Siliziumdioxid bildet in Form von Silikaten (Feldspäte, Tonmineralien) oder in freier Form (Quarz) den Hauptbestandteil der festen Erdkruste. Silikate und freies Siliziumdioxid (Quarz) befinden sich in einem natürlichen Kreislauf von Neubildung und Zersetzung: Silikate reagieren mit Kohlendioxid und zerfallen zu Siliziumdioxid und Carbonaten in einem sehr langsamen chemischen Prozeß, der "freiwillig", d.h. ohne Energiezufuhr von außen abläuft. Andererseits werden gleichzeitig Silikate aus ihren Zersetzungsprodukten durch Aufschmelzen fester Erdkruste durch Erdwärme und unter Freisetzung von Kohlendioxid durch Vulkanismus neu gebildet. Gäbe es den Neubildungsprozeß nicht mehr, so würden etwa 5 % der jährlich von Menschen aus fossilen Energieträgern freigesetzten Kohlendioxidmenge im gleichen Zeitraum durch den chemischen Silikatzerfall gebunden.
Natürliches Silikat sowie festes Siliziumdioxid lösen sich in sehr geringen Konzentrationen im Wasser; die Löslichkeit z.B. von Quarz beträgt lediglich 2,9 mg/l bei 25°C. Das Siliziumdioxid löst sich dabei unter Bildung von Kieselsäure bzw. ihrer löslichen Silikatsalze. Durch die gewaltigen Wassermassen der Flußläufe gelangen auf diese Weise jedes Jahr mehrere Milliarden Tonnen gelöstes Siliziumdioxid (Kieselsäure) in die Weltmeere. Die Bindung von im Wasser gelöster Kieselsäure durch Kieselalgen, Sedimentation am Meeresboden, Rückzug des Meeres, Erosion, Umlagerung und nachfolgende Verwitterung der chemisch weniger beständigen Minerale sind typische Schritte, die nacheinander in einem Zeitraum vieler Millionen Jahre zur Entstehung von Quarzsandlagerstätten führen.
Durch chemisch-physikalische, aber auch durch biologische Prozesse (Verkieselung) können in geologischen Zeiträumen aus Quarzsanden wieder Quarzgesteine entstehen. Zahlreiche Quarzlagerstätten mit mächtigem Quarzgestein und Quarzgängen entstanden durch magmatische Intrusionen.
Durch Verwitterung und Transport von Quarzgestein durch Gletscher oder Wasser können grobe Körnungen mit hohem Quarzgehalt (= Quarzkies) entstehen. Beim Transport werden die Teilchen abgeschliffen und gerundet. Dabei werden Mineralien mit geringer mechanischer Festigkeit völlig zerrieben, während sich der Gehalt an Quarz wegen seiner hohen Härte anreichert. Je höher die Fließgeschwindigkeit des Wassers ist, dem ein Sand- / Kies- Sediment ausgesetzt ist, desto gröber die zurückbleibende Körnung, die dabei nicht fortgeschwemmt wird.
(aktualisiert Februar 2005)