Mapeo de Occidente. Desde 1867 prácticamente hasta finales del siglo XIX, una serie de estudios geológicos dirigidos por Clarence King (1842-1901), Ferdinand V. Hayden (1829-1887) y John Wesley Powell (1834-1902) exploraron y cartografiaron Occidente. Realizado bajo la égida del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU., El estudio de King del cuadragésimo paralelo (la "Gran Cuenca" entre las Montañas Rocosas medias y Sierra Nevada) en 1867 fue principalmente utilitario en sus objetivos: King había justificado el estudio afirmando estimularía el descubrimiento de depósitos minerales. Sus libros La industria minera (1870) y Geología sistemática (1878) fueron productos de esta encuesta.
Buscando dinosaurios. Hayden, que se incorporó al Departamento del Interior en 1867, organizó un estudio de los territorios occidentales, impulsó el establecimiento del Parque Yellowstone (que fue autorizado en 1872) y se convirtió en el primer director de lo que entonces se llamaba el Servicio Geológico y Geográfico de EE. UU. Territorios. Hayden estableció la tradición de vincular a los paleontólogos a los estudios geológicos, siendo los mejores Edward Drinker Cope, conocido por sus estudios de los dinosaurios, y el gran paleobotánico Leo Lesquereux. En lo que respecta a la geología, los resultados de los estudios de King y Hayden fueron estratigráficos, mapeando capas de
rock siguiendo la terminología establecida por James Dwight Dana en su influyente Manual de geología (1863).
Powell y Geomorfología. Durante la década de 1870, Powell estableció su propio estudio en la cuenca del río Colorado. Su tipo de ciencia de la tierra era bastante diferente al de sus predecesores. Si bien King y Hayden habían sido estratígrafos clásicos, Powell y su equipo estaban más interesados en la geomorfología, es decir, los procesos históricos que habían creado las principales características topográficas de la región. Así, uno de los principales intereses de Powell estaba en la fuerza de erosión que había abierto los cañones de Occidente. En 1875 Powell contrató a Grove Karl Gilbert para estudiar las montañas Henry en Utah. El informe de Gilbert de 1877 incluye un capítulo importante sobre los principios de la escultura de la tierra por el agua y la lluvia. Además del clima, Gilbert encontró otras dos condiciones que influyen en la forma en que el agua erosiona las rocas. De acuerdo con la ley de la estructura, la roca blanda se lava más rápido que la roca dura, que permanece en formaciones prominentes. La ley de los declives, la contribución más importante de Gilbert a la geología moderna, se ocupa de las pendientes de las líneas de drenaje: cuanto más cerca esté una pendiente de la división entre dos cuencas hidrográficas, más empinada será; ya la inversa, cuanto más lejos esté de la división, más suave será.
Establecimiento del Servicio Geológico de Estados Unidos. El Ejército de los Estados Unidos también trazó mapas de Occidente durante la década de 1870, principalmente para satisfacer su necesidad de mapas precisos en las campañas indias. Hayden y Powell se opusieron a los proyectos de mapeo del ejército debido a la inevitable duplicación de esfuerzos y porque una nueva generación de científicos estadounidenses no quería servir bajo las órdenes de oficiales del ejército que no tenían educación científica. Powell también sintió que los mapas dibujados por científicos civiles mostrarían tanto las características topográficas que el ejército necesitaba como características geológicas científicamente interesantes. Finalmente, la Academia Nacional de Ciencias recomendó que se estableciera un Servicio Geológico de EE. UU. Dentro del Departamento del Interior para proporcionar datos económicamente útiles, una estrategia diseñada para atraer a los congresistas occidentales, mientras que el Servicio de la Costa permanecería a cargo de la geodesia y la topografía. Como resultado, el Servicio Geológico, con King como director, se estableció en 1879.
Liderazgo de Powell. A partir de sus estudios anteriores sobre Occidente, Powell llegó a creer que las leyes que regulan el asentamiento de las regiones áridas de Occidente eran destructivas para el medio ambiente. Se opuso a la provisión en la Ley de Homestead (1862) de 160 acres por colono, favoreciendo la concesión de parcelas más pequeñas que podrían ser irrigadas. Los intereses del pastoreo occidental derrotaron los intentos de Powell de convencer al Congreso de que actuara de acuerdo con sus sugerencias. Cuando King renunció como director del Servicio Geológico en 1881, Powell se convirtió en director. En 1884, cuando el Congreso investigó el papel del gobierno federal en la investigación científica, Powell respondió a los representantes que querían restringir la actividad científica de las oficinas gubernamentales a problemas aplicados y describió lo que estas agencias habían logrado:
Las obras científicas procesadas bajo el Gobierno General de los Estados Unidos, y de igual manera procesadas por otras naciones, pueden clasificarse de manera amplia pero con suficiente precisión bajo dos encabezados: En la primera clase están las obras constructivas, tales como la construcción de edificios públicos, la mejora de ríos y puertos y la construcción de faros. En todas las operaciones de esta clase, para que el trabajo pueda ejecutarse correctamente, deben observarse los principios y métodos científicos; pero tales trabajos involucran principalmente problemas de ciencia aplicada. La segunda clase de operaciones en las que participa el gobierno de los Estados Unidos, como todas las demás naciones civilizadas, implica por su naturaleza una investigación original. Están diseñados en gran parte para proporcionar la información necesaria a la gente, e involucran no solo cuestiones de ciencia aplicada, sino que el propósito por el cual se procesan se puede lograr adecuadamente, se deben descubrir nuevos hechos y principios. Dicha institución es el Servicio Geológico, el Servicio Costero y Geodésico, el Servicio de Señales o Oficina Meteorológica, la Comisión de Pesca, el Museo Nacional, la Oficina Hidrográfica y el Observatorio Nacional. Las funciones de tales oficinas no pueden
realizarse sin investigación científica, y su valor depende de la sabiduría y eficiencia de los métodos de investigación que se persigan.
Powell sabía que los avances en la ciencia con frecuencia se realizaban de manera inesperada y, por lo tanto, se opuso al estricto control legislativo de los programas de investigación científica. En este caso, el Congreso siguió el consejo de Powell.
Estudios de riego occidental. En 1888-1894, algunos senadores occidentales, impulsados a repensar las recomendaciones de Powell con respecto a la irrigación por una severa sequía occidental que duró desde 1886 hasta 1897, le permitieron realizar un estudio de irrigación en Occidente. Powell pidió una planificación a largo plazo, incluida la resolución de la jurisdicción federal frente a la estatal sobre los grandes ríos y un programa racional de construcción de presas para el riego y el control de inundaciones. El Congreso, sin embargo, buscó ganancias a corto plazo y se negó a financiar los programas necesarios para implementar los planes de Powell. Esta diferencia de opinión llevó a otra lucha y, en última instancia, a la dimisión de Powell del Servicio Geológico en 1892.