Original paper

Late-Pleistocene slope evolution using characteristics of rock cities in Western New York, USA

Millar, Susan W.S.

Abstract

Exposed massive bedrock cliffs often exhibiting a warren-like network of joints and crevices are common features in resistant conglomerates and sandstones of the Allegheny Plateau in New York, Pennsylvania and Ohio. Located south of the former extent of glacial ice, they are locally referred to as rock cities. In this study, a detailed mapping campaign of Thunder Rocks, an exposure of Olean Conglomerate of the Pennsylvanian Pottsville group, was conducted. Rock hardness data using a Schmidt hammer were collected to test the hypothesis that slow, downslope movement under periglacial conditions was responsible for the presence and distribution of detached blocks. Slope data were collected at the site and assessed from a 10 m Digital Elevation Model (DEM) in ArcGIS. Elevation and aspect were also extracted from the DEM for analyses. The distribution of rocks indicates a downslope decrease in dimension (Pearson r = 0.713, α = 0.01). Hardness values measured normal to the bedding show a decrease downslope (r = 0.678; α = 0.01); rock hardness values measured parallel to the bedding do not show this relation. The spatial distribution of hardness values indicates two distinct periods of downslope transfer. The presence of two colluvial units in the region supports this observation and suggests that the timing of block movement is associated with slope instability following maximum glacial conditions, not during the period of most intense periglacial activity.

Kurzfassung

Widerständige Konglomerate und Sandsteine des Allegheny Plateaus in New York, Pennsylvanien und Ohio bilden südlich der weitesten Eisvorstöße massive von Klüften und Rissen durchzogene Felsklippen, die als steinerne Städte bezeichnet werden. Im Gebiet von Thunder Rock mit freiliegenden Olean Konglomeraten der Pennsylvanien Pottsville Gruppe wurden Gesteins- und Hangparameter bestimmt, um die Hypothese zu testen, dass langsame hangabwärts gerichtete Bewegungen unter periglazialen Bedingungen verantwortlich sind für die Anwesenheit und Verteilung von abgesonderten Blöcken. Mit dem Schmidt Hammer wurden die Gesteinshärte quantifiziert und im Gelände Hangdaten ermittelt, die mit Höhen- und Expositionsdaten aus einem 10 m digitalen Höhengeländemodell in ArcGis für die Analysen ergänzt wurden. Die Verteilung der Blöcke zeigt hangabwärts ein Abnahme der Größe (Pearson r = 0,713, α = 0,01) und eine Abnahme der Gesteinshärte (r 0 = 0,678, α = 0,01). Die Gesteinshärte ist unverändert bei Messungen entlang des Schichtenverlaufs. Die räumliche Verteilung der Härte zeigt zwei deutliche Perioden der Hangabwärtsbewegungen. Zwei Schuttdecken in dieser Region unterstützen diese Beobachtungen und lassen vermuten, dass der Zeitpunkt der Blockbewegungen zusammenfällt mit Hanginstabilitäten während der maximalen Vereisung und nicht während der Periode intensiver periglazialer Aktivitäten. French Les escarpements rocheux comptent les formes les plus communes dans les conglomérats et grès résistants intensément diaclasés du Plateau d'Allegheny dans les États de New York, Pennsylvanie et Ohio. Localisés en avant l'ancienne extension des glaces, ils sont localement désignés par l'expression de «rock cities». Dans cette étude, un relevé cartographique détaillé des Thunder Rocks, un affleurement du conglomérat d'Olean du groupe pennsylvanien de Pottsville, a été réalisé. Des données sur la dureté des roches ont été collectées grâce à l'utilisation du Schmidthammer pour tester l'hypothèse qu'un déplacement lent dans des conditions périglaciaires était responsable de la présence et de la répartition des blocs détachés. Les valeurs de pente ont été mesurées sur le terrain et intégrées à un Modèle Numérique de Terrain (MNT) dans ArcGIS. L'altitude et l'orientation ont été aussi extraites du MNT. La distribution des blocs rocheux indique une diminution de leur taille avec la pente (r = 0,713, α = 0,01). Les valeurs de dureté mesurées perpendiculairement à la stratification décroissent aussi avec la pente (r = 0,678, α = 0,01), mais les mêmes valeurs mesurées parallèlement à la stratification ne montrent pas cette relation. La distribution spatiale des valeurs de dureté indique deux périodes distinctes de transfert vers la base du versant. La présence de deux unités colluviales dans la région conforte cette observation et suggère que le déplacement des blocs est associé à une période d'instabilité des pentes succédant au maximum glaciaire, et non à la période de plus intense activité périglaciaire.