Las esmeraldas son una variedad de verde a azul verdoso de la especie de gema berilo [Be3Al2 (Si6O18)]. Su color puede provenir de pequeñas cantidades de cromo o vanadio. Son una gema dura pero quebradiza, ya que los defectos son comunes en su formación. Las esmeraldas se forman tanto de forma natural como a través de condiciones artificiales. Las esmeraldas artificiales a veces se denominan esmeraldas "creadas". Los depósitos de esmeralda se encuentran en Carolina del Norte y California en los EE. UU., Así como en Colombia, Brasil, Argelia y los Montes Urales. Las variedades comunes de esmeralda incluyen la esmeralda estrella, la esmeralda colombiana, la esmeralda zambiana, la esmeralda ojo de gato, la esmeralda Trapiche y la esmeralda brasileña. Los minerales comunes que se forman junto a las esmeraldas son el cuarzo, el feldespato y la calcita.
Las esmeraldas naturales se forman en depósitos de pegmatita o venas hidrotermales en ambientes metamórficos. En una vena hidrotermal, los fluidos hidrotermales se han escapado del magma más profundo en la corteza terrestre. Cuando estos fluidos contienen los elementos específicos que se encuentran en las esmeraldas (como el berilio) y comienzan a enfriarse en las venas de depósito, las esmeraldas comienzan a formarse.
En los depósitos de pegmatita, el magma, en lugar de los fluidos hidrotermales, es el componente clave en la formación de las esmeraldas. Cuando el magma se enfría, los elementos permanecen en la solución del líquido sobrante. Cuando quedan los elementos correctos y se dan las condiciones óptimas, como el enfriamiento, se forman las esmeraldas.
En estos entornos, las temperaturas oscilan aproximadamente entre 750 y 930 grados Fahrenheit bajo presiones que ascienden a uno a tres kilobares (aproximadamente de 7,5 a 21,75 toneladas de presión por pulgada cuadrada). El enfriamiento lleva largos períodos de tiempo: las esmeraldas naturales de hoy se formaron hace cientos de millones de años.
Hay dos tipos principales de entornos de formación de esmeraldas sintéticas, hidrotermales y de crecimiento de flujo. El método hidrotermal consiste en hacer crecer una capa de esmeralda sobre un berilo en un ambiente ácido y un "nutriente" rico en silicio. La Los productos químicos se calientan aproximadamente de 930 a 1112 grados Fahrenheit a presiones de 700 a 1400 kilobars (5076 a 10150 toneladas de presión por pulgada cuadrada). El ambiente ácido evita que el cromo se separe del medio de cultivo y el nutriente rico en silicio se mantiene alejado de los otros productos químicos para evitar que las esmeraldas se atrofien en su crecimiento.
Las esmeraldas de crecimiento de flujo implican el cultivo de una esmeralda sintética sobre un berilo incoloro "cristal semilla". Los molibdatos, tungstatos y vanadatos se utilizan para formar un "fundente". Estos materiales se funden. Se hace girar un berilo y se pone en contacto con una "zona de fusión giratoria" y luego se retira. Esto sintetiza el berilo. En este método de cultivo se forman a menudo inclusiones tenues como plumas.