הטמפרטורות היומיות הממוצעות בקיץ הם בין 29°C ל-32°C. משום שהשמים הבהירים של הפארק מאפשרים התקררות מהירה של האוויר בלילה, יורדת הטמפרטורה בקיץ בלילה 22°C מתחת לטמפרטורה הגבוהה ביום. החודש החם ביותר הוא יולי, שבו הטמפרטורה הגבוהה ביותר הממוצעת היא 33°C והנמוכה ביותר הממוצעת היא 16°C. החודש הקר ביותר הוא ינואר שבו הטמפרטורה הגבוהה ביותר הממוצעת היא 9°C והנמוכה ביותר הממוצעת היא 6°C-. ב-1998 נמדדה הטמפרטורה הגבוהה ביותר בשטח הפארק 42°C, וב-1971 נמדדה הטמפרטורה הנמוכה ביותר 33°C-.
בחורף עלולות הרוחות להגיע למהירות של כ-100 קילומטרים לשעה. הרוחות בקיץ קלות יותר, אבל משבי רוח ממוצעים של 15 קילומטרים בשעה עשויים לגרום לסופות חול ולעלעולי חול תדירים, שחלקם מגיע לגבהים של מאות מטרים.
עיקר הגשמים יורדים מיולי ועד ספטמבר, כאשר כמחצית מכמות המשקעים השנתית הממוצעת בפארק יורדת במהלך סופות רעמים עזות וקצרות. אוגוסט הוא בממוצע החודש הגשום ביותר. בגובה שמעל ל-1,500 מטרים יכול לרדת שלג קל בפארק הלאומי פטריפייד פורסט מאוקטובר עד מרץ, אם כי הוא לא נשאר זמן רב על הקרקע. הלחות הממוצעת היא מתחת ל-50% ולעיתים פחות מ-15%.
גאולוגיה.
הפארק הלאומי פטריפייד פורסט נודע במאובנים שבו, בייחוד גזעי עצים שגדלו בתקופת הטריאס העליון מעידן המזוזואיקון, לפני כ-225 מיליון שנים. במהלך תקופה זו היה אזור הפארק של ימינו סמוך לקו המשווה על הקצה הדרום-מערבי של יבשת-העל פנגיאה, והאקלים היה סובטרופי לח. האזור שהפך מאוחר יותר לצפון-מזרח אריזונה היה מישור המוקף בהרים מדרום ומדרום-מזרח ובים ממערב. בנחלים שזרמו לרוחב המישור מהרמות שקעו משקעים אנאורגניים וחומרים אורגניים, כולל גזעי עצים, כמו גם צמחים אחרים ובעלי חיים שנכנסו או שנפלו למים. למרות שרוב החומר האורגני נרקב במהירות או שהוא נאכל על ידי אורגניזמים אחרים, חלקו נקבר כל כך מהר שהוא נשאר שלם ועשוי היה להתאבן. בתוך הפארק, המשקעים המכילים את גזעי העצים המאובנים שהפארק קרוי על שמם, הם חלק מתצורת צ'ינלה.
תצורת צ'ינלה הצבעונית מופיעה על פני השטח בחלקים רבים של דרום-מערב ארצות הברית וממנה קיבל המדבר הצבוע את שמו, עובייה בשטח פארק עד ל-240 מטרים. היא בנויה מסלעי משקע, כולל שכבות רכות בעלות גרגירים דקים של אבן בוץ, אבן טין ואבן חרסית, שרובה בנטוניט, כמו גם שכבות קשות יותר של אבן חול, קונגלומרט ואבן גיר. בחשיפה להשפעות של רוחות ומים נסחפות השכבות של תצורת צ'ינלה בקצב שונה תוך יצירת בתרונות הבנויות מצוקים, ערוצים, הרי שולחן, הרי כפתור וגבעות מעוגלות. חרסית הבנטוניט שבתצורה, המתנפחת כשהיא נרטבת ומתכווצת כשהיא מתייבשת, גורמת לתנועות וסדקים בפני השטח המרתיעה צמיחה. המחסור בכיסוי צמחייה גורמת לתצורת צ'ינלה להיות רגישה במיוחד לבליה.
לפני כ-60 מיליון שנה החלו תנועות טקטוניות של קרום כדור הארץ לגרום להתרוממות רמת קולורדו, שהמדבר הצבוע הוא חלק ממנה. בסופו של דבר התרוממו חלקים מהרמה לגובה שמעל ל-3,000 מטרים מעל פני הים. קימוט זה בפני כדור הארץ נחשף להרס הדרגתי ומתמשך של הרמה באמצעות סחיפה. אי-התאמה (פער זמן משמעותי בין יחידות מסלע) של כ-200 מיליון שנים קיימת בתחומי הפארק, שבה הסחיפה הסירה את כל שכבות הסלעים מעל תצורת צ'ינלה למעט השכבות הצעירות ביותר מבחינה גאולוגית. תצורת בידאהוצ'י (Bidahochi Formation), שהורבדה לפני 8 עד 4 מיליון שנים בלבד, שוכבת ישירות על צ'ינלה, והסלעים שהורבדו ביורה, בקרטיקון ובמרבית השלישון חסרים.
בתקופה שבה הורבדה תצורת בידאהוצ'י כיסה אגם אגן גדול את מרבית צפון-מזרח אריזונה. השכבות העתיקות יותר (הנמוכות) של התצורה בנויות ממשקעי נהרות ואגמים של טין, חול וחרסית. השכבות הצעירות יותר של בידאהוצ'י מכיל אפר געשי ולבה מהרי געש שהתפרצו בסמוך ובמרחק רב עד דרום-מערב נבדה. אף שמרבית תצורת בידאהוצ'י נסחפה מאז, חלקים קטנים ממנה קיימים כמחשופים בחלק הצפוני של הפארק, על סלע פיילוט (Pilot Rock) בחלק של אזור הטבע הבראשיתי של הפארק ולאורך שולי המדבר הצבוע בין נקודות פינטאדו (Pintado Point) לטאווה (Tawa Point). הסחיפה של תצורת בידאהוצ'י חשפה תצורות נוף המכונות מארים (מכתשים געשיים מעגליים שתחתיתם שטוחה ומקורם בהתפרצות געשית). אפשר לראות פתח של מאר מתצפית נקודת פינטאדו.
בתקופת הרביעון (מלפני 2.6 מיליון שנים ועד ימינו) כיסו חול שעף ברוח וסחף את מרבית צ'ינלה ובידאהוצ'י. דיונות עתיקות יותר מלפני 500,000 שנים במקומות הגבוהים ביותר בחלק הצפוני של הפארק לדיונות בנות 10,000 שנים באזורי הניקוז החוליים כדוגמת נחל האכזב ליתודנדרון ואש (Lithodendron Wash). דיונות צעירות עוד יותר בנות כ-1,000 שנים שיוצבו על ידי עשבים וצמחים אחרת מצויות ברחבי הפארק.
מאובנים.
בטריאס העליון הצטברו גזעי עצים שנפלו בערוצי הנהרות באזור הפארק של ימינו ונקברו מדי פעם על ידי משקעים המכילים אפר געשי. מי תהום המסו סיליקה (צורן דו-חמצני) מהאפר ונשאו אותו לתוך הגזעים, שבהם הוא התגבש מחדש כגבישי קוורץ שבהדרגה החליפו את החומר האורגני. כמויות מזעריות של תחמוצת ברזל וחומרים אחרים התחברו עם הסיליקה על מנת לייצר את הצבעים המגוונים בעץ המאובן.
מרבית גזעי העצים בפארק הלאומי פטריפייד פורסט שמרו על צורתם החיצונית במהלך ההתאבנות, אבל איבדו את המבנה הפנימי. עם זאת, אחוז קטן של הגזעים ומרבית עצמות בעלי החיים המאובנים מכילים תאים וחלקים אחרים המלאים במינרלים, אבל ששמרו עדיין על המבנה האורגני המקורי שלהם. ניתן לחקור באמצעות מיקרוסקופ את המבנה התאי של האורגניזמים המקוריים של מאובנים אלו. חומרים אורגניים אחרים, בדרך כלל, עלים, זרעים, אצטרובלים, גרגירי אבקה, נבגים, גבעולי צמחים, דגים, חרקים ושרידים של בעלי חיים, נשמרו בפארק כמאובנים דחוסים, שהתפחסו בשל משקל המשקעים מעליהם עד שרק שכבה דקיקה נותרה מהם בסלע.
מרבית גזעי העצים המאובנים בפארק משתייכים למין "Araucarioxylon arizonicum", בעוד שחלק מהגזעים שנמצאו בחלק הצפוני של הפארק משתייכים למינים "Woodworthia arizonica" ו-"Schilderia adamanica". בשטח הפארק זוהו לפחות תשעה מינים של עצים מאובנים, כולם נכחדו מאז. מלבד גזעי עצים יש בפארק סוגים רבים אחרים של מאובנים. תצורת צ'ינלה, הנחשבת לאחת העשירות ביותר בעולם במאובנים של צמחים מטריאס עליון, כולל יותר מ-200 מינים של צמחים מאובנים. קבוצות הצמחייה המאובנת המיוצגות בפארק כוללות בעלי קשקשים, שרכים, מחטניים, ציקסאים, גינקו וצורות בלתי מסווגות אחרות. בפארק נתגלו גם מאובנים רבים של בעלי חוליות, כולל זוחלים ענקים דמויי תנינים המכונים פייטוזאוריים, דו-חיים גדול המכונה קוסקינונודון, והדינוזאורים הראשונים, וחסרי חוליות כולל חלזונות של מים מתוקים וצדפות.
אקולוגיה.
צמחייה.
סקר שנערך ב-2005 איתר בשטח הפארק 447 מינים של צמחים, שמתוכם 57 הם מינים פולשים. אף שהפארק ידוע בשל המאובנים שנתגלו בשטחו והבתרונות הסחופים, הסביבה העיקרית שלו היא ערבת שיחים מדברית למחצה. שטח הפארק מוגן מזה שנים רבות בפני פיתוח ורעיית יתר, משום כך יש בפארק את ערבת השיחים הטובה ביותר בצפון-מזרח אריזונה. בחלק הצפוני של הפארק מאפשרות הקרקעות הגעשיות של תצורת בידאהוצ'י צמחייה עשירה לאורך שולי המדבר הצבוע. בניגוד לבתרונות הצחיחים יחסית מתחת לשוליים הם מכוסים בשיחים, עצים קטנים, עשבים ועשבי תבלין.
הצמחים הדומיננטיים בפארק כוללים יותר מ-100 מיני עשבים, רבים מקוריים באזור. בין העשבים גדלים מינים פורחים כדוגמת מינים של נר-הלילה, קלוכורטוס ("Calochortus") ו-"Linum lewisii" (באנגלית blue flax) ושיחים דוגמת לענה משוננת ("Artemisia tridentata"), מלוח ו-"Chrysothamnus" (באנגלית Rabbitbrush). בין המגוון הרחב של עשבים גדלים הצמחים המקומיים הרב-שנתיים מהמינים המכונים באנגלית Tussock (עשבים ממשפחת הדגניים מסוגים שונים), "Bouteloua gracilis" (באנגלית Blue grama), מדחול ("Sporobolus"), "Bouteloua curtipendula" (באנגלית Sideoats grama), דו-מוץ ("Leptochloa") ו-"Muhlenbergia porteri" (באנגלית Bush muhly). מינים פולשים שדוחקים החוצה את המינים המקומיים המתפשטים לאט יותר כוללים את הצמחים החד-שנתיים בן-חילף ("Eragrostis") ומיני הברומית ("Bromus").
עצים ושיחים גדלים על גדות הנחלים לאורך נחלי האכזב בפארק. מינים של ערבות וצפצפות הם הצמחים הגדולים ביותר, ואליהם מצטרפים צמחי סוף וכריך ("Carex"). האשל האירואסייתי הוא מין פולש המאיים על מינים מקומיים ודוחק אותם, כשהוא משתמש בכל המים הזמינים, וגורם להמלחת הקרקע באמצעות הפרשת מלח מעליו.
בעלי חיים.
בין בעלי החיים הגדולים המשוטטים בערבות העשב כלולים אנטילוקפרה אמריקנית, ארנבת שחורת-זנב, נובחנית גוניסון ("Cynomys gunnisoni"), "Canis latrans mearnsi" (תת-מין של זאב ערבות), שונר מצוי ושועלים. אנטילוקפרה, בעל החיים המהיר ביותר באמריקה הצפונית, מסוגלת להגיע למהירות של 100 קילומטרים בשעה במאוץ. האנטילוקפה היא בעל החיים היבשתי השני במהירותו בעולם. הארנבת יודעת להתגונן בפני טורפים כדוגמת עיט זהוב באמצעות פרצי המהירות, הקפיצות ארוכות וריצה בזיגזג. כלי הדם באוזניים הדקות והעצומות של הארנבת פועלים כמחליפי חום. הנובחניות חיות במושבות גדולות המכונות "ערים" (towns), שבסמוך להם מוצאים מינים רבים אחרים מזון ומחסה. זאבי ערבות ניזונים בעיקר ממכרסמים, אבל אוכלים גם פירות, זוחלים, חרקים, יונקים קטנים, עופות ופגרים.