Cartographie de l'Ouest. De 1867 pratiquement à la fin du XIXe siècle, une série de levés géologiques dirigés par Clarence King (1842-1901), Ferdinand V. Hayden (1829-1887) et John Wesley Powell (1834-1902) ont exploré et cartographié l'Ouest. Réalisée sous l'égide du US Army Corps of Engineers, l'enquête de King sur le Quarantième Parallèle (le «Grand Bassin» entre les Rocheuses moyennes et la Sierra Nevada) en 1867 était principalement utilitaire dans ses objectifs: King avait justifié l'enquête en affirmant cela stimulerait la découverte de gisements minéraux. Ses livres L'industrie minière (1870) et Géologie systématique (1878) sont les produits de cette enquête.
Recherche de dinosaures. Hayden, qui a rejoint le ministère de l'Intérieur en 1867, a organisé une enquête sur les territoires occidentaux, a poussé à la création de Yellowstone Park (qui a été autorisée en 1872), et est devenu le premier directeur de ce qui était alors appelé le US Geological and Geographical Survey of the Territoires. Hayden a établi la tradition d'attacher des paléontologues aux études géologiques, ses meilleurs étant Edward Drinker Cope, bien connu pour ses études sur les dinosaures, et le grand paléobotaniste Leo Lesquereux. En ce qui concerne la géologie, les résultats des levés King et Hayden étaient des couches stratigraphiques cartographiques de
rock suivant la terminologie établie par James Dwight Dana dans son influent Manuel de géologie complète au niveau des unités (1863).
Powell et géomorphologie. Au cours des années 1870, Powell a établi sa propre enquête dans le bassin du fleuve Colorado. Son genre de science de la terre était assez différent de celui de ses prédécesseurs. Alors que King et Hayden étaient des stratigraphes classiques, Powell et son équipe s'intéressaient davantage à la géomorphologie, c'est-à-dire aux processus historiques qui avaient créé les principales caractéristiques topographiques de la région. Ainsi l'un des principaux intérêts de Powell était dans la force de l'érosion qui avait creusé les canyons de l'Ouest. En 1875, Powell engagea Grove Karl Gilbert pour étudier les montagnes Henry dans l'Utah. Le rapport de Gilbert de 1877 comprend un chapitre important sur les principes de la sculpture de la terre par l'eau et la pluie. En plus du climat, Gilbert a trouvé deux autres conditions qui influencent la façon dont l'eau érode la roche. Selon la loi de la structure, la roche molle est emportée plus rapidement que la roche dure, qui reste dans des formations proéminentes. La loi des déclivités, la contribution la plus importante de Gilbert à la géologie moderne, traite des pentes des lignes de drainage: plus une pente est proche de la ligne de partage entre deux bassins versants, plus elle sera raide; et inversement, plus il est éloigné de la ligne de partage, plus il sera doux.
Création du US Geological Survey. L'armée américaine a également cartographié l'Occident au cours des années 1870, principalement pour répondre à ses besoins en cartes précises lors des campagnes indiennes. Hayden et Powell se sont opposés aux projets de cartographie de l'armée en raison de la duplication inévitable des efforts et du fait qu'une nouvelle génération de scientifiques américains ne voulait pas servir sous des officiers de l'armée sans formation scientifique. Powell a également estimé que les cartes dessinées par des scientifiques civils afficheraient à la fois les caractéristiques topographiques dont l'armée avait besoin ainsi que des caractéristiques géologiques scientifiquement intéressantes. Enfin, la National Academy of Sciences a recommandé la création d'un US Geological Survey au sein du Département de l'Intérieur pour fournir des données économiquement utiles, une stratégie conçue pour plaire aux membres du Congrès occidentaux, tandis que le Coast Survey resterait en charge de la géodésie et de la topographie. En conséquence, le Geological Survey, avec King comme directeur, a été créé en 1879.
Le leadership de Powell. De ses premières études sur l'Occident, Powell en est venu à croire que les lois régissant la colonisation des régions arides de l'Occident étaient destructrices pour l'environnement. Il s'est opposé à la disposition de la Homestead Act (1862) de 160 acres par colon, favorisant les concessions de parcelles plus petites pouvant être irriguées. Les intérêts de pâturage occidentaux ont vaincu les tentatives de Powell de convaincre le Congrès de donner suite à ses suggestions. Lorsque King démissionna de son poste de directeur du Geological Survey en 1881, Powell devint directeur. En 1884, lorsque le Congrès a étudié le rôle du gouvernement fédéral dans la recherche scientifique, Powell a répondu aux représentants qui voulaient limiter l'activité scientifique des bureaux gouvernementaux aux problèmes appliqués et a décrit ce que ces agences avaient accompli:
Les travaux scientifiques poursuivis sous le gouvernement général des États-Unis, et de la même manière poursuivis par d'autres nations, peuvent généralement, mais avec une précision suffisante, être classés sous deux chefs: dans la première classe sont les travaux constructifs, tels que l'érection de bâtiments publics, l'amélioration des rivières et des ports, et la construction de phares. Dans toutes les opérations de cette classe, pour que le travail puisse être correctement exécuté, les principes et méthodes scientifiques doivent être observés; mais ces travaux impliquent principalement des problèmes de science appliquée. La deuxième classe d'opérations dans laquelle le gouvernement des États-Unis, comme toutes les autres nations civilisées, est engagé, implique dans leur nature une enquête originale. Ils sont conçus en grande partie pour fournir les informations nécessaires au peuple, et ils impliquent non seulement des questions de science appliquée, mais, que le but pour lequel ils sont poursuivis peut être correctement accompli, de nouveaux faits et principes doivent être découverts. Une telle institution est la Commission géologique, la Commission côtière et géodésique, le Service des signaux ou Bureau météorologique, la Commission des poissons, le Musée national, le Bureau hydrographique et l'Observatoire national. Les fonctions de ces bureaux ne peuvent
être effectuées sans recherche scientifique, et leur valeur dépend de la sagesse et de l'efficacité des méthodes d'investigation poursuivies.
Powell savait que les progrès de la science étaient fréquemment réalisés de manière inattendue, et par conséquent, il s'est opposé à un contrôle législatif strict des programmes de recherche scientifique. Dans ce cas, le Congrès a écouté les conseils de Powell.
Études d'irrigation de l'Ouest. En 1888-1894, des sénateurs de l'Ouest - incités à repenser les recommandations de Powell concernant l'irrigation en raison d'une grave sécheresse dans l'Ouest qui dura de 1886 à 1897 - le laissèrent mener une enquête sur l'irrigation de l'Ouest. Powell a appelé à une planification à long terme, y compris la résolution de la juridiction fédérale par rapport à l'État sur les grandes rivières et un programme rationnel de construction de barrages pour l'irrigation et le contrôle des inondations. Le Congrès, cependant, s'est tourné vers un gain à court terme et a refusé de financer les programmes nécessaires à la mise en œuvre des plans de Powell. Cette différence d'opinion a conduit à une autre lutte et finalement à la démission de Powell du Geological Survey en 1892.