの取引を防ぐために世界ダイヤモンド評議会を設立しました。WFDBのその他の活動には、2年ごとに開催される世界ダイヤモンド会議のスポンサー活動や、ダイヤモンドのグレーディングを監督する国際ダイヤモンド評議会（IDC）の設立などがあります。[ 115 ]
サイトホルダー（DTCと3年間の供給契約を結んでいる企業を指す商標用語）によって購入されたダイヤモンドは、宝石として販売する準備としてカットおよび研磨されます（「工業用」ダイヤモンドは宝石市場の副産物とみなされ、研磨剤として使用されます）。[ 116 ]原石ダイヤモンドのカットと研磨は、世界でも限られた数の場所に集中している専門的な技術です。[ 116 ]伝統的なダイヤモンドカットセンターは、アントワープ、アムステルダム、ヨハネスブルグ、ニューヨーク市、テルアビブです。最近では、中国、インド、タイ、ナミビア、ボツワナにダイヤモンドカットセンターが設立されています。[ 116 ]労働コストが低いカットセンター、特にインドのグジャラート州スーラトでは、より多くの小カラットのダイヤモンドが扱われ、より大きく高価なダイヤモンドは、ヨーロッパや北米で少量扱われる傾向があります。インドにおけるこの産業の最近の拡大は、低コストの労働力を活用することで、以前は経済的に実現不可能だった量よりも多くの小さなダイヤモンドを宝石として加工することを可能にした。[ 102 ]
宝石として加工されたダイヤモンドは、取引所と呼ばれるダイヤモンド取引所で販売されます。世界には登録されているダイヤモンド取引所が 28 あります。[ 117 ]取引所は、ダイヤモンドのサプライチェーンにおける最終段階であり、厳しく管理されています。卸売業者や小売業者は、取引所で比較的小ロットのダイヤモンドを購入でき、その後、消費者に最終的に販売できるように準備されます。ダイヤモンドは、ジュエリーにセットされた状態で販売することも、セットされていない状態（「ルース」）で販売することもできます。リオ・ティントによると、2002 年に生産され市場に出回ったダイヤモンドは、 原石の状態で 90 億米ドル、カットと研磨後の状態で 140 億米ドル 、卸売りのダイヤモンドジュエリーで 280 億米ドル 、小売りで 570 億米ドルと評価されました 。[ 118 ]
採掘された原石ダイヤモンドは、「カッティング」と呼ばれる多段階の工程を経て宝石に加工されます。ダイヤモンドは非常に硬いですが、脆く、一撃で割れてしまうこともあります。そのため、ダイヤモンドのカッティングは、伝統的に、技術、科学的知識、道具、経験を必要とする繊細な作業と考えられてきました。その最終目標は、ファセット間の特定の角度によってダイヤモンドの光沢、つまり白色光の分散が最適化されるファセットカットされた宝石を作ることです。一方、ファセットの数と面積によって最終製品の重量が決まります。カッティングによる重量減少は大きく、50%にも達することがあります。[ 119 ]いくつかの形状が検討されますが、最終的な決定は、科学的な観点だけでなく、実用的な観点によっても左右されることがよくあります。例えば、ダイヤモンドは、指輪やネックレスに単独で、または特定の色や形状の他の宝石に囲まれて、展示用または着用用として使用される場合があります。[ 120 ]ラウンド、ペア、マーキーズ、オーバル、ハートアンドアローなどのダイヤモンドは、クラシックなものと見なされるかもしれません。フェニックス、クッション、ソーレミオダイヤモンドなど、特定の会社によって製造される特別なものもあります。[ 121 ]
カット工程で最も時間のかかる部分は、原石の予備分析です。多くの問題に対処する必要があり、大きな責任を伴うため、希少なダイヤモンドの場合は数年かかることもあります。以下の点が考慮されます。
最初のカットの後、ダイヤモンドは研磨の多くの段階を経て形作られます。責任を伴うが迅速な作業であるカットとは異なり、研磨は徐々に材料を除去するため、非常に時間がかかります。関連する技術は十分に開発されており、ルーチン作業とみなされ、技術者によって実行できます。[ 123 ]研磨後、ダイヤモンドは、残っているか、またはプロセスによって誘発された可能性のある欠陥がないか再検査されます。これらの欠陥は、再研磨、ひび割れの充填、または宝石内の石の巧妙な配置など、さまざまなダイヤモンド強化技術によって隠されます。残っている非ダイヤモンドのインクルージョンは、レーザードリルで穴を開け、生成された空隙を埋めることによって除去されます。[ 41 ]
マーケティングは、ダイヤモンドを貴重な商品として捉えるイメージに大きな影響を与えてきた。
20 世紀半ばにデビアーズが雇った広告会社NW Ayer & Son は、アメリカのダイヤモンド市場の復活に成功し、それまでダイヤモンドの伝統がなかった国々に新しい市場を開拓しました。NW Ayer のマーケティングには、プロダクト プレイスメント、デビアーズ ブランドではなくダイヤモンド製品自体に焦点を当てた広告、有名人や王族との提携などが含まれていました。デビアーズはデビアーズ ブランドを宣伝しなかったため、競合他社のダイヤモンド製品も宣伝していましたが[ 124 ]、デビアーズは 20 世紀を通じてダイヤモンド市場を支配していたため、これは問題になりませんでした。2008 年の世界経済危機の後、デビアーズの市場シェアは一時的に世界市場で Alrosa に次ぐ 2 位に落ち、販売されたカラットではなく採掘されたカラットで 29% 未満にまで低下しました。[ 125 ]このキャンペーンは何十年も続きましたが、2011 年初頭には事実上中止されました。デビアーズは今でもダイヤモンドの広告を出していますが、現在は完全に「汎用」のダイヤモンド製品ではなく、自社ブランドやライセンス製品ラインの宣伝が中心となっています。[ 125 ]このキャンペーンはおそらく「ダイヤモンドは永遠」というスローガンで最もよく表現されていました。[ 9 ]このスローガンは現在、デビアーズ鉱山会社と高級品コングロマリットであるLVMH の50/50 の合弁事業である宝飾品会社、デビアーズ ダイヤモンド ジュエラーズによって使用されています。[ 126 ]
茶色のダイヤモンドはダイヤモンド生産のかなりの部分を占めており、主に工業用途に使用されていました。それらは宝飾品としては価値がないと見なされていました（ダイヤモンドの色スケールで評価されることさえありませんでした）。1986年にオーストラリアのアーガイル鉱山が開発され、マーケティングが行われた後、茶色のダイヤモンドは受け入れられる宝石になりました。[ 127 ] [ 128 ]この変化は主に量によるものです。アーガイル鉱山は年間35,000,000カラット（7,000kg ）のダイヤモンドを産出し、天然ダイヤモンドの世界生産量の約3分の1を占めています。[ 129 ]アーガイル産ダイヤモンドの80%は茶色です。[ 130 ]
工業用ダイヤモンドは主にその硬度と熱伝導率で評価されるため、 4Cなどのダイヤモンドの宝石学的特性の多くは、ほとんどの用途では関係ありません。採掘されるダイヤモンドの80%（年間約1億3500万カラット（2万7000kg ）に相当）は宝石としての使用には適さず、工業的に使用されています。[ 131 ]採掘ダイヤモンドに加えて、合成ダイヤモンドは1950年代の発明後すぐに工業用途が見つかりました。2014年には45億カラット（90万kg）の合成ダイヤモンドが生産され、その90%は中国で生産されました。現在、ダイヤモンド研磨材の約90%は合成由来です。[ 132 ]
宝石品質のダイヤモンドと工業用ダイヤモンドの境界は明確に定義されておらず、市場状況にも左右される（例えば、研磨済みダイヤモンドの需要が高い場合、一部の低品質の石は工業用として販売されるのではなく、低品質または小型の宝石に研磨される）。工業用ダイヤモンドのカテゴリー内には、最も低品質で、ほとんどが不透明な石からなるサブカテゴリーがあり、これらはボルトとして知られている。[ 133 ]
ダイヤモンドの工業用途は、歴史的にその硬度と関連付けられており、ダイヤモンドは切削工具や研削工具に理想的な材料となっています。天然に存在する物質の中で最も硬いダイヤモンドは、他のダイヤモンドを含むあらゆる材料を研磨、切断、または摩耗させるために使用できます。この特性の一般的な工業用途には、ダイヤモンドチップのドリルビットや鋸、研磨剤としてのダイヤモンド粉末の使用などがあります。宝石よりも欠陥が多く、色が劣る安価な工業用ダイヤモンド（ボルト）が、このような目的で使用されます。[ 134 ]ダイヤモンドは、高速加工によって発生する高温で鉄に炭素が溶解するため、鉄合金を高速で加工するのには適していません。これにより、ダイヤモンド工具の摩耗が他の材料に比べて大幅に増加します。[ 135 ]
特殊な用途としては、高圧実験の封じ込めとしての研究室での使用（ダイヤモンドアンビルセルを参照）、高性能ベアリング、特殊な窓での限定的な使用などがある。[ 133 ]合成ダイヤモンドの製造が継続的に進歩しているため、将来の用途が実現可能になりつつある。ダイヤモンドの高い熱伝導率は、電子機器の集積回路のヒートシンクとして適している。[ 136 ]
年間約1億3000万カラット（2万6000kg ）のダイヤモンドが採掘され、その総額は約90億米ドルに達し、年間約10万kg（22万ポンド）が合成されている。[ 137 ]
ダイヤモンドの約49%は中央アフリカと南部アフリカ産ですが、カナダ、インド、ロシア、ブラジル、オーストラリアでも重要な鉱床が発見されています。[ 132 ]ダイヤモンドはキンバーライトとランプロアイトの火山パイプから採掘されます。これらのパイプは、高圧と高温によって形成される地球の深部からダイヤモンドの結晶を地表に運びます。天然ダイヤモンドの採掘と流通は、アフリカの準軍事組織によるブラッドダイヤモンドや紛争ダイヤモンドの販売に関する懸念など、頻繁に論争の対象となっています。[ 138 ]ダイヤモンドのサプライチェーンは少数の有力企業によって管理されており、世界中のごく少数の場所に高度に集中しています。
ダイヤモンド鉱石のうち、実際のダイヤモンドはごくわずかしか含まれていません。鉱石は粉砕されますが、その際、大きなダイヤモンドを破壊しないように注意が必要です。その後、密度によって選別されます。現在では、X線蛍光分析によってダイヤモンドが豊富な密度分画に存在し、その後、最終的な選別は手作業で行われます。X線の使用が一般的になる前は、[ 119 ] [ 139 ]グリースベルトを使用して分離が行われていました。ダイヤモンドは、鉱石中の他の鉱物よりもグリースに付着しやすい性質があります。[ 45 ]
歴史的に、ダイヤモンドは南インドのクリシュナ川デルタのグントゥール地区とクリシュナ地区の沖積層でのみ発見されていました。[ 140 ]インドは紀元前9世紀頃の発見から西暦18世紀半ばまでダイヤモンド生産で世界をリードしていましたが、これらの資源の商業的可能性は18世紀後半までに枯渇し、その頃にはインドはブラジルに取って代わられ、ブラジルでは1725年にインド以外で最初のダイヤモンドが発見されました。[ 6 ]現在、インドで最も有名な鉱山の1つはパンナにあります。[ 142 ]
南アフリカのダイヤモンド鉱床が発見された後、1870年代に一次鉱床（キンバーライトとランプロアイト）からのダイヤモンド採掘が始まりました。 [ 143 ]生産量は時間とともに増加し、現在ではその日から累計で45億カラット（90万kg）が採掘されています。[ 144 ]そのうち20%は過去5年間に採掘され、過去10年間で9つの新しい鉱山が生産を開始し、さらに4つの鉱山が間もなく開坑される予定です。これらの鉱山のほとんどはカナダ、ジンバブエ、アンゴラにあり、1つはロシアにあります。[ 144 ]
米国では、アーカンソー州、コロラド州、ニューメキシコ州、ワイオミング州、モンタナ州でダイヤモンドが発見されている。[ 145 ] [ 146 ] 2004年に米国で微小なダイヤモンドが発見されたことをきっかけに、2008年1月にモンタナ州の僻地でキンバーライトパイプの大量サンプリングが行われた。アーカンソー州のクレーター・オブ・ダイアモンズ州立公園は一般公開されており、一般の人々がダイヤモンドを掘ることができる世界で唯一の鉱山である。[ 146 ]
現在、商業的に採算の取れるダイヤモンド鉱床のほとんどは、ロシア（主にサハ共和国、例えばミールパイプやウダチナヤパイプ）、ボツワナ、オーストラリア（北オーストラリアと西オーストラリア）、コンゴ民主共和国にあります。[ 147 ]英国地質調査所によると、2005年にロシアは世界のダイヤモンド生産量のほぼ5分の1を生産しました。オーストラリアは最も豊富なダイヤモンドパイプを誇り、アーガイルダイヤモンド鉱山からの生産量は 1990年代に年間42メトリックトンのピークに達しました。 [ 145 ] [ 148 ]カナダのノースウエスト準州とブラジルにも、商業的に採掘されている鉱床があります。[ 132 ]ダイヤモンド探鉱者は、ダイヤモンドを含むキンバーライトパイプとランプロアイトパイプを求めて世界中で探査を続けています。
政治的に不安定な中央アフリカや西アフリカの一部の国では、革命グループがダイヤモンド鉱山を支配し、ダイヤモンドの販売収益を事業資金に充てている。このプロセスで販売されたダイヤモンドは、紛争ダイヤモンドまたは血のダイヤモンドとして知られている。[ 138 ]
ダイヤモンドの購入が戦争や人権侵害に加担しているという世間の懸念を受けて、国連、ダイヤモンド業界、ダイヤモンド取引国は2002年にキンバリー・プロセスを導入した。 [ 149 ]キンバリー・プロセスは、紛争ダイヤモンドが、そのような反乱グループによって管理されていないダイヤモンドと混ざらないようにすることを目的としている。これは、ダイヤモンド生産国が、ダイヤモンドの販売で得た資金が犯罪活動や革命活動の資金に使われていないことを証明することを義務付けることで実現される。キンバリー・プロセスは、市場に出回る紛争ダイヤモンドの数を制限することにある程度成功しているが、それでも一部は市場に出回っている。国際ダイヤモンド製造業者協会によると、紛争ダイヤモンドは取引されるすべてのダイヤモンドの2～3％を占めている。[ 150 ]キンバリー・プロセスの有効性を阻害する2つの大きな欠陥は、(1)アフリカの国境を越えてダイヤモンドを密輸することが比較的容易であること、(2)技術的に戦争状態にない国々でダイヤモンド採掘が暴力的であり、そのためそれらの国のダイヤモンドは「クリーン」とみなされていることである。[ 149 ]
カナダ政府は、カナダ産ダイヤモンドの真正性を証明するために、カナダダイヤモンド行動規範[ 151 ]と呼ばれる組織を設立しました。これはダイヤモンドの厳格な追跡システムであり、カナダ産ダイヤモンドの「紛争フリー」ラベルを保護するのに役立ちます。[ 152 ]
一般的に鉱物資源の採掘は不可逆的な環境破壊を引き起こすため、それは国にとっての社会経済的利益と比較検討されなければならない。[ 153 ]
合成ダイヤモンドは、地球から採掘されるダイヤモンドとは異なり、実験室で製造されるダイヤモンドです。ダイヤモンドの宝石学的および工業的用途により、原石に対する大きな需要が生まれています。この需要は、半世紀以上にわたってさまざまなプロセスで製造されてきた合成ダイヤモンドによって大部分が満たされてきました。しかし、近年では、かなりの大きさの宝石品質の合成ダイヤモンドを製造することが可能になりました。[ 76 ]分子レベルでは天然石と同一で、視覚的にも非常に似ているため、特殊な機器を備えた宝石鑑定士だけが違いを見分けることができる無色の合成宝石を作ることが可能です。[ 154 ]
市販されている合成ダイヤモンドの大部分は黄色で、いわゆる高圧高温（HPHT）プロセスによって製造されています。[ 155 ]黄色は窒素不純物によって引き起こされます。青、緑、ピンクなどの他の色も再現できますが、これらはホウ素の添加または合成後の照射によって実現されます。[ 156 ]
合成ダイヤモンドを成長させるもう 1 つの一般的な方法は、化学気相成長法(CVD) です。成長は低圧 (大気圧以下) で行われます。この方法では、ガスの混合物 (通常、メタンと水素の比率が 1:99 ) をチャンバーに供給し、マイクロ波、ホットフィラメント、アーク放電、溶接トーチ、またはレーザーによって点火されたプラズマ中で、それらを化学的に活性なラジカルに分解します。[ 157 ]この方法は主にコーティングに使用されますが、数ミリメートルサイズの単結晶も生成できます (図を参照)。[ 137 ]
2010年現在、年間生産される合成ダイヤモンド50 億カラット（1,000トン）のほぼすべてが工業用です。年間採掘される天然ダイヤモンド1億3,300万カラットのうち、約50%が工業用になります。[ 154 ] [ 158 ]鉱山会社の費用は、天然の無色ダイヤモンドの場合、1カラットあたり平均40～60米ドルですが、合成ダイヤモンドメーカーの費用は、宝石品質の合成無色ダイヤモンドの場合、 1カラットあたり平均2,500ドルです。 [ 154 ]： 79ただし、ファンシーカラーダイヤモンドを探している場合、購入者は合成ダイヤモンドに出会う可能性が高くなります。これは、天然ダイヤモンドのわずか0.01%がファンシーカラーであるのに対し、ほとんどの合成ダイヤモンドは何らかの色がついているためです。[ 159 ]
ダイヤモンド類似石とは、ダイヤモンドの外観を模倣するために使用される非ダイヤモンド材料であり、ディアマンテと呼ばれることもあります。キュービックジルコニアが最も一般的です。宝石モアッサナイト（炭化ケイ素）もダイヤモンド類似石として扱うことができますが、キュービックジルコニアよりも製造コストが高くなります。どちらも合成的に製造されます。[ 160 ]
ダイヤモンドエンハンスメントとは、天然または合成ダイヤモンド（通常は既にカットされ宝石に研磨されたもの）に対して行われる特定の処理であり、石の宝石学的特性を1つ以上の方法で向上させることを目的としています。これには、内包物を除去するためのレーザードリル加工、亀裂を埋めるためのシーラントの塗布、ホワイトダイヤモンドの色等級を向上させるための処理、ホワイトダイヤモンドにファンシーカラーを与えるための処理などが含まれます。[ 161 ]
キュービックジルコニアなどのダイヤモンド類似石に、より「ダイヤモンドらしい」外観を与えるために、コーティングがますます使用されるようになっている。そのような物質の1つがダイヤモンドライクカーボンである。これは、ダイヤモンドと類似した物理的特性をいくつか持つ非晶質炭素材料である。広告では、このようなコーティングによって、これらのダイヤモンドのような特性の一部がコーティングされた石に移され、ダイヤモンド類似石の性能が向上すると示唆されている。ラマン分光法などの技術は、このような処理を容易に識別できるはずである。[ 162 ]
初期のダイヤモンド識別テストには、ダイヤモンドの優れた硬度を利用したスクラッチテストが含まれていました。このテストは、ダイヤモンドが別のダイヤモンドを傷つける可能性があるため破壊的であり、現在ではほとんど使用されていません。代わりに、ダイヤモンドの識別は、その優れた熱伝導性に依存しています。電子式熱プローブは、ダイヤモンドと模造品を区別するために宝石学センターで広く使用されています。これらのプローブは、細い銅の先端に取り付けられた一対の電池式サーミスタで構成されています。一方のサーミスタは加熱装置として機能し、もう一方は銅の先端の温度を測定します。テスト対象の石がダイヤモンドであれば、先端の熱エネルギーを十分に速く伝導し、測定可能な温度低下を引き起こします。このテストは約2～3秒かかります。[ 163 ]
熱プローブはダイヤモンドをほとんどの模造品から分離できますが、合成ダイヤモンドか天然ダイヤモンドか、照射済みか未照射かなど、さまざまな種類のダイヤモンドを区別するには、より高度な光学技術が必要です。これらの技術は、熱伝導率テストに合格する炭化ケイ素などの一部のダイヤモンド模造品にも使用されます。光学技術は、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドを区別できます。また、処理された天然ダイヤモンドの大部分を識別することもできます。[ 164 ]原子格子レベルで「完全な」結晶は発見されたことがないため、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドの両方には、結晶成長の状況から生じる特徴的な欠陥が常に存在し、それによって両者を区別することができます。[ 165 ]
研究所では、分光法、顕微鏡法、短波長紫外線下での発光などの技術を用いてダイヤモンドの産地を特定します。[ 164 ]また、識別プロセスを支援するために特別に作られた機器も使用します。スクリーニング機器としては、 DTCが製造しGIAが販売しているDiamondSureとDiamondViewの2つがあります。 [ 166 ]
合成ダイヤモンドを識別する方法は、製造方法とダイヤモンドの色に応じていくつかあります。CVDダイヤモンドは通常、オレンジ色の蛍光で識別できます。D～Jカラーのダイヤモンドは、スイス宝石研究所の[ 167 ]ダイヤモンドスポッターでスクリーニングできます。D～Zカラーの石は、デビアスが開発したツールであるDiamondSure UV/可視分光計で検査できます。[ 165 ]同様に、天然ダイヤモンドは通常、合成ダイヤモンドには見られない異物の内包物などの小さな欠陥や傷があります。
ダイヤモンドの種類を検出するスクリーニング装置を用いることで、確実に天然のダイヤモンドと合成ダイヤモンドの可能性のあるダイヤモンドを区別することができます。合成ダイヤモンドの可能性のあるダイヤモンドについては、専門の研究所でさらに詳細な調査が必要です。市販のスクリーニング装置の例としては、D-Screen（WTOCD / HRD Antwerp）、Alpha Diamond Analyzer（Bruker / HRD Antwerp）、D-Secure（DRC Techno）などがあります。