ダイヤモンド
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ダイヤモンド
不規則な形の茶色がかったダイヤモンド
ダイヤモンドの原石​​
一般的な
カテゴリ天然鉱物
式C
IMAシンボルディア[ 2 ]
ストランツ分類1.CB.10a
ダナ分類1.3.6.1
結晶系キュービック
クリスタルクラス六八面体（m 3 m）HM記号：（4/m 3 2/m）
空間群F d 3 m（No. 227）
構造
Jmol （3D）インタラクティブ画像
識別
式量12.01  g/モル
色典型的には黄色、茶色、灰色から無色。まれに青、緑、黒、半透明の白、ピンク、紫、オレンジ、紫、赤の色もあります。
クリスタル習慣八面体
姉妹都市スピネルの法則は一般的である（「マクル」を生じる）
胸の谷間111（4方向とも完璧）
骨折不規則/不均一
モース硬度10（鉱物の定義）
光沢アダマンティン
連勝無色
透けて見える透明から半透明、そして半透明
比重3.52 ± 0.01
密度3.5～3.53  g/cm 33500～3530  kg/m 3
磨きの光沢アダマンティン
光学特性等方性
屈折率2.418（500 nm）
複屈折なし
多色性なし
分散0.044
融点圧力依存
参考文献[ 3 ] [ 4 ]
主なダイヤモンド生産国

ダイヤモンドは、炭素原子がダイヤモンド立方晶系と呼ばれる結晶構造に配列した固体です。無味無臭で、強度があり脆い固体で、純粋な状態では無色ですが、電気伝導性が低く、水に溶けません。グラファイトとして知られる炭素の別の固体形態は、室温および常圧下で化学的に安定した炭素ですが、ダイヤモンドは準安定状態にあり、そのような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。ダイヤモンドは天然物質の中で最も高い硬度と熱伝導率を有し、これらの特性は切削工具や研磨工具などの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硬直しているため、不純物の種類は限られています（ホウ素と窒素は例外です）。少量の欠陥や不純物（格子原子100万個あたり約1個）によって、ダイヤモンドは青（ホウ素）、黄色（窒素）、茶色（欠陥）、緑（放射線照射）、紫、ピンク、オレンジ、赤などの色に変化します。また、ダイヤモンドは屈折率が非常に高く、光分散も比較的高いという特徴があります。

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。そのほとんど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、800キロメートル（500マイル）もの深部から産出されたものもあります。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わりました。さらに近年（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、あるいは炭化水素ガスを化学気相成長法（CVD）で処理して生成されます。天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドの区別は、光学的手法または熱伝導率測定によって行われるのが一般的です。

語源、最古の使用、構成の発見

ダイヤモンドという名称は、古代ギリシャ語のἀδάμας ( adámas ) 、「固有、不変、破壊不能、野生」に由来し、ἀ- ( a- )、「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初めて認識され、採掘されたと考えられています。インドでは、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大量のダイヤモンドの沖積鉱床が発見されました。インドでは少なくとも3,000年前からダイヤモンドが知られていますが、おそらく6,000年前から知られています。[ 6 ]  

ダイヤモンドは古代インドで宗教的な象徴として用いられて以来、宝石として珍重されてきました。彫刻刀への使用も人類史の初期に遡ります。[ 7 ] [ 8 ]ダイヤモンドの人気は19世紀以降、供給量の増加、カット・研磨技術の向上、世界経済の成長、そして革新的で成功した広告キャンペーンによって高まりました。[ 9 ]

1772年、フランスの科学者アントワーヌ・ラボ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光し、燃焼の唯一の生成物が二酸化炭素であることを示し、ダイヤモンドが炭素でできていることを証明しました。[ 10 ]その後、1797年にイギリスの化学者スミスソン・テナントがその実験を繰り返し、拡張しました。[ 11 ]ダイヤモンドとグラファイトの燃焼で同量のガスが放出され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ました。[ 12 ]

プロパティ

ダイヤモンドは、原子が結晶状に配置された純粋な炭素の固体です。固体炭素は、化学結合の種類に応じて同素体と呼ばれる様々な形態をとります。純粋炭素の最も一般的な2つの同素体は、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、原子は平面状に形成され、各原子は120度離れた3つの最も近い原子と結合しています。ダイヤモンドでは、結合はsp 3で、原子は四面体を形成し、各原子は4つの最も近い原子と結合しています。[ 13 ] [ 14 ]四面体は剛性で、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、最も圧縮性が低い物質です。[ 15 ] [ 16 ]また、密度も高く、天然ダイヤモンドでは1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キログラム/立方メートルです。 [ 3 ]グラファイトでは、最も近い原子間の結合はさらに強くなりますが、平行に隣接する面間の結合は弱いため、面同士は簡単にすり抜けてしまいます。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、より強い結合のため、グラファイトは燃えにくいです。[ 17 ]

ダイヤモンドは、その優れた物理的特性から、様々な用途に採用されてきました。最も高い熱伝導率と最も高い音速を有し、接着性と摩擦性が低く、熱膨張係数も極めて低いという特性があります。また、遠赤外線から深紫外線まで光透過性に優れ、高い光分散性も備えています。さらに、高い電気抵抗も備えています。化学的に不活性で、ほとんどの腐食性物質と反応せず、優れた生体適合性も備えています。[ 18 ]

熱力学

理論的に予測された炭素の状態図

グラファイトとダイヤモンドの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直線的に変化し、1.7  GPaで0 Kと12 GPaで5000 K（ダイヤモンド/グラファイト/液体の三重点）[ 19 ] [ 20 ]しかし、この線付近では各相が共存できる広い領域がある。標準温度・圧力である20 °C（293 K）、1標準気圧（0.10 MPa）では、炭素の安定相はグラファイトであるが、ダイヤモンドは準安定相であり、原子が低エネルギー状態に到達するためには大きな運動エネルギー障壁を乗り越えなければならない。[ 21 ]また、グラファイトへの変換速度は無視でき、時間スケールは数百万年から数十億年である。[ 16 ] [ 21 ]しかし、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します。実験では、ダイヤモンドはH 2 Oの存在下では中間の線状炭素相を経ることが分かっています。[ 22 ]

グラファイトからダイヤモンドへの急速な変化には平衡線よりはるかに高い圧力が必要である。2000 K、圧力35GPa（約35万標準気圧）が必要である。[ 19 ]

グラファイト・ダイヤモンド・液体炭素の三重点を超えると、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しますが、数百GPaの圧力では低下します。[ 23 ]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、高圧下では炭素にも同様の構造が予測されます。0 Kでは、遷移は1100 GPa . [ 24 ]

2010年にネイチャー・フィジックス誌に掲載された研究結果によると、超高圧高温（約1000万気圧、1TPa、5万℃）において、ダイヤモンドは融解して金属流体となることが示唆されています。この現象に必要な極限条件は、巨大氷惑星である海王星と天王星に存在し、どちらも約10%の炭素で構成されており、理論的には液体炭素の海が存在する可能性があります。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、この現象は、両惑星の地理極と磁極が一直線に並んでいない理由を説明できる可能性があります。[ 25 ] [ 26 ]

結晶構造

四面体構造を示すダイヤモンド単位格子

ダイヤモンドの最も一般的な結晶構造は立方ダイヤモンドと呼ばれます。これは、図に示す単位格子が積み重なって形成されます。図には18個の原子がありますが、各頂点の原子は8つの単位格子で共有され、面の中央の原子は2つの単位格子で共有されるため、単位格子あたり合計8個の原子があります。[ 27 ]単位格子の各辺の長さはaで表され、3.567オングストロームです 。[ 28 ]

ダイヤモンド格子内の最近接距離は 1.732 a /4 です。ここで、aは格子定数で、通常はa = 3.567 Å のようにオングストローム単位で表され、これは 0.3567 nm です。

ダイヤモンド立方格子は、2つの相互浸透する面心立方格子のうち、一方の格子が立方格子セルに沿って対角線の1/4だけずれているもの、あるいは、各格子点に2つの原子が結合した1つの格子と考えることができる。[ 28 ] < 1 1 1>結晶方向から見ると、ダイヤモンドはABCABC ... の繰り返しパターンで積み重なった層で構成されている。ダイヤモンドはABAB ... 構造を形成することもあり、これは六方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るが、これははるかに一般的ではなく、立方晶炭素とは異なる条件下で形成される。[ 29 ]

クリスタル習慣

三角形のエッチピットを持つ結晶の三角形のファセット。最大のものは底辺の長さが約0.2ミリメートル（0.0079インチ）である。
カットされていない八面体ダイヤモンドの片面。自然の化学エッチングによって形成された三角形（正と負のレリーフ）が見える。

ダイヤモンドは、自面体、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最も多く産出されます。ダイヤモンドの結晶構造は原子の立方配列であるため、立方体、八面体、菱二十十二面体、四六面体、または二十二面体に属する多くのファセット（面）を有します。結晶は丸みを帯びた、表情の薄いエッジを持つ場合もあれば、細長い形状の場合もあります。ダイヤモンド（特に丸みを帯びた結晶面を持つもの）は、通常、不透明なゴムのような皮膜であるニフ（nyf ）で覆われています。 [ 30 ]

ダイヤモンドの中には不透明な繊維を含むものがあります。繊維が透明な基質から成長している場合は不透明、結晶全体を占めている場合は繊維状と呼ばれます。色は黄色から緑、灰色まで様々で、雲のような白から灰色の不純物が含まれることもあります。最も一般的な形状は直方体ですが、八面体、十二面体、マクル、あるいはこれらの複合形状を形成することもあります。この構造は、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ます。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、揮発性物質を採取したものと考えられます。[ 31 ]

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。ボート、バラス、スチュワータイト、フレームサイトといった名称で分類する試みがなされてきましたが、広く受け入れられている基準はありません。[ 31 ]カーボナドは、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。[ 32 ]火山岩中では観測されていません。その起源については、恒星内での形成など多くの説がありますが、統一見解はありません。[ 31 ] [ 33 ] [ 34 ]

機械

硬度

ダイヤモンドは特定の方向で極めて硬くなるため、ビッカース硬度計の作業面に埋め込まれたこのピラミッド型のダイヤモンドのように、材料科学で役立ちます。

ダイヤモンドは、定性的なモース硬度スケールで最も硬い物質です。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材料サンプルを既知の力で叩きます。ピラミッドにはダイヤモンド結晶が使用され、幅広い材料の試験が可能です。結果として生じる圧痕のサイズから、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材料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く、壊れにくく、傷がつかないことを意味するものではありません。[ 35 ]実際、ダイヤモンドは他のダイヤモンドによって傷つけられる可能性があり[ 36 ] 、ビニール製のレコードなどのより柔らかい材料によっても時間の経過とともに摩耗します。[ 37 ]

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（立方ダイヤモンド格子の最長対角線に沿って）に配向された欠陥のない純粋な結晶の方が高くなります。[ 38 ]そのため、一部のダイヤモンドは窒化ホウ素などの他の材料で傷をつけることができるかもしれませんが、最も硬いダイヤモンドは、他のダイヤモンドとナノ結晶ダイヤモンド集合体によってのみ傷をつけることができます。

ダイヤモンドの硬度は、宝石としての性質に大きく寄与しています。ダイヤモンドは他のダイヤモンドによってのみ傷が付くため、非常に良好な光沢を保ちます。他の多くの宝石とは異なり、ダイヤモンドは傷がつきにくいため、日常使いに適しています。毎日身に着けられることが多い婚約指輪や結婚指輪にダイヤモンドが選ばれる理由も、おそらくこのことが関係しているのでしょう。

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鉱床とビンガラ鉱床で産出されます。これらのダイヤモンドは一般的に小さく、完全八面体から半完全八面体で、他のダイヤモンドの研磨に使用されます。その硬度は結晶成長形態、つまり単段階成長と関連しています。他のほとんどのダイヤモンドは、複数の成長段階の痕跡が見られ、結晶格子に内包物、欠陥、欠陥面が生じ、これらはすべて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、硬度計に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。[ 39 ]

ダイヤモンドはガラスをカットしますが、モース硬度スケールでガラスよりも硬度が高い石英などの他の物質もガラスをカットできるため、この検査だけではダイヤモンドであると断定できません。ダイヤモンドは他のダイヤモンドを傷つけることがあります。しかし、片方または両方のダイヤモンドに損傷を与える可能性があります。硬度測定は、その破壊的な性質のため、実用宝石学ではほとんど用いられません。[ 40 ]ダイヤモンドは極めて硬く価値が高いため、通常、他のほとんどの宝石よりも細部にまで注意を払い、丹念に伝統的な技法を用いてゆっくりと研磨されます。[ 12 ]その結果、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ます。また、ダイヤモンドは屈折率が非常に高く、分散度もかなり高いです。これらの要因が相まって、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鑑定士は、今でもルーペ（拡大鏡）の熟練した使用法に頼って「目視」でダイヤモンドを識別しています。 [ 41 ]

強靭さ

硬度と多少関連があるのが、別の機械的性質である靭性、つまり強い衝撃による破損に耐える材料の能力です。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 。[ 42 ] [ 43 ]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。あらゆる材料と同様に、ダイヤモンドの巨視的形状が破損に対する耐性に寄与しています。ダイヤモンドには劈開面があるため、方向によって脆さが異なります。ダイヤモンド カッターは、ファセット加工の前に一部の石を劈開するためにこの属性を使用します。[ 44 ]「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。

降伏強度

ダイヤモンドの圧縮降伏強度は130～ 140GPaである。[ 45 ]この並外れて高い値とダイヤモンドの硬さと透明性が、ダイヤモンドアンビルセルが高圧実験の主なツールとなっている理由である。 [ 46 ]これらのアンビルは、600 GPa。[ 47 ]ナノ結晶ダイヤモンドではさらに高い圧力が可能になる可能性がある。[ 46 ] [ 47 ]

弾性と引張強度

通常、バルクダイヤモンド結晶を張力や曲げによって変形させようとすると、脆性破壊を引き起こします。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または針状（ 直径約100～300ナノメートル、長さ数マイクロメートル）の形状の場合、最大9～10%の引張ひずみまで弾性的に引き伸ばしても破損しません[ 48 ]。最大局所引張応力は約89～98GPa [ 49 ]で、この材料の理論限界に非常に近い値です[ 50 ] 。

電気伝導性

半導体としての利用を含む、その他の特殊な用途も存在し、あるいは開発が進められています。ブルーダイヤモンドの中には、優れた電気絶縁体であるほとんどのダイヤモンドとは対照的に、天然半導体であるものもあります。導電性と青色は、不純物であるホウ素に由来します。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します。[ 51 ]

化学気相成長法で成長した名目上無ドープダイヤモンドでは、高い導電性が一般的に観察されます。この導電性は表面に吸着した水素関連種に起因しており、アニール処理やその他の表面処理によって除去することができます。[ 52 ] [ 53 ]

ダイヤモンドの細い針は、選択的な機械的変形によって、電子バンドギャップを通常の5.6eVからほぼゼロまで変化させることができます。 [ 54 ]

直径5cmの高純度ダイヤモンドウエハーは、一方向に完全な抵抗を示し、他方向に完全な伝導性を示すため、量子データストレージへの応用が期待されます。この材料には窒素がわずか3ppmしか含まれていません。ダイヤモンドは段差のある基板上に成長したため、ひび割れが発生しませんでした。[ 55 ]

表面特性

ダイヤモンドは本来、親油性と疎水性を兼ね備えているため、表面は水には濡れませんが、油には容易に濡れて付着します。この特性は、合成ダイヤモンドの製造において油を用いてダイヤモンドを抽出する際に利用できます。しかし、ダイヤモンド表面を特定のイオンで化学的に修飾すると、親水性が著しく高まり、人体温で多層の氷を安定化させることができると期待されています。[ 56 ]

ダイヤモンドの表面は部分的に酸化されています。この酸化表面は水素気流下での熱処理によって還元できます。つまり、この熱処理によって酸素含有官能基が部分的に除去されます。しかし、ダイヤモンド（sp 3 C）は大気圧下では高温（約400℃（752℉）以上）に対して不安定です。この温度を超えると、構造は徐々にsp 2 Cへと変化します。そのため、ダイヤモンドはこの温度以下で還元する必要があります。[ 57 ]

化学的安定性

室温では、ダイヤモンドは強酸や強塩基を含むいかなる化学試薬とも反応しません。

純酸素雰囲気下では、ダイヤモンドの発火点は690℃（1,274℉）から840℃（1,540℉）の範囲です。結晶が小さいほど燃えやすい傾向があります。ダイヤモンドは赤熱から白熱へと温度が上昇し、淡い青色の炎を上げて燃え、熱源が取り除かれた後も燃え続けます。一方、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換され、不純物は灰として残ります。[ 58 ]ダイヤモンドのカットによって発生する熱はダイヤモンドを発火させません。 [ 59 ]また、ライターも発火させません。 [ 60 ]しかし、住宅火災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の金属を成形する際には注意が必要です。[ 61 ]

適切な粒径（約50 ミクロン）のダイヤモンド粉末は、炎に点火すると、火花を散らしながら燃焼します。そのため、合成ダイヤモンド粉末をベースとした花火用組成物を調製することができます。生成される火花は通常、木炭に似た赤橙色ですが、非常に直線的な軌跡を示します。これは、ダイヤモンドの高密度によるものです。[ 62 ]ダイヤモンドは、約700℃（1,292℉）を超えるとフッ素ガスとも反応します。

色

宝飾品の美術館展示。3つのブローチはそれぞれ、中央に大きな茶色の宝石があり、その周囲を多数の透明な小石が取り囲んでいます。ネックレスは底に大きな茶色の宝石が1つあり、紐全体が小さな透明な宝石で覆われています。クラスター型の装飾には、多数の茶色の宝石があしらわれています。
ワシントンD.C.の国立自然史博物館にある茶色のダイヤモンド
ダイヤモンドの写真
最も有名なカラーダイヤモンド、ホープダイヤモンド

ダイヤモンドは広いバンドギャップを持ち、5.5  eVの励起エネルギーは、 225ナノメートルの深紫外線 波長に相当します。これは、純粋なダイヤモンドは可視光を透過し、無色透明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起因します。ダイヤモンドの結晶格子は非常に強固で、窒素、ホウ素、水素の原子のみが、成長中にダイヤモンドにかなりの濃度（原子パーセントまで）で導入できます。高圧高温技術による合成ダイヤモンドの成長に一般的に使用される遷移金属のニッケルとコバルトは、ダイヤモンド中で個々の原子として検出されています。最大濃度はニッケルで0.01％ [ 63 ]、コバルトではさらに低くなります。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できます。[ 64 ]

宝石ダイヤモンドに含まれる不純物の中で、窒素は圧倒的に最も一般的なもので、黄色と茶色のダイヤモンドの色の原因です。青色はホウ素によるものです。[ 65 ]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放射線（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、一部の茶色のダイヤモンド[ 66 ]、そしておそらくピンクや赤色のダイヤモンドの色の原因です。[ 67 ]希少性の順に、黄色のダイヤモンドに次いで茶色、無色、そして青色、緑色、黒色、ピンク色、オレンジ色、紫色、赤色のダイヤモンドが続きます。[ 44 ]「ブラック」ダイヤモンド、またはカーボナードと呼ばれるダイヤモンドは、真の黒ではなく、多数の黒っぽい内包物を含み、宝石に暗い外観を与えています。カラーダイヤモンドには、着色の原因となる不純物や構造欠陥が含まれていますが、純粋またはほぼ純粋なダイヤモンドは透明で無色です。ダイヤモンドの不純物のほとんどは、結晶格子内の炭素原子を置換したもので、炭素欠陥として知られています。最も一般的な不純物である窒素は、窒素の種類と濃度に応じて、淡黄色から濃黄色まで様々な色合いを引き起こします。[ 44 ]米国宝石学研究所（GIA）は、低彩度のイエローダイヤモンドとブラウンダイヤモンドを通常の色域に分類し、「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ています。高彩度のイエローダイヤモンド、またはピンクやブルー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、異なるグレーディングスケールが適用されます。[ 44 ]

2008年、スペイン国王が所有していた35.56カラット（7.112グラム）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2,400万ドルを超える価格で落札された。 [ 68 ] 2009年5月、7.03カラット（1.406グラム）のブルーダイヤモンドがオークションで1,050万スイスフラン（当時のレートで697万ユーロ、950万ドル）で落札され、ダイヤモンドの1カラットあたりの最高値を記録し、史上最高値となった。[ 69 ]しかし、この記録は同年、香港で5カラット（1.0グラム）の鮮やかなピンクのダイヤモンドが1,080万ドルで落札され、破られた。[ 70 ]

明瞭さ

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格を決定するために11のクラリティスケールを開発しました。GIAの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、インターナリーフローレス（IF）、極微量インクルーデッド（VVS）、極微量インクルーデッド（VS）、微量インクルーデッド（SI）の中間レベルです。天然ダイヤモンドの不純物は、天然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、色、大きさ、不純物の位置、そして10倍の拡大鏡で見えるクラリティの量に基づいてダイヤモンドを評価します。[ 71 ]ダイヤモンドのインクルージョンは光学的手法で除去できます。このプロセスは、加工前の画像を撮影し、インクルージョン除去部分を特定し、最終的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。[ 72 ]

蛍光

紫外線下（上）と通常光下（下）のライトブラウンダイヤモンド原石のネックレス

天然ダイヤモンドの25%から35%は、目に見えない長波紫外線、または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、ある程度の蛍光を発します。[ 73 ]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、そして非常にまれに赤や紫など、様々な色で蛍光を発します。原因は完全には解明されていませんが、窒素原子の数など、原子構造の違いがこの現象に寄与していると考えられています。

熱伝導率

ダイヤモンドは、その高い熱伝導率（900～2320 W·m −1 ·K −1）。[ 74 ]屈折率が高いことも特徴ですが、他の物質も同様の屈折率を持っています。

地質学

ダイヤモンドは極めて希少であり、原岩中の濃度は最大でもppb（10億分の1）である。[ 31 ] 20世紀以前は、ほとんどのダイヤモンドは沖積鉱床で発見されていた。また、ダイヤモンドの塊は現存する海岸線や古代の海岸線で発見されており、その大きさと密度から、そこに集積する傾向がある。[ 75 ] : 149 稀に、氷河堆積物（特にウィスコンシン州とインディアナ州）で発見されているが、これらの鉱床は商業的に価値のあるものではない。[ 75 ] : 19 これらのタイプの鉱床は、局所的な火成岩の貫入が風化や風水によって運ばれたことで生成された。[ 76 ]

ダイヤモンドのほとんどは地球のマントルから産出されており、このセクションでは主にそれらのダイヤモンドについて論じています。しかし、他の産出源もあります。地殻のいくつかのブロック、つまりテレーンは、地殻が厚くなるにつれて十分深く埋もれ、超高圧変成作用を受けました。これらには、マグマによって運ばれた形跡のないマイクロダイヤモンドが均等に分布しています。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高圧が発生する可能性があります。[ 76 ]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。[ 77 ]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、推定数兆カラットの世界最大のダイヤモンド鉱床がある可能性があります。[ 78 ]

ダイヤモンドは高度に圧縮された石炭から形成されるという誤解がよくあります。石炭は地中に埋もれ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、陸上植物の出現よりもはるかに古いものです。沈み込み帯の石炭からダイヤモンドが形成される可能性はありますが、このように形成されたダイヤモンドは稀であり、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です。[ 79 ] [ 80 ]

表面分布

世界の地質区分。ピンクとオレンジ色の部分は楯状地とプラットフォームであり、これらが一体となってクラトンを構成しています。

ダイヤモンドは地球上に均一に分布しているとは言えない。クリフォードの法則として知られる経験則によれば、ダイヤモンドはほとんどの場合、25億年以上前に形成された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。 [ 76 ] [ 81 ] : 314 しかし、例外もある。重量で世界最大のダイヤモンド生産量を誇るオーストラリアのアーガイル・ダイヤモンド鉱山は、圧縮テクトニクスを受けた中央クラトンを取り囲む弱い帯である造山帯としても知られる変動帯に位置している。[ 82 ]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発見されている。[ 76 ]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種類の岩石から発見されています。[ 76 ] 

キンバーライトは、幅の狭い（1～4メートル）岩脈や岩床、および直径約75メートル～1.5キロメートルのパイプ状に分布しています。新鮮な岩石は濃い青緑色から緑がかった灰色ですが、露出すると急速に茶色に変色し、崩れます。[ 83 ]キンバーライトは、スイカ大までの小さな鉱物と岩石の破片（クラスト）が混在する混成岩です。これらは、捕獲結晶と捕獲岩（下部地殻とマントルから運ばれた鉱物と岩石）、表層岩の破片、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。組織は深度によって異なります。その組成はカーボナタイトと連続体を形成しますが、後者は酸素が多すぎて炭素が純粋な形で存在できません。その代わりに、炭素は鉱物の方解石（Ca C O3）。[ 76 ]

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）には、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）が欠けています。キンバーライトではオリビンが大きく目立つ一方、ランプロアイトにはチタン金雲母、ランプロファイアには黒雲母と角閃石が含まれています。これらはすべて、少量の溶融物から急速に噴出するマグマに由来し、揮発性物質と酸化マグネシウムに富み、玄武岩などのより一般的なマントル溶融物よりも酸化性が低いです。これらの特性により、溶融物はダイヤモンドを溶解する前に地表に運ぶことができます。[ 76 ]

探検

カナダ北部のラック・ド・グラスの島にあるディアビック鉱山

キンバーライトパイプは見つけるのが難しい場合があります。風化が早く（露出後数年以内）、周囲の岩石よりも地形の起伏が緩い傾向があります。ダイヤモンドは希少であるため、露頭で見えてもダイヤモンドを見ることはできません。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よくあります。現代の探索では、航空磁気調査、電気抵抗率、重力測定などの地球物理学的方法が、調査する有望な地域の特定に役立ちます。これは、同位体年代測定と地質史のモデル化によって支援されます。次に、調査員が地域に出向き、キンバーライトの破片または指標鉱物を探してサンプルを採取する必要があります。後者は、極端な溶融物の枯渇やエクロジャイト内の高圧など、ダイヤモンドが形成される条件を反映した組成を持っています。ただし、指標鉱物は誤解を招く可能性があります。より良い方法は、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地質温度気圧測定です。 [ 76 ]

キンバーライトを見つけるには粘り強さが必要であり、商業的に採算の取れるダイヤモンドを含むのはごくわずかです。1980年頃以降、大規模な発見はカナダでのみ行われました。既存の鉱山の寿命はわずか25年であるため、将来的には新たな天然ダイヤモンドが不足する可能性があります。[ 76 ]

年齢

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で測定される。元素の存在比に応じて、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見ることができる。キンバーライトで見つかったダイヤモンドの年代は10 億年から 35 億年に及び、同じキンバーライトに複数の年代が含まれる場合があり、ダイヤモンドの形成に複数のエピソードがあったことを示している。キンバーライト自体ははるかに新しい。そのほとんどは数千万年から 3 億年前のものであるが、さらに古い例外もいくつかある (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ためだけに機能した。[ 31 ] [ 76 ]キンバーライトはまた、それが噴出したクラトンよりもはるかに新しい。古いキンバーライトが存在しない理由は不明ですが、マントルの化学組成またはテクトニクスに何らかの変化があったことを示唆しています。人類の歴史において、キンバーライトが噴火したことはありません。[ 76 ]

マントル起源

センチメートルサイズのガーネット結晶を含むエクロジャイト
ダイヤモンドに含まれる赤いガーネットの内包物[ 84 ]

宝石品質のダイヤモンドのほとんどは、リソスフェアの深さ150～250kmから産出されます。この深さは、リソスフェアの最も厚い部分であるマントルキール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に十分な圧力と温度を有し、対流も起こらないため、ダイヤモンドはキンバーライトの噴火によってサンプル化されるまで数十億年もの間、貯蔵されます。[ 76 ]

マントルキールの母岩には、ハルツバージャイトとレルゾライトという2種類のペリドタイトが含まれる。上部マントルで最も支配的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まで到達するまでほとんど残存しない。[ 76 ]ダイヤモンドを無傷のまま保持するもう一つの一般的な供給源はエクロジャイトである。これは、海洋プレートが沈み込み帯でマントルに沈み込む際に玄武岩から形成される変成岩である。[ 31 ]

ダイヤモンドのごく一部（約150個が研究されている）は、遷移層を含む深さ330～660kmの領域から産出されている。これらはエクロジャイト中に形成されるが、メイジャーライト（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、より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が、深さ660～800kmの下部マントルから産出されている。[ 31 ]

ダイヤモンドは高温高圧下で熱力学的に安定しており、圧力の上昇に伴いグラファイトからの相転移はより高温で起こる。そのため、大陸の下では950  ℃、4.5ギガパスカルの圧力、つまり水深150 キロメートル以上の深さで安定する。より低温の沈み込み帯では、800℃、3.5ギガパスカルの圧力で安定する。水深240キロメートル以上の深さでは、鉄-ニッケル金属相が存在し、炭素はそこに溶解しているか、炭化物 の形で存在している可能性が高い。したがって、一部のダイヤモンドのより深部起源は、通常とは異なる成長環境を反映している可能性がある。[ 31 ] [ 76 ]

2018年、ダイヤモンドサンプル中の包有物として、氷VIIと呼ばれる氷相の初めての天然サンプルが発見されました。この包有物は深さ400～800kmで形成され、上部マントルと下部マントルにまたがっており、この深さに水を豊富に含む流体が存在する証拠となっています。[ 85 ] [ 86 ]

炭素源

マントルにはおよそ10億ギガトンの炭素がある（比較のために、大気海洋システムは約4万4000ギガトンである）。[ 87 ]炭素には12Cと13Cという2つの安定同位体があり、質量比は約99:1である。[ 76 ]この比率は隕石中では幅広い範囲に見られるため、地球初期には大きく変化していたことがわかる。また、光合成などの地表プロセスによっても変化する。この割合は通常、1000分の1で表されるδ13C比を用いて標準サンプルと比較される。マントルによく見られる玄武岩、カーボナタイト、キンバーライトなどの岩石の比率は-8から-2である。地表では、有機質堆積物の平均は-25であるのに対し、炭酸塩岩の平均は0である。[ 31 ]

異なる起源のダイヤモンドの集団は、δ13C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主に典型的なマントル範囲内にありますが、エクロジャイトダイヤモンドの値は-40から+3の範囲ですが、分布のピークはマントル範囲内にあります。このばらつきは、これらのダイヤモンドが原始的な炭素（地球形成以来マントルに存在していた）から形成されたのではないことを示しています。むしろ、これらは地殻変動の結果として形成されたものですが、（ダイヤモンドの年代を考えると）必ずしも現在作用している地殻変動と同じではありません。[ 76 ]ダイヤモンドを形成する炭素は、アセノスフェアとして知られる、地表に最も近い上部マントルの約700キロメートル（430マイル）で発生します。[ 31 ]

形成と成長

ダイヤモンドの年代ゾーン[ 84 ]

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。（正確な組成が不明であるため、C–O–H–N–Sという漠然とした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：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。[ 31 ]

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用いることで、ダイヤモンド中の一連の成長帯を特定することができます。リソスフェア産のダイヤモンドの特徴的なパターンは、ほぼ同心円状の一連の帯状の構造で、発光に非常に微細な振動が見られ、炭素が流体に再吸収され、再び成長するという周期的な変化が見られます。リソスフェア下部産のダイヤモンドは、より不規則で、ほぼ多結晶に近い組織をしており、これは高温高圧下、そして対流によるダイヤモンドの輸送を反映しています。[ 76 ]

地上への輸送

火山パイプの図

地質学的証拠は、キンバーライトのマグマが毎秒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昇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、マグマから蒸気相が溶出する。これがマグマの流動性を維持するのに役立つ。地表では、最初の噴火が亀裂を通して高速（毎秒200メートル（時速450マイル）以上）で噴出する。その後、圧力が低下すると、岩石は侵食され、パイプを形成し、破砕された岩石（角礫岩）を生成する。噴火が弱まると、火砕岩相が続き、その後、変成作用と水和作用によって蛇紋岩が形成される。[ 76 ]

ダブルダイヤモンド

稀に、内部に空洞があり、その中にもう一つのダイヤモンドが埋め込まれたダイヤモンドが発見されることがあります。最初のダブル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ました。 [ 88 ]もう1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ました。 [ 89 ]

宇宙で

地球上ではダイヤモンドは希少ですが、宇宙では非常に多く存在します。隕石では、炭素の約3%がナノダイヤモンドの形をしており、直径は数ナノメートルです。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組成は、太陽系外の恒星で形成されたことを示唆しています。[ 90 ]

高圧実験では、氷の巨大惑星である天王星と海王星では、メタンから大量のダイヤモンドが凝縮して「ダイヤモンドの雨」となることが予測されている。[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]太陽系外惑星の中には、ほぼ完全にダイヤモンドで構成されているものもある。[ 94 ]

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ります。ダイヤモンドの中で最も硬い形態であるカーボナ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す。[ 95 ] [ 96 ]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ります。[ 97 ]

業界

結婚指輪に取り付けられた4つの留め具で支えられた透明なファセットカットの宝石
リングにセットされたラウンドブリリアントカットのダイヤモンド

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、硬質材料を切削するための工業用研磨材です。宝石グレードと工業用グレードのダイヤモンドの市場では、ダイヤモンドの価値は異なります。

宝石級ダイヤモンド

白色光のスペクトル色への分散は、宝石ダイヤモンドの主要な宝石学的特性である。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性に基づいてダイヤモンドやその他の宝石を等級分けする方法を開発した。通称4Cと呼ばれる4つの特性が、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使用されている。すなわち、カラットでの質量（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、シンメトリー、ポリッシュで等級分けされる）、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相の強さ）、クラリティ（内包物がどれだけ少ないか）である。大きくて欠陥のないダイヤモンドはパラゴンと呼ばれる。[ 98 ] 

宝石グレードのダイヤモンドの大規模な取引が行われている。ほとんどの宝石グレードのダイヤモンドは新しく研磨された状態で販売されているが、研磨済みダイヤモンドの再販市場も確立されている（質屋、オークション、中古宝石店、ディアマンテール、証券取引所など）。宝石グレードのダイヤモンド取引の特徴の1つは、その顕著な集中度である。卸売取引とダイヤモンドのカットは、わずか数か所に限られている。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カットおよび研磨された。[ 99 ]ダイヤモンドのカットと取引の他の重要な中心地は、国際宝石学研究所が本部を置くベルギーのアントワープダイヤモンド地区、ロンドン、ニューヨーク市のダイヤモンド地区、テルアビブのダイヤモンド取引所地区、アムステルダムである。一つの要因として、ダイヤモンド鉱床の地質学的性質が挙げられます。いくつかの大規模な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ます（例えば、ボツワナのジュワネン鉱山は、単一の大規模ピット鉱山で年間12,500,000～15,000,000カラット（2,500～3,000 kg）のダイヤモンドを生産できます[ 100 ]）。

ダイヤモンドの生産と流通は、主に少数の主要企業に集約され、伝統的なダイヤモンド取引の中心地であるアントワープに集中しています。その中でも最も重要なのは、原石ダイヤモンドの80% 、カットダイヤモンドの50%、そして原石、カットダイヤモンド、産業用ダイヤモンドを合わせた全体の50%以上が取引されているアントワープです。[ 101 ]そのため、アントワープは事実上の「世界のダイヤモンドの首都」となっています。[ 102 ]アントワープ市には、1929年に設立されたアントワープ・ダイヤモンド・クリング（原石ダイヤモンド専用の世界初のかつ最大のダイヤモンド取引所）があります。[ 103 ]もう一つの重要なダイヤモンドの中心地はニューヨーク市で、オークションを含め、世界のダイヤモンドの約80%がここで販売されています。[ 101 ]

世界最大のダイヤモンド鉱山会社であるデビアス社は、1888年にイギリス人実業家セシル・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。デビアスは現在、世界最大のダイヤモンド生産施設（鉱山）および宝石品質のダイヤモンドの流通チャネルの運営会社です。ダイヤモンド・トレーディング・カンパニー（DTC）はデビアスの子会社であり、デビアスが運営する鉱山からダイヤモンド原石を販売しています。デビアスとその子会社は、世界のダイヤモンドの年間生産量の約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、世界のダイヤモンド原石の80％以上がデビアスを経由していましたが[ 104 ] 、 2001年から2009年までにその数字は約45％に減少し[ 105 ]、2013年までに同社の市場シェアは金額ベースで約38％、数量ベースではさらに減少しました。[ 106 ]デビアスは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[ 107 ]、残りは主にワーキングストック（販売前に選別中のダイヤモンド）となっている[ 108]。[ 109 ]このことは報道で詳しく報じられているが[ 109 ]、一般にはほとんど知られていない。

デビアスは、影響力を縮小する一環として、1999年に公開市場でのダイヤモンドの購入から撤退し、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も停止した。[ 110 ] 2011年1月現在、デビアスはボツワナ、ナミビア、南アフリカ、カナダの4カ国からのみダイヤモンドを販売していると述べている。[ 111 ]アルロサ以外の重要なダイヤモンド採掘会社には、世界最大の採掘会社であるBHP [ 112 ] 、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[113] 、アフリカでいくつかの主要なダイヤモンド鉱山を所有するペトラ・ダイヤモンズ[ 114 ]などがある。

アムステルダムのダイヤモンド研磨業者

サプライチェーンの下流では、世界ダイヤモンド取引所連盟（WFDB）の会員が卸売ダイヤモンド取引所の仲介役として、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、米国、ヨーロッパ、アジアの他の都市などの主要なカットセンター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。[ 44 ] 2000年に、WFDBと国際ダイヤモンド製造者協会は、戦争や非人道的行為の資金源となるダイヤモンドの取引を防ぐため、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年ごとの世界ダイヤモンド会議のスポンサーや、ダイヤモンドのグレーディングを監督するための国際ダイヤモンド評議会（IDC）の設立などがあります。[ 114 ]

サイトホルダーズ（DTCと3年間の供給契約を結んでいる企業を指す商標）に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る（「工業用」石は宝石市場の副産物とみなされ、研磨剤として使用される）。[ 115 ]原石のカットおよび研磨は、世界でも限られた数の場所に集中している特殊なスキルである。[ 115 ]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、テルアビブである。最近では、中国、インド、タイ、ナミビア、ボツワナにもダイヤモンドカットセンターが設立されている。[ 115 ]人件費の安いカットセンター、特にインドのグジャラート州のスーラトでは、小カラットのダイヤモンドを大量に取り扱っている一方、より大きく価値の高いダイヤモンドを少量扱う場合は、ヨーロッパや北米で行われることが多い。インドでは近年、低コストの労働力を活用したこの産業が拡大し、以前は経済的に実現可能だったよりも大量の小粒ダイヤモンドを宝石として加工することが可能になった。[ 101 ]

宝石として加工されたダイヤモンドは、ダイヤモンド取引所「ブルス」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か所あります。[ 116 ]ブルスとは、ダイヤモンドのサプライチェーンにおける厳格に管理された最終段階です。卸売業者や小売業者でさえ、比較的小ロットのダイヤモンドをブルスで購入することができ、その後、消費者への最終販売に向けて加工されます。ダイヤモンドは、ジュエリーにセットされた状態で販売されることもあれば、セットされていない状態（「ルース」）で販売されることもあります。リオ・ティント社によると、2002年に生産され市場に流通したダイヤモンドの価値は、原石として90億米ドル、カット・研磨済みで140億米ドル、卸売ダイヤモンドジュエリーとして280億米ドル、小売売上高として570億米ドルでした。[ 117 ]

切断

大きな長方形のピンク色の多面カット宝石が、装飾的な縁取りにセットされています。装飾は、メインの宝石の周囲に小さな透明なファセットカットの宝石が一列に並び、片側には宝石のクラスターが紋章を形成しています。紋章は、正体不明の2匹の動物が正面を向く3つの尖った王冠で構成されています。
ダリア・イ・ヌールダイヤモンド — 珍しいダイヤモンドのカットとジュエリーの配置の一例。

採掘されたダイヤモンド原石は、「カッティング」と呼ばれる多段階の工程を経て宝石へと変化します。ダイヤモンドは非常に硬い一方で脆く、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、そして経験を必要とする繊細な工程と考えられています。最終的な目標は、ファセット間の角度を調整することでダイヤモンドの輝き、つまり白色光の分散を最適化するファセットカットの宝石を製作することです。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の軽減は大きく、50%程度になることもあります。[ 118 ]形状はいくつか考えられますが、最終的な決定は科学的な要素だけでなく、実用的な要素も考慮して決定されることが多いです。例えば、ダイヤモンドは展示用、あるいは身に着ける目的で、指輪やネックレスにしたり、単体で、あるいは特定の色や形の他の宝石に囲まれて使用したりすることが想定されます。[ 119 ]ラウンド、ペア、マーキス、オーバル、ハート＆アローダイヤモンドなど、古典的なものと考えられるものもあります。フェニックス、クッション、ソールミオダイヤモンドなど、特定の会社によって生産された特別なものもあります。[ 120 ]

カッティングにおいて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、ユニークなダイヤモンドの場合は何年もかかることがあります。以下の点が考慮されます。

最初のカット後、ダイヤモンドは数段階の研磨を経て形作られます。カットは手間はかかりますが迅速な作業ですが、研磨は徐々に材料を侵食していくため、非常に時間がかかります。研磨技術は十分に発達しており、日常的な作業として技術者が行うことができます。[ 122 ]研磨後、ダイヤモンドは、残存している、あるいは研磨工程によって生じ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、クラックフィリング、ジュエリーにおける石の巧みな配置など、様々なダイヤモンド強化技術によって隠されます。残存する非ダイヤモンド含有物は、レーザードリリングと、生じた空隙の充填によって除去されます。[ 40 ]

マーケティング

ダイヤモンドバランススケール 0.01～25カラット 宝石商の測定ツール

マーケティングはダイヤモンドが貴重な商品であるというイメージに大きな影響を与えました。

20世紀半ばにデビアスが雇った広告会社NWエアー・アンド・サンは、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存在しなかった国々に新しい市場を創造した。NWエアーのマーケティングには、プロダクト・プレイスメント、デビアス・ブランドよりもダイヤモンド製品自体に焦点を当てた広告、有名人や王族との関連付けが含まれていた。デビアス・ブランドを宣伝していない一方で、デビアスは競合他社のダイヤモンド製品も宣伝していたが[ 123 ]、デビアスが20世紀を通じてダイヤモンド市場を独占していたため、これは問題にはならなかった。2008年の世界的経済危機の余波で、デビアスの市場シェアは一時的にアルロサに次ぐ世界第2位に落ち込み、販売ではなく採掘カラット数で見ると29%未満にまで低下した。[ 124 ]このキャンペーンは数十年続いたが、2011年初頭には事実上中止された。デビアスは現在もダイヤモンドの広告を行っているが、今ではその広告は主に自社ブランドやライセンス製品ラインを宣伝しており、完全に「一般的な」ダイヤモンド製品は宣伝していない。[ 124 ]このキャンペーンはおそらく「ダイヤモンドは永遠だ」というスローガンに最もよく表れている。[ 9 ]このスローガンは現在、デビアス ダイヤモンド ジュエラーズ[ 125 ]によって使用されている。同社はデビアス鉱山会社と高級品コングロマリットのLVMHが50/50%出資して設立した宝飾品会社である。

茶色のダイヤモンドはダイヤモンド生産の大きな部分を占め、主に工業用途に使用されていました。宝飾品としては価値がないとみなされ（ダイヤモンドのカラー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、マーケティングが進むにつれて、茶色のダイヤモンドは宝石として認められるようになりました。[ 126 ] [ 127 ]この変化は主に数の変化によるものです。アーガイル鉱山は年間3500万カラット（7,000kg）のダイヤモンドを産出し、世界の天然ダイヤモンド生産量の約3分の1を占めています。[ 128 ]アーガイル鉱山産のダイヤモンドの80%は茶色です。[ 129 ]

工業用ダイヤモンド

ペン型のホルダーに黄色のダイヤモンド刃が取り付けられたダイヤモンドメス
合成ダイヤモンド刃付きメス
小さなダイヤモンドが埋め込まれた磨かれた金属の刃
金属に埋め込まれた小さなダイヤモンドが映っているアングルグラインダーの刃のクローズアップ写真
透過型電子顕微鏡用の超薄切片（通常70～350 nm）を切断するために使用されるダイヤモンドナイフブレード

工業用ダイヤモンドは主に硬度と熱伝導性で評価されるため、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には無関係です。採掘されたダイヤモンドの80％（年間約1億3500万カラット（2万7000 kg）に相当）は宝石としての使用には適さず、工業的に使用されます。[ 130 ]採掘されたダイヤモンドに加えて、合成ダイヤモンドは1950年代に発明されて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、そのうち90％が中国で生産されました。現在、ダイヤモンド研削グリットの約90％は合成由来です。[ 131 ]

宝石品質のダイヤモンドと工業用ダイヤモンドの境界線は明確に定義されておらず、市場の状況に左右される部分もあります（例えば、研磨済みダイヤモンドの需要が高い場合、低品質の石は工業用途として販売されるのではなく、低品質または小さな宝石に研磨されることがあります）。工業用ダイヤモンドのカテゴリーには、最も品質が低く、ほとんどが不透明な石からなるサブカテゴリーがあり、これはボートと呼ばれています。[ 132 ]

ダイヤモンドの工業的利用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最適な材料となっている。天然に存在する物質の中で最も硬いことで知られるダイヤモンドは、他のダイヤモンドを含むあらゆる材料の研磨、切断、摩耗に使用できる。この特性の一般的な工業的応用としては、ダイヤモンドチップ付きドリルビットや鋸、研磨剤としてのダイヤモンド粉末の使用などがある。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）がこのような用途に使用されている。[ 133 ]ダイヤモンドは鉄合金の高速加工には適していない。高速加工によって生じる高温では炭素が鉄に溶解し、ダイヤモンド工具の摩耗が他の工具に比べて大幅に増加するためである。[ 134 ]

特殊な用途としては、実験室における高圧実験用の封じ込め容器（ダイヤモンドアンビルセル参照）、高性能ベアリング、そして限定的な用途ではあるが特殊な窓などが挙げられる。[ 132 ]合成ダイヤモンドの製造は継続的に進歩しており、将来の用途も実現可能になりつつある。ダイヤモンドは高い熱伝導率を有するため、電子機器の集積回路のヒートシンクとして適している。[ 135 ]

鉱業

毎年約1億3000万カラット（2万6000キログラム）のダイヤモンドが採掘され、その総額は約90億米ドルに上ります。また、毎年約10万キログラム（22万ポンド）のダイヤモンドが合成されています。[ 136 ]

ダイヤモンドのおよそ49%は中央アフリカと南アフリカが原産ですが、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物資源が発見されています。[ 131 ]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管から採掘されます。これらの火山管は、地球深部で高圧と高温によって形成されるダイヤモンドの結晶を地表に持ち込むことがあります。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血塗られたダイヤモンドや紛争ダイヤモンドの販売をめぐる懸念など、頻繁に論争の的となっています。 [ 137 ]ダイヤモンドのサプライチェーンは、限られた数の有力企業によって支配されており、世界でも限られた場所に高度に集中しています。

ダイヤモンド鉱石のうち、実際にダイヤモンドが含まれているのはごくわずかです。鉱石は粉砕されますが、その際には大きなダイヤモンドを破壊しないよう注意が必要です。その後、密度によって選別されます。今日では、蛍光X線を用いてダイヤモンドを多く含む密度の高い分画からダイヤモンドが選別され、その後、最終的な選別工程は手作業で行われます。X線の使用が一般的になる以前は、[ 118 ]グリースベルトを用いて選別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ためです。[ 44 ]

シベリアのウダチナヤ ダイヤモンド鉱山
透明な八面体の石が黒い岩から突き出ている
母岩中のこのダイヤモンド原石は、わずかに歪んだ八面体の形状をしており、この鉱物の特徴である。また、光沢のある面は、この結晶が初生鉱床産であることを示唆している。

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とクリシュナ地区の沖積鉱床でのみ発見されていました。[ 138 ]インドは、紀元前9世紀頃にダイヤモンドが発見されてから[ 6 ] [ 139 ] 18世紀半ばまで、世界のダイヤモンド生産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、その時点でインドは1725年にインド以外で最初のダイヤモンドが発見されたブラジルに追い抜かれました。[ 6 ]現在、最も有名なインドの鉱山の1つはパンナにあります。[ 140 ]

ダイヤモンドの一次鉱床（キンバーライトとランプロイト）からの採掘は、1870年代に南アフリカのダイヤモンドフィールドが発見された後に始まりました。 [ 141 ]生産量は時とともに増加し、現在では累計45億カラット（90万kg）が採掘されています。[ 142 ]この量の20%は過去5年間に採掘されており、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操業開始を待っています。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、ロシアにも1つあります。[ 142 ]

アメリカでは、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ます。[ 143 ] [ 144 ] 2004年にアメリカで微小なダイヤモンドが発見されたことを受け、2008年1月にはモンタナ州の辺境地にあるキンバーライトパイプのバルクサンプル採取が行われました。アーカンソー州のダイヤモンド・クレーター州立公園は一般公開されており、一般の人がダイヤモンド採掘を体験できる世界で唯一の鉱山です。[ 144 ]

現在、商業的に採算が取れるダイヤモンド鉱床のほとんどは、ロシア（ほとんどがサハ共和国、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（北オーストラリア州と西オーストラリア州）、コンゴ民主共和国にあります。[ 145 ]英国地質調査所によると、2005年にはロシアが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含有パイプを誇り、アーガイル・ダイヤモンド鉱山の生産量は 1990年代に年間42トンというピークに達しました。 [ 143 ] [ 146 ]カナダのノースウェスト準州とブラジルでも商業鉱床の採掘が活発に行われています。[ 131 ]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とランプロアイト・パイプを世界中で探し続けています。

政治問題

シエラレオネの持続不可能なダイヤモンド採掘。ウィキブックのヴリンダ プロジェクトの一環としてのドキュメンタリー

政治的に不安定な中央アフリカおよび西アフリカ諸国の一部では、革命グループがダイヤモンド鉱山を掌握し、ダイヤモンドの売却益を操業資金に充てています。こうした過程で売却されたダイヤモンドは、紛争ダイヤモンドまたは血塗られたダイヤモンドとして知られています。[ 137 ]

ダイヤモンドの購入が戦争や人権侵害を助長しているという国民の懸念に応えて、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。 [ 147 ]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政府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に、ダイヤモンドの販売で得たお金が犯罪活動や革命活動の資金として使用されていないことを証明することを義務付けることによって行われる。キンバリープロセスは市場に流入す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、まだ一部は市場に流入している。国際ダイヤモンド製造者協会によると、紛争ダイヤモンドは取引されるダイヤモンド全体の2～3％を占めている。[ 148 ]キンバリープロセスの有効性を阻んでいる2つの大きな欠陥がある。(1)アフリカ国境を越えたダイヤモンドの密輸が比較的容易であること、(2)戦争状態になく、ダイヤモンドが「クリーン」とみなされている国でのダイヤモンド採掘の暴力性である。[ 147 ]

カナダ政府は、カナダ産ダイヤモンドの真贋判定を支援するため、「カナダ・ダイヤモンド行動規範」 [ 149 ]と呼ばれる機関を設立しました。これは厳格なダイヤモンド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」ラベルの保護に役立っています。[ 150 ]

鉱物資源の開発は一般的に不可逆的な環境破壊を引き起こすため、国の社会経済的利益と比較検討する必要がある。[ 151 ]

合成物、模造品、強化品

合成繊維

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、研究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および工業用途により、原石の需要が高まっています。この需要は、半世紀以上にわたり様々な方法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、かなりの大きさの宝石品質の合成ダイヤモンドを生産することが可能になりました。[ 75 ]分子レベルで天然石と同一で、視覚的に非常に似ているため、特殊な機器を持つ宝石鑑定士だけがその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。[ 152 ]

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）法によって製造されています。[ 153 ]黄色は窒素不純物によるものです。また、ホウ素の添加や合成後の放射線照射によって、青、緑、ピンクなどの他の色も再現される場合があります。[ 154 ]

合成ダイヤモンドを成長させるもう一つの一般的な方法は、化学気相成長法（CVD）です。この成長は低圧（大気圧以下）下で行われます。この方法では、ガス混合物（通常はメタン1：水素99）をチャンバーに供給し、マイクロ波、高温フィラメント、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化学的に活性なラジカルに分解します。[ 155 ]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（写真参照）。[ 136 ]

2010年時点で、 年間生産される50億カラット（1,000トン）の合成ダイヤモンド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約50％が工業用になります。[ 152 ] [ 156 ]採掘会社の経費は、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、合成ダイヤモンドの製造会社の経費は、宝石品質の無色の合成ダイヤモンドの場合1カラットあたり平均2,500米ドルです。 [ 152 ] : 79 ただし、購入者がファンシーカラーダイヤモンドを探している場合は、合成ダイヤモンドに遭遇する可能性の方が高くなります。なぜなら、天然ダイヤモンドのうちファンシーカラーはわずか0.01％であるのに対し、合成ダイヤモンドのほとんどは何らかの色が付いているからです。[ 157 ]

  • 直径約2ミリメートルの立方八面体結晶が6個あります。淡青色が2個、淡黄色が1個、緑青色が1個、濃青色が1個、緑黄色が1個です。
    高圧高温技術によって生成された様々な色の合成ダイヤモンド
  • 多くのファセットを持つ丸くて透明な宝石。主な面は六角形で、その周りに多くの小さなファセットが配置されています。
    化学蒸着法で成長したダイヤモンドから切り出された無色の宝石

模擬薬

多くのファセットを持つ、丸く輝く透明な宝石。
宝石をカットした合成炭化ケイ素をリングにセット

ダイヤモンド類似品は、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素材で、ディアマンテと呼ばれることもあります。最も一般的なのはキュービックジルコニアです。宝石のモアッサナイト（炭化ケイ素）もダイヤモンド類似品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。どちらも合成で製造されます。[ 158 ]

機能強化

ダイヤモンドのエンハンスメントとは、天然ダイヤモンドまたは合成ダイヤモンド（通常は既にカット・研磨されて宝石となっているもの）に施される特別な処理であり、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リング、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調を向上させる処理、ホワイトダイヤモンドにファンシーカラーを付与する処理などが含まれます。[ 159 ]

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利用されるようになっています。そのような物質の一つに、ダイヤモンドライクカーボンがあります。これは、ダイヤモンドに類似した物理的特性を持つ非晶質炭素質物質です。広告では、このようなコーティングを施すことで、ダイヤモンドに類似した特性の一部がコーティングされた石に移り、ダイヤモンド類似石の美しさが向上すると謳われています。ラマン分光法などの技術を用いれば、このような処理は容易に判別できるはずです。[ 160 ]

識別

走査型電子顕微鏡で撮影したダイヤモンドのカソードルミネッセンス画像

初期のダイヤモンド鑑別検査には、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、ダイヤモンドが他のダイヤモンドを傷つける可能性があるため破壊的なものであり、現在ではほとんど行われていません。代わりに、ダイヤモンドの鑑別は優れた熱伝導性を利用しています。宝石学センターでは、ダイヤモンドと模造品を鑑別するために、電子式サーモプローブが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駆動型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、もう一方のサーミスタは銅の先端の温度を測定します。検査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な速さで伝導し、測定可能な温度低下を引き起こします。この検査には約2～3秒かかります。[ 161 ]

熱プローブはダイヤモンドとほとんどの類似品を分離できますが、合成か天然か、照射済みか未照射かなど、様々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、熱伝導率試験に合格する炭化ケイ素などの一部のダイヤモンド類似品にも用いられます。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も識別可能です。[ 162 ]「完全な」結晶（原子格子レベル）は未だ発見されていないため、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドはどちらも、結晶成長の状況に起因する特徴的な欠陥を常に持ち、それによって互いに区別することができます。[ 163 ]

研究所では、分光法、顕微鏡法、短波紫外線による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。[ 162 ]また、鑑別プロセスを補助するために特別に作られた機器も使用します。検査機器としては、DiamondSureとDiamondViewの2つがあり、どちらもDTCが製造し、GIAが販売しています。[ 164 ]

合成ダイヤモンドを識別する方法はいくつかあり、製造方法やダイヤモンドの色によって異なります。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、スイス宝石学研究所の[ 165 ]ダイヤモンドスポッターで選別できます。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。[ 163 ]同様に、天然ダイヤモンドには通常、異物の混入など、合成ダイヤモンドには見られない小さな欠陥や欠陥があります。

ダイヤモンドの種類を検出するスクリーニング装置は、確実に天然ダイヤモンドと、合成の可能性があるダイヤモンドを区別するために使用できます。合成の可能性があるダイヤモンドについては、専門の研究所でより詳細な調査が必要です。市販のスクリーニング装置としては、D-Screen（WTOCD / HRD Antwerp）、Alpha Diamond Analyzer（Bruker / HRD Antwerp）、D-Secure（DRC Techno）などがあります。

参照

注記

  1. ^茶色がかった色合いは、表面の鉄系不純物によるもので、発見された地質学的堆積環境の証拠となっています。このダイヤモンドは無色である可能性があります。 [ 1 ]

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一般的な参考文献と引用文献

さらに読む

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