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In Thüringen treten mehrere geologisch markante Einheiten und Teilräume hervor: das Thüringer Schiefergebirge, der Thüringer Wald, der südliche Harz und das weit gespannte Thüringer Becken.

Paläozoikum (Erdaltertum)
Die ältesten Gesteine in Thüringen treten im südöstlich des Thüringer Waldes gelegenen Thüringer Schiefergebirge auf. Die Gesteinsfolge dieses Gebirges reicht vom Präkambrium, also von der Erdfrühzeit, bis zum Karbon.
Der Thüringer Wald erstreckt sich als Nordwest-Südost verlaufende schmale Scholle, die sich an der Fränkischen Linie aus dem Werratal im Südwesten und dem Thüringer Becken im Nordosten erhoben hat. Es überwiegen Gesteine des Rotliegenden, die von mächtigen Graniten durchbrochen werden. Mit der Hebung des Thüringer Waldes wurden auch die ursprünglich horizontal gelagerten Ablagerungen der Umgebung – Sedimente vom Zechstein bis zum Erdmittelalter – mitgeschleppt, verbogen und zerbrochen.
Auch der Harz hat sich als Pultscholle aus dem Deckgebirge herausgehoben. Im Norden erfolgte eine stärke Hebung als im Süden, wo sich eine Abfolge aus Karbon, Rotliegendem und Zechstein zeigt.

Mesozoikum (Erdmittelalter)
Das Deckgebirge aus Schichten des Erdmittelalters blieb in der Thüringer Mulde zwischen Harz, Thüringer Wald und Thüringer Schiefergebirge erhalten. Hier treten die Schichten der Trias (Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper) an die Oberfläche. Vom Rand zum Zentrum folgen immer jüngere Schichten: an den Rändern wie dem Holzland im Süden sowie dem Eichsfeld und der Windleite im Norden liegt Buntsandstein, weiter zum Zentrum hin folgt im Hainich, dem Dün, der Hainleite sowie westlich der Saale Muschelkalk, im Zentrum des Thüringer Beckens steht Keuper an. An Störungen stellt sich die Trias steil auf, so erheben sich an der rund 150 km langen Finnestörung die Schmücke und die Finne über ihre Umgebung. Die Trias-Landschaft setzt sich in Südthüringen jenseits des Thüringer Waldes fort.

Känozoikum (Erdneuzeit)
Jüngeren Datums sind die basaltischen Ergussgesteine in Südthüringen. In der Heldburger Gangschar reichen vulkanische Gänge mit schlotförmigen Erweiterungen bis an die Erdoberfläche. Der Gipfel des Großen Gleichberg (679 m) baut sich aus einem solchen Gang auf.
Im Thüringer Becken konnten sich aufgrund der Muldengestalt oberhalb der Sedimente der Trias junge Ablagerungen aus der Erdneuzeit ablagern. Dabei handelt es sich überwiegend um pleistozäne Flussablagerungen und Löss. Die beiden gestrichelten violetten Linien zeigen die jeweilige Südgrenze der Vergletscherung während der Saale- und der Elster-Eiszeit.
H. Kiegel