Geologie
Calcium (oder Kalzium) ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste. In der Natur kommt es hauptsächlich als Kalk, Gips, Anhydrit, Apatit, Dolomit und Flussspat vor. Magnesium ist das achthäufigste Element in der Erdkruste. In der Natur kommt es hauptsächlich als Dolomit, Magnesit, Serpentin, Talk oder Olivin vor.
Darüber hinaus sind beide Elemente in jedem Wasser anzutreffen. Regenwasser, so wie es vom Himmel fällt, enthält keinen Kalk. Es hat aber aus der Luft Kohlendioxid, bis zum dem geringen Kohlendioxidgehalt der Luft entsprechenden Sättigungswert, aufgenommen. Dabei entsteht Kohlensäure. Wasser ist ein sehr gutes natürliches Lösungsmittel. Diese Lösungskraft des Wassers zeigt sich, wenn das Wasser durch Böden versickert. Trifft zum Beispiel ein kohlensäurehaltige Regenwasser beim Versickern auf Kalk oder Dolomit, so reagiert die Kohlensäure mit diesen unter Bildung löslicher Bikarbonate des Calciums und Magnesiums. In fruchtbaren Böden ist die Bodenluft stark mit Kohlendioxid angereichert, sodass das Sickerwasser zusätzliches Kohlendioxid aufnehmen und in der Folge mehr Kalk lösen kann. Aus Karstgestein entspringende Quellen haben daher im Allgemeinen weiches Wasser (Gesamthärte 5 - 10 °dH), während Grundwasser unter fruchtbaren Ackerböden im Allgemeinen hart (Gesamthärte > 16 °dH) ist. Wenn das Sickerwasser allerdings in sauren Böden keinen Kalk zum neutralisieren vorfindet, bleibt das Wasser im Untergrund weich. (Gesamthärte < 3 °dH). Seine Kohlensäure bleibt als freie Kohlensäure gelöst und es ist gegen mineralische und metallische Werkstoffe aggressiv. Weil die Bodenschichten in den Trinkwassergewinnungsgebieten verschiedenen sind, können auch die Härtegrade des Wassers bei einem Wasserversorgungsunternehmen unterschiedlich sein. In Grundwässern, die durch landwirtschaftliche Aktivitäten beeinflusst sind, kann die Härte auf über 30 °dH, ansteigen. Trifft Sickerwasser auf gipshaltige Schichten, kann es aus diesen den Gips auch ohne Kohlensäure auflösen, wodurch die bleibende Härte stark ansteigen kann. Tiefengrundwässer aus gipshaltigen Schichten können im Extremfall die Sättigungskonzentration für Gips erreichen, die einer Härte von 78 °dH entspricht.