Les émeraudes sont une variété verte à bleu verdâtre de l'espèce gemme béryl [Be3Al2 (Si6O18)]. Sa couleur peut provenir de quantités infimes de chrome ou de vanadium. Ce sont des pierres précieuses dures mais fragiles, car les défauts sont courants dans leur formation. Les émeraudes se forment à la fois naturellement et par des conditions artificielles. Les émeraudes artificielles sont parfois appelées émeraudes « créées ». Les gisements d'émeraude se trouvent en Caroline du Nord et en Californie aux États-Unis ainsi qu'en Colombie, au Brésil, en Algérie et dans les montagnes de l'Oural. Les variétés courantes d'émeraude comprennent l'émeraude étoilée, l'émeraude colombienne, l'émeraude zambienne, l'émeraude œil de chat, l'émeraude Trapiche et l'émeraude brésilienne. Les minéraux communs qui se forment à côté des émeraudes sont le quartz, le feldspath et la calcite.
Les émeraudes naturelles se forment soit dans des gisements de pegmatite, soit dans des veines hydrothermales dans des environnements métamorphiques. Dans une veine hydrothermale, des fluides hydrothermaux se sont échappés du magma plus profondément dans la croûte terrestre. Lorsque ces fluides contiennent les éléments spécifiques qui se trouvent dans les émeraudes (comme le béryllium) et commencent à se refroidir dans les veines de dépôt, les émeraudes commencent à se former.
Dans les gisements de pegmatite, le magma, au lieu des fluides hydrothermaux, est le composant clé de la formation des émeraudes. Lorsque le magma se refroidit, les éléments restent dans la solution du fluide restant. Lorsque les bons éléments restent et que les conditions optimales telles que le refroidissement sont en place, des émeraudes se forment.
Dans ces environnements, les températures varient d'environ 750 à 930 degrés Fahrenheit sous des pressions s'élevant à un à trois kilobars (environ 7,5 à 21,75 tonnes de pression par pouce carré). Le refroidissement prend de longues périodes de temps: les émeraudes naturelles se sont aujourd'hui formées il y a des centaines de millions d'années.
Il existe deux principaux types d'environnements de formation d'émeraude synthétique, hydrothermaux et de croissance de flux. La méthode hydrothermale consiste à cultiver un placage d'émeraude sur un béryl dans un environnement acide et un « nutriment » riche en silicium. le les produits chimiques sont chauffés à environ 930 à 1112 degrés Fahrenheit à des pressions de 700 à 1400 kilobars (5076 à 10150 tonnes de pression par pouce carré). L'environnement acide empêche le chrome de se séparer du substrat de culture et le nutriment riche en silicium est conservé des autres produits chimiques pour éviter de retarder la croissance des émeraudes.
Les émeraudes à croissance de flux impliquent la croissance d'une émeraude synthétique sur un béryl incolore de "cristal de graine". Les molybdates, les tungstates et les vanadates sont utilisés pour former un « flux ». Ces matériaux sont fondus. Un béryl est mis en rotation et est placé en contact avec une "zone de fusion rotative", puis retiré. Cela synthétise le béryl. Des inclusions vaporeuses ressemblant à des plumes se forment souvent dans cette méthode de culture.