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天然宝石都是在地底下经历了漫长而不同的高温高压环境，才得以形成的。人们一般根据岩石的形成属性分为三类：火成岩、变质岩、沉积岩。火成岩指岩浆或气体结晶而成，变质岩指现有物质高温高压再结晶，而沉积岩则是水溶液物质结晶而成。
钻石化学元素构成最为简单，仅为碳原子。但是因为其排列方式的特别，使得钻石称为硬度最高的宝石。钻石的形成得益于地表深处的高温高压，使得碳元素被挤压于特殊的岩石矿脉中重新排列冷却后得到的。
而红宝石和蓝宝石一般是岩浆结晶过程中形成。它们同属于刚玉，化学成分主要为三氧化二铝。纯净的刚玉是无色透明的，红宝石的颜色形成，是因为刚玉中含有铬元素；蓝宝石的颜色形成，是因为其中含有钛元素或铁元素。
橄榄石也形成于岩浆喷发过程，一般是岩浆侵入地表结晶过程中形成。其主要成分是镁或铁的硅酸盐，同时还含有锰镍等元素。
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