Per secoli scienziati di tutto il mondo hanno cercato indizi sulla natura dei processi e delle condizioni necessarie allo sviluppo dei minerali, comprese le gemme.

La soluzione venne con la scoperta dei metodi per sintetizzare i materiali gemmiferi in laboratorio. Da questi esperimenti mirati, gli scienziati furono in grado di determinare i tre fattori indispensabili alla formazione di materiale gemmifero: elementi chimici, temperatura, pressione.

Dai diversi materiali primari presenti in un ambiente di formazione gemmifero dipende il tipo di gemma che potrebbe formarsi in quel determinato luogo. Se prendiamo ad esempio il quarzo, la sua formula chimica SiO₂, ci dice che questo materiale può prodursi solo dove siano presenti due elementi, la silice e l’ossigeno, e siccome questi elementi costituiscono oltre il 74% del peso della crosta terrestre, non deve sorprendere l’abbondanza di quarzo in qualsiasi punto del pianeta, sebbene la qualità da gemme sia ugualmente rara.

Quando gli elementi chimici indispensabili sono presenti nell’ambiente, per la formazione di una gemma è necessario che anche le condizioni di temperatura e pressione si trovino nel giusto equilibrio.
In caso contrario, al posto di una gemma si svilupperà un prodotto alquanto differente. Prendiamo in esempio il comportamento del carbonio. In determinate condizioni di temperatura e pressione, il carbonio brucia producendo dei gas, il monossido oppure il biossido di carbonio. A condizioni differenti di pressione e temperatura il carbonio cristallizza nel materiale noto come grafite. Solo nella rara combinazione di calore estremo e pressione elevatissima il carbonio cristallizzerà sotto forma di diamante.

È nata la nostra gemma! Cosa ci vuole perché diventi grande?
Il processo di crescita dei cristalli è molto simile alla forza di attrazione esercitata da un magnete nei confronti di oggetti di ferro. A causa delle proprie cariche elettriche, gli atomi di determinati elementi vengono attirati gli uni verso gli altri.

Una volta ammassatisi, questi atomi attraggono altri atomi presenti nell’ambiente, che si depositano, strato dopo strato, sul cristallo in crescita, imitando lo stesso ordine seguito dai primi atomi che hanno dato origine al cristallo formando la struttura cristallina.
Un cristallo continuerà il suo sviluppò fino a quando avrà la possibilità di attirare nuovi atomi dall’ambiente circostante e non troverà alcun ostacolo sul suo cammino.

In natura ciò accade molto raramente. Nella maggioranza dei casi le condizioni dell’ambiente mutano prima che un cristallo da gemma abbia il tempo di accrescere completamente.
Perfino quando le circostanze rimangono stabili, l’ambiente limitrofo o la concorrenza con un altro cristallo potrebbero non lasciare al cristallo in crescita lo spazio sufficiente a raggiungere il suo completamento.