Löslichkeit von Kieselsäuremineralen
Die Löslichkeit von Kieselsäuremineralen in natürlichen Lösungen und Gasen ist von großer Bedeutung. Die Löslichkeit aller Kieselsäureminerale nimmt mit steigender Temperatur und steigendem Druck regelmäßig zu, außer im Bereich von 340-550 °C und 0-600 bar, wo es aufgrund von Änderungen des physikalischen Zustands des Wassers zu einer rückläufigen Löslichkeit kommt. Die Löslichkeit von Kieselsäure steigt in Gegenwart von Anionen wie OH- und CO2-/3, die mit ihr chemische Komplexe bilden.
Quarz ist bei Raumtemperatur die am wenigsten lösliche Form von Kieselsäure. In reinem Wasser beträgt seine Löslichkeit bei 25 °C etwa 6 Teile pro Million, die von glasartiger Kieselsäure ist mindestens zehnmal größer. Typisches Flusswasser aus gemäßigten Klimazonen enthält 14 Teile pro Million Kieselsäure, und enorme Mengen an Kieselsäure werden jährlich aus verwitternden Felsen und Böden in Lösung gebracht. Die auf diese Weise abgetragene Menge kann der Menge entsprechen, die in vielen Klimazonen mechanisch transportiert wird. In fließendem Grundwasser gelöste Kieselsäure kann Hohlkugeln teilweise ausfüllen und Kristalle ausfallen lassen, um Geoden zu bilden, oder sie kann lose Sandkörner zusammenkitten, um Konkretionen und Knötchen oder sogar ganze Sedimentschichten zu Sandstein zu bilden, die, wenn alle Porenräume durch selektive Lösung und nahe Ablagerung während der Metamorphose beseitigt werden, zähe, porenfreie Quarzite bilden.
Gase oder Lösungen, die aus abkühlendem Eruptivgestein oder tiefen Klüften entweichen, sind in der Regel mit Siliziumdioxid und anderen Verbindungen gesättigt, die beim Abkühlen Quarz entlang ihrer Gänge ausfallen lassen und so Adern bilden. Quarz kann feinkörnig (wie Chalcedon), massiv körnig oder in groben Kristallen von bis zu zehn Tonnen Größe vorliegen. Die meisten natürlichen farblosen Quarzkristalle, „Bergkristalle“, sind auf diese Weise entstanden.
Das Aufsteigen erhitzter kieselsäurehaltiger Lösungen auf die Oberfläche führt zu einer raschen Abkühlung und dem Verlust komplexierender Anionen. Die rasche Ausfällung von feinkörnigem Siliziumdioxid führt zur Bildung von Kieselsinter oder Geyserit, wie bei Mammoth Hot Springs im Yellowstone-Nationalpark im Westen der Vereinigten Staaten.
Quarz ist mechanisch widerstandsfähig und chemisch relativ inert während der Gesteinsverwitterung in gemäßigten und kalten Klimazonen. Daher reichert er sich in Fluss-, See- und Strandsedimenten an, die in der Regel mehr als die Hälfte ihres Gewichts an Quarz enthalten. Einige Schichten bestehen über große seitliche Entfernungen und Dutzende oder Hunderte von Metern in der Dicke fast vollständig aus Quarz. Diese als Glassande bezeichneten Schichten sind wichtige wirtschaftliche Quellen für Kieselsäure in der Glas- und Chemieindustrie. Quarzhaltige Gesteinsschichten sind in metamorphen Böden häufig anzutreffen. Die Wiedereinlagerung von freiem Siliziumdioxid in komplexe Silikate und die Lösung und Wiederablagerung von Siliziumdioxid in Adern ist charakteristisch für solche Gebiete.