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Die Hattorfer Gemarkung grenzt fast unmittelbar an den südwestlichen Fuß des Harzes. Die Entstehung dieses Gebirges war von ausschlaggebender Bedeutung für die Oberflächengestaltung vor allem der ihm vorgelagerten südlichen und südwestlichen Landschaft. Der Harz entstand in der Kulmzeit, die zusammen mit der Oberkarbonzeit (Entstehung der Steinkohle) die zweitjüngste Phase des Erdaltertums ist. In diese Zeit fällt auch die größte Umwälzung im mitteleuropäischen Raum. Man nennt sie die "Variskische Hauptfaltung". In den voraufgegangenen Zeitaltern war Mitteleuropa zum großen Teil vom Meer überflutet. Die Aufwölbung des Harzes wechselte mit Abtragungen ab, und wiederum wurde der große Raum vom Meer bedeckt. Nach dessen Verdunstung blieben riesige Mengen von Stein- und Kalisalz zurück. Außerdem wurden große Lagerstätten leichtlöslicher Gipse und Anhydrit abgesetzt. Diese mehrere hundert Meter starke Schicht nennen die Geologen den Zechstein.

In den folgenden Erdzeitaltern wurden die Ablagerungen des Zechsteinmeeres zunächst von Buntsandsteinschichten überlagert. Danach überflutete das Meer wiederum große Gebiete des heutigen Mitteldeutschlands, das nach seiner Austrocknung Muschelkalk und Keuperschichten zurückließ. In späteren Zeitaltern wurden auch diese wieder abgetragen. Reste der Muschelkalk- und Keuperbedeckung sind im südhannoverschen Raum nur noch im Göttinger Wald und im Ohmgebirge südöstlich von Duderstadt erhaltengeblieben. In der Hattorfer Gemarkung sind die oberen Schichten des Buntsandsteins später ebenfalls abgetragen. Erhaltengeblieben ist nur eine verhältnismäßig dünne Schicht des Unteren Buntsandsteins (su), die durchweg ackerbaulich genutzt wird. Nach Westen hin nimmt der su an Stärke zu. Im Kaliwerk Reyershausen erreicht er eine Tiefe von fast 600 m. Die darunter befindlichen Ablagerungen des Zechsteinmeeres - Salztone, Steinsalz, Anhydrit, Kali und älteres Steinsalz - reichen bis in eine Tiefe von 875 m hinab. Im benachbarten Solling nehmen die Buntsandsteinschichten noch an Stärke zu. Sie erreichen eine Tiefe von 1450 m! Durch die Überlagerung des Zechsteins mit den verschiedenen Schichten des Buntsandsteins war dieser nach oben hin hermetisch abgeschlossen, und die atmosphärischen Niederschläge hatten keinen Zutritt zu den reichen Steinsalz- Kali- und Gipslägern im Untergrunde. Das wurde erst anders, als in der letzten Phase des Tertiärs durch eine verstärkte Unruhe der Erdkruste die Harzscholle sich erneut von ihrer Umgebung abhob.