DEAPS 2013: Geology of the Mt. Washington area, New Hampshire, a glimpse into the evolution of the Appalachian Mountains By R. Buchwaldt and F. Dudas 

 

The Appalachian  Chain  is  the most  elegant  on  Earth,  so  regularly arranged that  its belts of formations and structures persist virtually from  one  end  to  the  other.  [...]  But  the  apparent  simplicity  is deceiving;  actually  it  is  full  of  guile,  and  its  geology  has  aroused controversies as acrimonious as any of those in our science.  

(Philip B King, 1970) 

 

This  trip  to Mt. Washington will  travel  through  the  spectacular  scenery  of  Pinkham,  Crawford,  and Franconia Notches  in the White Mountains of New Hampshire. These ranges  include the highest peaks in  the  northeastern  United  States  as well  as many  famous  landforms  such  as  The  Old Man  of  the Mountain and Tuckerman Ravine near  Jackson NH. Hopefully we will examine  some parts of  the  rich geologic history exposed here, from the Silurian (~450Ma) to the Holocene (today), including the nature of sedimentation, deformation, metamorphism, and magmatism during these fascinating mountains had been formed.  

The Plate tectonic history of the White Mountains has been studied by numerous geologists since the advent of plate  theory  in  the 1970s. Despite  the  impressive body of work,  it  turned out  to be a very difficult  story  to unravel.  Today we  are  considering  the  Presidential Range  as  a  fragment of  a much larger mountain  chain  the  Appalachian Mountains,  extending  from  Alabama  to Newfoundland, with buried components stretching eastward and southward beneath the Gulf and Atlantic coastal plains, and the Atlantic continental shelf. 

 

Figure 1: Generalized map showing tectonostratigraphic zones of the Appalachian orogen (after Hibbard et al., 2006). 

  

The Appalachian Orogeny is an excellent example of a mountain building event resulting from tectonics where Oceans opened and closed and large and small continental fragments collided or moved side by 

1  

side, an overall process which we call ‘Wilson cycle.’ It all started where a supercontinent Rodina rifted apart  to  create  new  ocean  basins with many  smaller  plates within  them.  Ultimately  smaller  plates collided, ocean closed, and a new supercontinent, Pangea was created. Pangea in turn rifted apart again to create  the Atlantic Ocean and many  smaller plates.  In more detail we can  find within Appalachian three  separate  continental  collisions  which  formed  the  Appalachian  Mountains  and  Allegheny Mountains at the end of  the Paleozoic  (~450‐250 Ma). The combined continents of Europe and Africa (Gondwana)  collided with North America  to  form  the  supercontinent  of  Pangaea  approximately  350 million to 300 million years ago during the Carboniferous period. The collision exerted enormous stress on what  today  is  eastern  North  America,  and  causing  an  enormous  upward  thrusting  of  the  entire region. The tectonic stresses also metamorphosized of the rock from igneous and sedimentary rock into metamorphic rock. These stresses concurrently caused faults (mostly thrust faults and some strike‐slip faults) as well as folding.  It  is believed that the Appalachians once could have risen as high as or even higher  than  the Himalaya  (i.e., more  than 4 ½ miles high). These mountains, while  still  impressive  in places, are mere remnants of their glory days during the Paleozoic. They have been worn away by the relentless  forces  of  erosion,  forming  vast  amount  of  sediments  in  the  process.  Carbonates  and sediments  from mountains  formed  in  the Appalachian Orogeny were  transported away  to  form  limey rocks  in  a  shallow  sea  that was  later  uplifted  and  now  forms  the majority  of  Tennessee,  Kentucky, Indiana and Ohio. 

 

Figure 2: Reconstruction of continental configurations of the Earth's landmasses during the Phanerozoic Eon 

 

Most of the rocks around Mt Washington were once sediments on the eastern Margin of North America in  the  late  Silurian  and  early Devonian periods  (~400 Ma).  These  sediments where  caught  up  in  the collision between North America and a micro‐continent called Avalonia, an event known as the Taconic Orogeny. These rocks then where folded and faulted, re‐folded and re‐faulted and subjected to intense pressure  and  heat  which  modified  the  original  sedimentary  minerals  into  different  mineral 

2  

compositions. Associated with this metamorphism, there was sufficient heat to melt some of the rocks, producing granites which emplaced in the Presidential range region.  

 

Figure 3: Depth (pressure)‐temperature path of metamorphism during the Acadian and Neoacadian Orogenies and Mesozoic rifting of Pangea. The rocks reached temperatures of nearly 700⁰C and depth of about 8 miles (13 km) 

The  local  geological  record  has  a  gap  between  about  300 Ma  and  0.08 Ma  (80,000  years),  until  the world’s most recent glaciation. Called the Wisconsinan glaciation. Its Rivers of ice produced most of the morphology we  see  today.  The  thickness  of  the  ice  sheet  is  suggested  to  be  several  kilometer  and topped over  the Mt. Washington by an estimated 1km. The deposited sediments have been dated by the Carbon method and  indicate  that  the  local  ice had retreated  from  the  lower elevations by 13,500 years and that the Presidential Range was ice free by about 11,500 years ago.  

 

3  

Figure 4: The Mount Washington and Great Gulf region surficial map of the Presidential Range showing the location of cirques as well as various glacial and post glacial deposits 

Also major tectonic activities are today ceased in the White Mountains, the Presidential range is still not at  rest  and  it  is  an  ever  changing  environment  in which  rain wind  and  snow  are  eroding  seemingly indestructible  rocks  and  Rivers  are  transporting  the  sediments  towards  lower  elevations,  producing landscapes and spaces for plant and wildlife and creating fragile ecosystems.  

 

Rock Glossary  Rock Types 

• Igneous rocks: rocks formed by solidification from a high temperature melt o Plutonic  (Intrusive) rocks: coarse grained  igneous rocks, with grains sizes usually  larger 

then 2mm; these rocks cooled rapidly near the surface after eruption. o Volcanic (Extrusive) rocks: fine‐grained  igneous rocks, with grain sizes usually  less than 

2mm; these rocks cooled rapidly near the surface after eruption. • Sedimentary rocks: rocks formed by deposition from a fluid (usually water, but sometimes air) at 

low temperatures o Clastic  sedimentary  rocks:  rocks  formed  from  brocken  fragments  of  pre‐existing 

minerals or rocks o Chemical sedimentary rocks: rocks formed by precipitation from fluids o Organic Sedimentary rocks: rocks  formed by accumulations of organic matter  (e.g. the 

coal family). • Metamorphic  rocks:  rocks  formed by modification of pre‐existing  rocks  through  the action of 

circulating fluids, elevated temperatures, elevated pressures, or a combination of all three. o Regional metamorphic rocks: rocks affected by metamorphism that  is regional  in scale, 

unrelated to coexisting igneous rocks.  o Contact metamorphic  rocks:  rocks modified  by  interaction with  igneous  rocks.  These 

rocks usually have complex mineralogy. 

Major rock types in the Mt. Washington area 

• Schist: a metamorphic rock, usually formed during regional metamorphism, showing distinctive layering due to orientation of platy minerals. 

• Gneiss: a metamorphic rock, usually formed during regional metamorphism, showing distinctive compositional variation, but usually no orientation of mineral grains. 

• Migmatite:  a metamorphic  rock  characterized  by  pods  of  partial melt  suspending  unmelted fragments of the original host rock.  

• Granite:  a plutonic  igneous  rock  consisting predominantly of quartz  and  feldspar, with minor other constituents including micas 

• Pegmatite:  a  plutonic  igneous  rock,  usually  granitic  composition,  characterized  by  very  large grain size (>2cm), and commonly containing unusual minerals. 

 

4  

 

5  

Geologic Time Scale 

 

6  

7  

Selected Literature Cwynar, L. C. and Spear, R. W., 2001: Late glacial climate change in the White Mountains of New Hampshire.‐ Quaternary Science Reviews, 20, 1265‐1274. 

Davis, P.T., 1999: Cirques of the Presidential Range, New Hampshire, and surrounding alpine areas in the northeastern United States. Geographique physique et Quaternaire, 53, 25‐45. 

Eusden, J.D., Jr, Thompson, W.B., Fowler, B.K., Davis, P.T., Bothner, W.A., Boisvert, R.A., Creasy, J.W., 2013: The Geology of New Hampshire’s White Mountains.‐ Durand Press, Lyme, New Hampshire,  pp. 175. 

Eusden, J.D., Jr. 2010: The Presidential Range, Its Geologic History and Plate Rectonics.‐ Durand Press, Lyme, New Hampshire, pp. 62 

Eusden, J.D., Jr., Guzofski, C.A., Robinson, A.C., Tucker, R.D., 2000: Timing of the Acadian orogeny in northern New Hampshire. Journal of Geology, 108, 219‐232. 

Eusden, J.D., Jr., Garesche, J.M., Johnson, A.H., Maconochie, J.‐M., Peters, S. P., O’Brien, J. B., and Widmann, B. L., 1996: Stratigraphy and ductile structure of the Presidential Range of: Tectonic implications of the Acadian orogeny.‐ Geological Society of America Bullitin, 108, 417‐436. 

Eusden, J.D., Jr., Lux, D.R., 1994: Slow late Paleozoic exhumation in the Presidential Range of New Hampshireas determined by the 40Ar/39Ar relief method.‐ Geology, 22, 909‐912. 

Fowler, B.K., 2010: Surficial Geology of Mount Washington and the Presidential Range, New Hampshire.‐ Durand Press, Lyme, New Hampshire. 

Gerath, R.F., Fowler, B.K., Haselton, G.M., 1985: The deglaciation of the northern White mountains of New Hampshire. In Borns, H.W., Jr., LaSalle, P., Thompson, W.B., eds. Late Pleistocenen History of Northeastern New England and Adjacent Quebec, Geological Society of America Special Papers 197, 21‐28. 

Goldweit, R.P, Billings, M.P., Creasy, J.W. 1987: Mount Washington‐Crawford Notch area, New Hampshire. Geological Society of America Centennial Field Guide‐Norhteastern Section, 257‐262. 

Miller, N.G., Spear, R.W., 1999: Late‐Quaternary history of the alpine flora of New Hampshire Whit Mountains.‐ Geographie physique et Quaternaire, 53, 137‐157. 

Sarderino, S., 2000: Classification of ordination of plant communities along an altitudinal gradient on the presidential Range, New Hampshire, USA. Plant Ecology, 148, 81‐103. 

Smith, G.W., 1985: Chronology of Late Wisconsinian deglaciation of costal Maine. In Borns, H.W., Jr., LaSalle, P., Thompson, W.B., eds. Late Pleistocenen History of Northeastern New England and Adjacent Quebec, Geological Society of America Special Papers 197, 29ff. 

Spear, R.W., Davis, M.B., Shane, L.C.K., 1994: Late Quaternary history of low‐ and mid‐elevation vegetation in the White Mountains of New Hampshire. Ecological Monographs, 64, 85‐109. 

Thompson, D.J., 1999: Talus fabric in Tuckerman Ravine, New Hampshire: Evidence for a tongue shaped rock glacier.‐ Geographie physique et Quaternaire, 53, 47‐57. 

Thompson, W.B., 1999: History of research on glaciation in the White Mountains, New Hampshire (U.S.A.).‐ Geographie physique et Quaternaire, 53, 7‐24 

Waitt, R.B., Davis, P.T. 1988: No evidence for pos‐icesheet cirque glaciation in New England. American Journal of Science, 288, 495‐533.