Table of Contents

Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iv

Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

List of Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii

List of Illustrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv

Chapter 1: Regional Setting and Natural History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1

    1.1 Physical Geography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1
    1.2 Overview of Regional Geologic History. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5
    1.3 Quaternary Surface Processes in Racetrack Valley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
    1.4 Sliding Rocks of the Racetrack Playa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Chapter 2: Previous Investigations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

    2.1 McAllister and Agnew, 1948 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
    2.2 Kirk, 1952 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
    2.3 Clements, 1952 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
    2.4 Shelton, 1953 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
    2.5 Stanley, 1955 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
    2.6 Schumm, 1956 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
    2.7 W.E. Sharp, 1960. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
    2.8 Creutz, 1962. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
    2.9 Bradley, 1963. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
    2.10 Sharp and Carey, 1976. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
    2.11 Reid et al., 1995. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
    2.12 Bacon, Cahill and Tombrello, 1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
    2.13 Sharp and Carey versus Reid, Polissar and Williams, 1996 . . . . . . . . . . . . . .54

Chapter 3: Digital Data Acquisition and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

    3.1 Early Research, Development and Uses of GPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
    3.2 The Evolution of NAVSTAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
    3.3 GLONASS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
    3.4 Standard and Precision Positioning Service. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
    3.5 Basic Principles of GPS Navigation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
    3.6 GPS Receiver Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
    3.7 Inherent Sources of Error. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
    3.8 Accuracy Considerations During Data Collection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
    3.9 Differential GPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
    3.10 Digital Elevation Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
    3.11 Limitations of DEMs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    3.12 DEM Data Accuracy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Chapter 4: Racetrack and Related Playa Field Investigations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

    4.1 Racetrack Playa: Preliminary Visits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
    4.2 Racetrack Playa: February, 1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
    4.2.1 Meteorological Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
    4.2.2 Surface Deposit Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
    4.2.3 Hydrologic Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
    4.2.4 Surface Scars and Clay Mounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
    4.2.5 Sliding Rock Phenomena, February 1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
    4.3 Field Studies of Other Mojave Playas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
    4.3.1 Little Bonnie Claire Playa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
    4.3.2 North Panamint Playa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
    4.3.3 Other Playas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
    4.4 Racetrack Mapping Project, July 1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
    4.4.1 Preliminary Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
    4.4.2 Data Collection Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
    4.4.3 Points, Lines and Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
    4.4.4 Sliding Rock Data Capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
    4.4.5 Post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
    4.5 Racetrack Playa, Follow-up Visits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
    4.5.1 Meteorological Survey, December 1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
    4.5.2 Hydrologic Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Chapter 5: Data Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

    5.1 Racetrack Playa Map Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
    5.2 Spatial Resolution Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
    5.3 Data Sampling for Spatial and Frequency Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . 130
    5.3.1 Rock Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
    5.3.2 Classification by Rock Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
    5.3.3 Rock Shape Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
    5.3.4 Trail Length Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
    5.3.5 Trail Straightness Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
    5.3.6 Trail Heading Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
    5.4 Regression Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
    5.4.1 Trail Length Versus Rock Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
    5.4.2 Trail Length versus Rock Height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

    5.4.3 Trail Length versus Playa-Rock Contact Area . . . . . . . . . . . . . . . . .157
    5.4.4 Trail Straightness versus Rock Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
    5.4.5 Trail Straightness versus Rock Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
    5.4.6 Other Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Chapter 6: Terrain Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

    6.1 DEM Data Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
    6.2 Derived Raster Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
    6.3 Correlating the Sliding Rock Trails to the Surrounding Terrain . . . . . . . . . . 176
    6.3.1 Neighborhood Aspect Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
    6.3.2 Viewshed Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
    6.3.3 Trail Heading Correlations to Surrounding Visible Topography. . 188

Chapter 7: Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

    7.1 Prevalence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
    7.2 Playa Surface Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
    7.2.1 Racetrack Sediments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
    7.2.2 Cyanobacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
    7.2.3 Water Sources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
    7.3 Atmospheric Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201
    7.4 The Role of Ice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
    7.5 Seasonal Climatic Considerations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
    7.6 Topography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
    7.7 Inferred Aerodynamics of the Racetrack Basin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
    7.7.1 Wind Shear as a Transport Mechanism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
    7.7.2 The Role of Dust Devils. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
    7.7.3 Topographic Control of Observed Dust Devil Origin Localities. . 228

Chapter 8: Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

    8.1 Establishment of a Baseline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
    8.2 A Record of Order and Chaos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
    8.3 Wind as the Motive Force. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
    8.4 Final Remarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Appendix A: Precambrian and Paleozoic Stratigraphy of Death Valley. . . . . . . . . . . . 241

Appendix B: Data Collected by the Louis G. Kirk (1952) Surveys. . . . . . . . . . . . . . . . 243

Appendix C: Data Collected by the Sharp and Carey (1976) Surveys. . . . . . . . . . . . . . 248

Appendix D: Calculated Friction Coefficients for Sharp and Carey's

(1976) Monitored Stones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Appendix E: Infrared Emissivity and Wind Data: Racetrack Playa, February 1996. . 254

Appendix F: Maps of Daily Surveys, July, 1996. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Appendix G: Racetrack Playa Rock and Trail Data, 1996. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

        Part 1
        Part 2
        Part 3

Appendix H: Geomorphometry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Appendix I: Image Database of Sliding Rocks and Trails. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365