Geología y formación

Casi todos los diamantes naturales cristalizaron en las raíces profundas de bloques continentales antiguos y estables llamados cratones, a presiones superiores a 4 GPa y temperaturas de 950–1400 °C. GIA sitúa el techo de ese campo de estabilidad en unos 140 km, y la mayoría de los diamantes de calidad gema crecieron entre unos 150 y 250 km. La datación de las inclusiones les da edades superiores a los mil millones de años, y algunas cercanas a los 3500 millones.

Los diamantes llegan a la superficie en solo tres tipos raros de magma: la kimberlita, la lamproíta y el lamprófido. Los tres se forman por fusión parcial escasa en el manto profundo, son ricos en volátiles y en magnesio y hacen erupción deprisa, a una velocidad estimada de 4 a 20 m por segundo. El magma kimberlítico puede generarse a 200–300 km de profundidad. Se abre paso hacia arriba fracturando la roca, el gas sale de la disolución al caer la presión y la erupción construye una chimenea de tres partes: un cráter, una diatrema de roca fragmentada con paredes de casi 82 grados y una zona de raíz de kimberlita intrusiva. Según la regla de Clifford, las kimberlitas diamantíferas hacen erupción a través de las partes arcaicas más antiguas de los cratones. La mina Argyle, en Australia Occidental, una lamproíta, fue una productora destacada de diamantes rosas y pardos hasta su cierre en 2020. Incluso el buen mineral es pobre: el USGS cifra las leyes de la kimberlita explotada entre 0.1 y 0.6 ppm de diamante.

Los diamantes superprofundos se formaron a unos 300–800 km y suponen, según las estimaciones, el 2% de los diamantes extraídos en el mundo. Entre ellos están las piedras CLIPPIR, pobres en nitrógeno, y los diamantes azules de tipo IIb con boro.

La erosión libera las gemas de su roca encajante, y los ríos, las olas y las corrientes las transportan. Los minerales gemíferos son duros, químicamente resistentes y más densos que la arena de cuarzo, así que se acumulan donde las corrientes pierden fuerza: barras de grava, marmitas, antiguas terrazas fluviales y playas. Esas concentraciones son placeres; los placeres depositados por los ríos son aluviales. Los cristales defectuosos tienden a romperse durante el transporte, de modo que los placeres suelen ser más ricos en piedras sanas que sus fuentes. La revisión de GIA sobre los yacimientos de corindón señala que los placeres en contextos metamórficos, como Ratnapura y Elahera en Sri Lanka e Ilakaka en Madagascar, dan los zafiros de mayor calidad.

El mayor sistema de placeres de diamante se extiende por la costa atlántica del sur de Namibia. El río Orange fue el conducto principal que llevó los diamantes desde el interior del África austral hasta la costa, y la deriva litoral hacia el norte los repartió por las playas y el fondo marino a lo largo de más de 150 km más allá de la antigua desembocadura. Tanto el tamaño de la grava como el de los diamantes disminuyen hacia el norte. Un estudio de 2006 sobre estos yacimientos atribuyó a la costa namibia más del 55% de los 130 millones de quilates de diamantes aluviales extraídos en el África austral hasta entonces. Hoy domina la minería marina: un artículo de 2020 describe una flota de siete buques que trabajan el fondo marino a profundidades de agua de hasta 150 m y recuperan más de tres cuartas partes de la producción namibia de diamantes.

Una pegmatita es una roca ígnea formada por cristales entrelazados de tamaño inusual. La mayoría de las pegmatitas gemíferas son graníticas. Cristalizan a partir de la última fracción, rica en agua, de un magma granítico que se enfría, un residuo enriquecido en elementos incompatibles que no encajan con facilidad en los minerales formadores de roca comunes: litio, berilio, boro, flúor, fósforo, rubidio, niobio, cesio y tantalio. A las bajas temperaturas de esta etapa, los cristales nuevos se inician más despacio de lo que crecen los ya existentes, así que unos pocos cristales alcanzan gran tamaño en lugar de quedarse muchos pequeños. Trabajos recientes apuntan a que las tasas de crecimiento pueden llegar a un metro o más por día.

Los cristales de calidad gema aparecen sobre todo en bolsadas abiertas o rellenas de arcilla en el núcleo y las zonas centrales del cuerpo, donde crecieron libremente hacia un espacio ocupado por fluido. Los cuerpos con esas cavidades se llaman pegmatitas miarolíticas y se sitúan dentro o cerca de plutones que intruyeron a poca profundidad en la corteza. Las pegmatitas de la familia litio-cesio-tantalio (LCT) superan con mucho en número a las de la familia niobio-itrio-flúor (NYF), y son productoras importantes de turmalina, berilo, espodumena, topacio y granate de calidad gema.

Entre los distritos pegmatíticos gemíferos conocidos están Minas Gerais en Brasil, Madagascar, el distrito de Skardu en Pakistán y el condado de San Diego en California, donde la mina Oceanview sigue dando kunzita. Las pegmatitas han producido algunos de los mayores cristales conocidos, con espodumenas y berilos descritos de 10 m o más de longitud.

Muchos de los rubíes más valorados crecieron en mármol, una roca metamórfica formada cuando la caliza recristaliza bajo calor y presión. Una franja de yacimientos en mármol recorre Asia Central y el Sudeste Asiático: Jegdalek en Afganistán, el valle de Hunza y Nangimali en Pakistán, Chumar y Ruyil en Nepal, Mogok y Mong Hsu en Myanmar, y Luc Yen y Quy Chau en Vietnam. Todos se sitúan en terrenos deformados por la colisión de la India con Asia, y la datación radiométrica da a los yacimientos de Asia Central y del Sudeste Asiático edades del Oligoceno al Plioceno, de unos 40 a 5 millones de años.

La revisión de GIA sobre los yacimientos de corindón sitúa el crecimiento del rubí en estos mármoles en torno a 620–670 °C y 2.6–3.3 kbar. Los cristales aparecen dispersos por la roca junto con flogopita, moscovita, escapolita, margarita, espinela, titanita, pirita y grafito, y por eso de las mismas labores sale espinela roja fina, sobre todo en Mogok. El Mogok Stone Tract, en Myanmar, produce rubíes sangre de pichón desde alrededor del año 600 d. C.

No todos los yacimientos de rubí fino están encajados en mármol. Montepuez, en Mozambique, es un yacimiento de tipo anfibolita en rocas máficas y ultramáficas metamorfizadas, y la mayor parte de su producción procede de terrenos secundarios cercanos: coluviones de fragmentos angulosos, con una proporción menor de cantos aluviales lisos y redondeados.

Muchos zafiros azules, verdes y amarillos se recuperan de suelos y gravas sobre campos de basalto alcalino joven. Los yacimientos de esta clase van de Tasmania al este de Australia, el Sudeste Asiático y el este de China hasta el extremo oriental de Rusia, y también se explotan en Nigeria y Camerún, en Madagascar y en Aksum, en Etiopía. El basalto no creó las gemas. Los zafiros son xenocristales, cristales ajenos a la lava que los transportó, y se encuentran en coladas y tapones de basalto olivínico subalcalino, basalto alcalino rico en alúmina y basanita, en contextos corticales estirados sobre plumas ascendentes del manto. La meteorización de esas coladas deja los yacimientos aluviales que se explotan hoy, sobre todo en el norte de Nueva Gales del Sur y el centro de Queensland.

Estos zafiros tienen una química reconocible. En un estudio de 2007, J.-J. Peucat y sus colegas mostraron que los zafiros azules magmáticos de basaltos alcalinos llevan de 2000 a 11000 ppm de hierro, más de 140 ppm de galio y por lo general menos de 20 ppm de magnesio, lo que da relaciones galio/magnesio superiores a 10. Los zafiros azules metamórficos, entre ellos las piedras pastel de Pailin, en Camboya, y el material de Mogok, Sri Lanka e Ilakaka, llevan menos de 3000 ppm de hierro y quedan por debajo de una relación de 10. Los laboratorios siguen usando esa separación como una línea de evidencia.

Los zafiros de Yogo Gulch, en Montana, son un caso magmático emparentado, pero su roca encajante es un lamprófido alcalino y no un basalto.

La esmeralda necesita berilio, que se concentra en granitos y pegmatitas, junto con cromo o vanadio, que se concentran en rocas oscuras máficas y ultramáficas y en algunas lutitas. La mayoría de los yacimientos reúnen los dos: la revisión de GIA sitúa el tipo encajado en rocas máficas y ultramáficas metamorfizadas en torno al 70% de la producción mundial, con Brasil, Zambia y Rusia como principales proveedores.

Los yacimientos de Colombia en la cordillera Oriental se formaron de otra manera, sin actividad ígnea de por medio. Las esmeraldas aparecen en vetas y brechas dentro de lutitas negras del Cretácico Inferior. En un artículo de 1994 en Nature, T. L. Ottaway y sus colegas mostraron, para la mina de Muzo, que unas salmueras hidrotermales llevaron sulfato evaporítico hasta estructuras favorables, donde se redujo químicamente; el azufre reaccionó después con la materia orgánica de la lutita y liberó el cromo, el vanadio y el berilio allí atrapados. GIA sitúa estos fluidos de cuenca entre 300–330 °C y hasta un 40% en peso de NaCl equivalente, formados en profundidad donde el agua meteórica y la de formación encontraron capas de sal y series evaporíticas.

Las minas se reparten en dos grupos. La zona occidental reúne Muzo, Coscuez, Peñas Blancas, Cunas, La Pita y Yacopí; la zona oriental reúne los distritos de Gachalá, Chivor y Macanal.

Los campos australianos de ópalo noble se sitúan en la Gran Cuenca Artesiana y a lo largo de su borde, cuyas rocas cretácicas se depositaron en un mar interior somero, el mar de Eromanga, y en sus orillas. Coober Pedy y Andamooka en Australia Meridional, White Cliffs y Lightning Ridge en Nueva Gales del Sur y los campos de ópalo boulder de Queensland se asientan todos en estos sedimentos, y el ópalo se recupera sobre todo de sus unidades cretácicas de arenisca y arcillolita.

Cómo se formó el ópalo sigue siendo objeto de discusión. El estudio de GIA sobre estos campos expone una teoría de la meteorización, una teoría microbiana y una teoría sintectónica, mientras que trabajos más recientes apuntan a un frente redox que avanza por un perfil profundamente meteorizado. La cronología también se discute.

El estilo del yacimiento cambia según el campo. En Lightning Ridge, el ópalo negro aparece como nódulos en una arcilla blanquecina de la Finch Claystone, del Cretácico Inferior; los mineros los llaman nobbies, y los yacimientos suelen estar a menos de 30 m de la superficie. Buena parte de un nobby es potch gris oscuro, ópalo común, con ópalo noble en una parte de él, y ese fondo oscuro es lo que da al ópalo negro fino su juego de colores. En Queensland, el ópalo rellena concreciones silíceas ferruginosas que los mineros llaman hojas de nenúfar o nueces, en la Desert Sandstone del Cretácico Superior. El ópalo también ha reemplazado fósiles cretácicos, desde organismos microscópicos hasta esqueletos de dinosaurio.

Dos materiales se sitúan en el límite de la gemología: uno real pero casi nunca lo bastante grande para tallarlo, y otro cuya existencia se discute.

La moissanita es carburo de silicio. El carburo de silicio natural es muy raro y se ha encontrado como cristales diminutos, por lo general de menos de 1.5 mm, en solo unos pocos yacimientos del mundo. Los mayores cristales naturales conocidos proceden del río Kishon, en el norte de Israel, donde el material recuperado pasó de 0.1 a 1 mm hacia el año 2000, a 2.2 mm en 2002, 3.5 mm en 2009 y 4.1 mm en 2012. A esos tamaños los cristales naturales no pueden facetarse, así que la moissanita que se usa en joyería es cultivada en laboratorio.

La lonsdaleíta, llamada también diamante hexagonal, se ha utilizado mucho como marcador de impactos de asteroides y se cree que desempeña un papel central en el paso del grafito al diamante. Pese a un largo esfuerzo, nunca se ha producido ni descrito como material independiente y puro. En 2014, Péter Németh y sus colegas informaron en Nature Communications de que las muestras que presentan los rasgos atribuidos a la lonsdaleíta son diamante cúbico saturado de maclas {113} y fallas de apilamiento {111}, incluido el material del meteorito Canyon Diablo que dio pie a la descripción original. Sostuvieron que el mineral no existe como material diferenciado y que los trabajos que se apoyan en él deben revisarse.