黑钻的化学成分与无色钻石相同，但黑色钻石的晶体结构是不同的。它们由许多以随机形式粘在一起的小晶体构成，而不是具有可识别自然线条的固体晶体。天然黑色钻石通常是不透明的，具有高光泽，使它们具有金属外观。

GIA 的专家分析，大多数天然彩色黑钻石的颜色来自于大量或云团状的微小矿物包裹体，如石墨、黄铁矿或赤铁矿，这些包裹体遍布整个钻石。这些钻石也可能有许多裂痕或裂缝，这些裂痕或裂缝被染成黑色或因石墨化而变黑。正是这些内部特征的浓度导致了着色。实际上，天然黑钻石的实际体色可能从近乎无色到棕色或“橄榄”绿色不等。

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