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天然寶石都是在地底下經歷了漫長而不同的高溫高壓環境，才得以形成的。人們一般根據岩石的形成屬性分為三類：火成岩、變質岩、沉積岩。火成岩指岩漿或氣體結晶而成，變質岩指現有物質高溫高壓再結晶，而沉積岩則是水溶液物質結晶而成。
鑽石化學元素構成最為簡單，僅為碳原子。但是因為其排列方式的特別，使得鑽石稱為硬度最高的寶石。鑽石的形成得益於地表深處的高溫高壓，使得碳元素被擠壓於特殊的岩石礦脈中重新排列冷卻後得到的。
而紅寶石和藍寶石一般是岩漿結晶過程中形成。它們同屬於剛玉，化學成分主要為三氧化二鋁。純淨的剛玉是無色透明的，紅寶石的顏色形成，是因為剛玉中含有鉻元素；藍寶石的顏色形成，是因為其中含有鈦元素或鐵元素。
橄欖石也形成於岩漿噴發過程，一般是岩漿侵入地表結晶過程中形成。其主要成分是鎂或鐵的硅酸鹽，同時還含有錳鎳等元素。
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