גאולוגים חוקרים את היווצרות המונולית מאז סוף המאה ה-19, ועל אף שישנה הסכמה על רוב התהליך, תיאוריות שונות הוצעו לפרטים מסוימים.[3]
הנוף המקיף את מגדל השטן מורכב בעיקר מסלעי משקע. הסלעים העתיקים ביותר שניתן לראות שם נוצרו בים רדוד בתקופת הטריאס (לפני 225-195 מיליון שנים). הם מורכבים מאבן חול אדומה כהה וטין אדום-סגול, המשולבים עם פצלים, וניתן לראותם לאורך נהר בל פורש. צבעם האדום של הסלעים נוצר כתוצאה מחימצון של מינרלים עשירים בברזל. שכבה זו ידועה בשם Spearfish Formation, ומעליה יש פס דק של גבס לבן הנקרא Gypsum Springs Formation מתקופת היורה (לפני 195-136 מיליון שנים). מעל שכבה זו נמצאת שכבה המכונה Sundance Formation, המתוארכת אף היא לתקופת היורה, ומורכבת מאבן חול צהובה ופצלים בצבע אפור-ירוק ולעיתים גם שכבות דקות של טין אדום.[3][4]
לפני 50-60 מיליון שנים התרוממו שכבות המשקעים הללו ויצרו את הרי הרוקי והגבעות השחורות כתוצאה מלחצים טקטוניים במערב אמריקה הצפונית. זמן קצר לאחר מכן עלתה מאגמה לכיוון פני השטח וחדרה לתוך שכבות סלעי המשקע הללו. מכאן והלאה ישנן תיאוריות שונות לתהליך שבו המאגמה התקררה ויצרה את מגדל השטן או להשפעות של התהליכים הגאולוגיים סביבה.[3]
תיאוריות שונות להיווצרות מגדל השטן
תקריב העמודים של מגדל השטן. צילום: Phil Konstantin
בסוף המאה ה-19 חקרו את מגדל השטן הגאולוגים קרפנתר (Carpenter) וראסל (Russell), והגיעו למסקנה שהמגדל נוצר על ידי חדירה של חומר מגמטי (מחדר פלוטוני).[3][4]
בשנת 1907 קבעו המדענים דרטון (Darton) ואוהרה (O’Hara) שמגדל השטן הוא מה שנשאר מלקולית - מסה גדולה בצורת פטריה של סלע פלוטוני החודרת בין שכבות סלעי משקע ואינה מגיעה לפני השטח אך יוצרת עליהם בליטה ניכרת - לאחר תהליך סחיפה. רעיון זה היה פופולרי מאוד בתחילת המאה ה-20, כאשר בוצעו מחקרים רבים על מספר לקוליתים בדרום-מערב ארצות הברית.[3][4]
רעיונות אחרים הציעו שמגדל השטן הוא פקק געשי או שהוא צוואר של הר געש כבוי. העדר הראיות לפעילות געשית - אפר געשי, זרמי לבה או שברי געש - בכל האזור, מוסבר בכך שהחומר פשוט נסחף עם הזמן.[3][4]
בשנת 2015 השוו הגאולוג פרוקופ זאוואדה (Prokop Závada) ועמיתיו את מגדל השטן לתצורה דומה בצ'כיה והציעו שמדובר בסוג של צינור געשי (מאר-דיאטרם) הנוצר כאשר מאגמה פוגשת מי תהום מתחת לפני השטח של כדור הארץ והאדים הנוצרים מהחימום הקיצוני יוצרים פיצוץ וכתוצאה ממנו מכתש. המכתש מתמלא בלבה, וברבות הזמן התצורה עוברת סחיפה.[3]
ההסבר הפשוט ביותר הוא שמגדל השטן הוא סדן - מחדר פלוטוני שנוצר על ידי מאגמה שהתקררה מתחת לפני האדמה ונחשפה לאחר מכן על ידי סחיפה.[4]
הסחיפה היא התהליך האחראי לתצורה הנוכחית של מגדל השטן המשותף לכל התיאוריות, אך היא גם זו שמעלימה את הראיות הדרושות לקביעה איזו תיאוריה היא הנכונה.[3][4]
החומר הגעשי ממנו עשוי המגדל הוא פונוליט (אנ') פורפירי, סלע געשי נדיר בצבע אפור-כהה עד אפור-ירוק עם גבישים בולטים של פצלת השדה הלבנה. מכיוון שמאגמה חמה ונוזלית צפופה פחות ותופסת נפח רב יותר מאשר סלע קר וקשה, תהליך ההתקררות גורם להתכווצות והיסדקות. כך התקררה הלבה לכדי עמודים (אנ') משושים ברובם (ולפעמים בעלי 4, 5 או 7 צלעות) המופרדים על ידי סדקים אנכיים.[4]
