Предполагается, что сапфир формируется в глубинных слоях земной коры в условиях высоких давлений и температур. Исходный материал представлен оксидом алюминия с примесями микроэлементов, включая Si, Fe, Co, Mg, Pb, Cr, Ti, V, B. Однако механизм данного процесса до сих пор был не установлен.

Таким образом, по составу сапфир относится к группе корунда. Его цвет обусловлен примесями железа и титана, которые, взаимодействуя с кристаллической решеткой, поглощают световые волны преимущественно в красной и желтой частях спектра, оставляя в основном синюю.

Также к группе корунда относится рубин. Его окраска определяется преобладанием среди примесей хрома.

Считается, что происхождение этих минералов связано с преобразованием древних вулканических пород, обедненных диоксидом кремния и насыщенных натрием и калием.

Новое исследование Гейдельбергского университета было посвящено изучению процесса образования сапфира. Методика состояла в анализе на изотопы кислорода 223 образцов минерала из нагорья Айфель на западе Германии. Этот регион известен обширными излияниями магмы на поверхность, происходившими около 700 тыс. лет. При этом большинство образцов было отобрано в речных отложениях, и лишь некоторые – в эффузивных породах. По словам ученых, это обусловлено вымыванием зерен минерала из магматических пород и последующим отложением среди аллювия, благодаря его прочности. Высокая плотность сапфира упрощает его отбор в речных отложениях, сложенных более легким материалом.