De krater was al bekend, maar het duurde tot 1871 voordat iemand er iets over schreef. In eerste instantie werd de krater Franklin’s Hole genoemd. Deze naam is afkomstig van Albert Franklin Banta, een verkenner en gids van generaal George Custer (in 1871) die hierover rapporteerde. De plaatselijke bevolking kende de krater onder de naam Coon Butte of Coon Mountain, omdat zij dachten dat de krater was ontstaan door vulkanisme.

Een ‘butte’ is het niet opgerookte einde van een sigaar of sigaret. In 1886 vond Mathias Arnijo, een Spaanse herder, iets met een vreemde vorm ten westen van de krater in de buurt van de Canyon Diablo. Hij dacht dat het zilver was. Monsters van zijn vondst werden naar de chemicus G.A. Keating van de Universiteit van Pennsylvania gestuurd. Hij analyseerde de monsters en meldde dat deze samengesteld waren uit 92% ijzer, 7% nikkel, 0,5% kobalt en sporen van elementen waaronder platinum en iridium.

De eerste wetenschapper die de krater bezocht was A.E. Foote, een chemicus en mineraloog uit Philadelphia. In 1891 nam hij meer dan honderd ijzermeteorieten mee naar Philadelphia waar hij de monsters onderzocht. In sommige van deze meteorieten vond hij zeer kleine diamanten die alleen onder een enorme druk gevormd konden zijn. Over zijn bevindingen schreef hij een artikel, waarin hij ook opmerkte dat er geen vulkanische producten in de buurt van de krater waren gevonden. In een lezing voor de American Association for the Advancement of Science gaf hij geen verklaring voor het ontstaan van de krater zo dicht bij de plaats waar hij zijn meteorieten had gevonden. Grove Karl Gilbert (fig. 2) was bij die lezing aanwezig. Na afloop stelde hij voor dat de krater gemaakt zou kunnen zijn door een ‘kleine ster’.

Gilbert zond zijn assistent, Willard Johnson, uit om de krater te onderzoeken. Johnson meldde dat de krater waarschijnlijk veroorzaakt was door een vulkanische stoomexplosie en de meteorieten die in het omringende gebied lagen er toevallig terechtgekomen waren. Niet geheel tevreden met deze conclusie ging Gilbert aan eind van 1891 zelf op onderzoek uit. Gilbert was in zijn tijd de meest vooraanstaande geoloog en hoofd van de U.S. Geological Survey. Samen met Marcus Baker, een expert in magnetisme, onderzocht hij zowel topografisch, geologisch als magnetisch gedurende twee weken het gebied om uit zoeken of de krater veroorzaakt kon zijn door een meteorietinslag.

Ter vergelijking onderzocht hij ook het in de buurt gelegen vulkanische San Francisco gebergte. Hij veronderstelde dat er twee oorzaken voor het ontstaan van de krater waren. De krater kon gevormd zijn door een meteorietinslag of door een enorme explosie van stoom veroorzaakt door vulkanische hitte diep onder het oppervlak. Gilbert veronderstelde dat als het volume van de kraterrand gelijk is aan het materiaal wat uit de krater is gestoten de krater veroorzaakt moest zijn door een vulkanische explosie. Immers wanneer er een meteoriet onder de krater begraven zou liggen moet het volume van de krater kleiner zijn door de toegevoegde hoeveelheid massa van de meteoriet.

Zijn tweede hypothese was dat de enorme hoeveelheid ijzer van de ter plekke aanwezige meteoriet een magnetisch effect moest hebben. De aantrekkende kracht van dit ijzer zou dan invloed uitoefenen op een kompasnaald. Hij onderzocht beide mogelijkheden en vond dat het materiaal van de rand van de krater juist gelijk was aan het volume van de krater en dat het magnetisch onderzoek geen aanwijzingen gaf voor een grote massa onder de grond gelegen ijzer. Gilbert concludeerde dan ook dat de krater ontstaan moest zijn door een explosie van vulkanische stoom. Aangezien de Meteor Crater in de buurt van vulkanisch gebergte ligt leek dit een logische conclusie.

Gilbert bestudeerde ook de kraters op de Maan en was van mening dat deze kraters veroorzaakt moesten zijn door inslagen. De meeste geologen in die tijd steunden zijn theorie van kratervorming op de Maan niet, maar waren het wel eens met een vulkanische oorsprong van Coon Butte. Hierna bleef het een tiental jaren stil.

In een gesprek met zijn vriend Samuel J. Holsinger van de U.S. Forestry Service in 1902 kreeg ook de mijnbouw ingenieur en geoloog Daniel Moreau Barringer (1860 – 1929; fig. 3) uit Philadelphia te horen dat er in Arizona, in de buurt van Flagstaff, een krater lag. Holsinger vertelde hem dat de lokale bevolking geloofde dat de krater gemaakt was door een meteorietinslag. Eén van deze mensen was de handelaar Volz. Deze handelaar verzamelde en verkocht Canyon Diablo meteorieten die verspreid over het gebied lagen. Hij vertelde Holsinger dat er een meteoriet in de krater moest liggen.

Barringer was iemand met een scherpzinnig verstand en koppige vasthoudendheid. Hij was rijk geworden door zijn succesvolle mijnactiviteiten, in het bijzonder door zijn ontdekking van de Commonwealth Silver Mine in Pearce in de staat Arizona. Hij veronderstelde direct dat deze krater het resultaat moest zijn van een meteorietinslag en dat er nog steeds een enorme ijzer-nikkel meteoriet onder de kraterbodem moest liggen. Als de inslagtheorie juist was moest de enorme massa van de ijzermeteoriet nog in de krater begraven liggen.

Enkele maanden later schreef Holsinger aan Barringer dat hij kleine bolletjes meteorietijzer had gevonden die willekeurig gemengd waren met uitgestoten gesteenten van de kraterrand. Deze willekeurige vermenging van ijzer en gesteente was voor Barringer het bewijs dat de krater tegelijkertijd met de komst van de meteorieten moest zijn ontstaan. Wanneer de meteorieten en de krater niet tegelijkertijd waren ontstaan zouden zij immers in verschillende grondlagen gevonden moeten worden. De krater moest dus ontstaan zijn door een botsing van een object uit de ruimte.

Toen hij bepaald had dat de krater en het omliggende land het eigendom was van de Verenigde Staten, vroeg hij patent aan (in feite een concessie voor mijnbouw) op ruim drie vierkante kilometer land. De overheid verleende hem niet alleen de patenten, maar gaf hem ook het eigendom van de krater, onder voorwaarde dat hij zelf de tijd en het geld moest investeren voor het onderzoek naar mineralen. Mede door de foutieve conclusies van Gilbert ging de regering er namelijk vanuit dat het land geen waarde bezat. De patenten werden ondertekend door niemand minder dan president Theodore Rooseveld.

Zonder dat Barringer de krater ooit had gezien richtte hij in 1903 samen met zijn vriend uit Philadelphia, de wis- en natuurkundige Benjamin Chew Tilghman (fig. 4), de Standard Iron Company op en ging op zoek naar de ijzermeteoriet in de krater. Zij lokten Holsinger van de Forestry Service weg en stelde hem aan als bedrijfsleider.

Tussen 1903 en 1905 voerden Barringer en Tilghman uitgebreide onderzoekingen en boringen uit bij de krater, waardoor zij veel nieuwe geologische informatie van het gebied kregen. Hieruit bleek dat de rotsen in de omgeving van de krater een plotselinge en hevige schok moeten hebben gehad. Mede door de ontdekking van onveranderd Supai zandsteen op een diepte van 300 meter onder het oppervlak overtuigde Barringer ervan dat de theorie van Gilbert onjuist was.

Hij zocht naar de hoofdmassa van de meteoriet en probeerde anderen ervan te overtuigen dat Coon Butte gevormd moest zijn door een inslag. Op plaatsen in de krater waarvan hij dacht dat de hoofdmassa moest liggen boorde hij gaten. Sommige gaten gaan tot meer dan 300 m diep. In 1904 stootte een schacht op waterverzadigd silicaat (kiezelzuurzout) zand van een meelachtige structuur. Door het resulterende kwikzand werd het boren gestopt. De mijnschachten die zij in het centrum van de krater lieten boren zijn nog steeds aanwezig, maar dichtgemaakt. Na twee jaar zoeken en boren in en rond de krater hadden zij nog steeds niets gevonden. Wel bleek uit hun onderzoek dat de krater inderdaad door de inslag van een meteoriet moest zijn ontstaan. Om te voorkomen dat anderen hun ontdekking claimden publiceerden zij in september 1905 ieder apart een artikel in de Proceedings of the Academy of Natural Science waarin zij de inslagtheorie beschreven.

Hun theorie werd onderbouwd door: 1) De aanwezigheid van een grote hoeveelheid, mogelijk miljoenen tonnen, fijn verpulverd silicaat (kiezelzuur, siliciumdioxide, SiO₂). Om dit materiaal te maken is er een druk nodig die veel groter is dan die door vulkanische activiteit verkregen kan worden. 2) De grote hoeveelheden magnetisch ijzeroxide in de vorm van bolvormige stukken gesteente verspreid langs de rand van de krater en het omringende gebied. Sommige bollen vertoonden na splijting de Widmanstätten patronen (fig. 5) die karakteristiek zijn voor ijzermeteorieten. Een groot gedeelte van de rest bestond uit fijn zwart-grijsachtig poeder met een kristallijnstructuur waarin zeer kleine korreltjes van silicaatpoeder gehecht zijn. Dit poeder was volgens Tilghman geen bestanddeel van de gesteenten in de omgeving van de krater en verschilde zelfs van elk bekend ander magnetiet op Aarde. 3)De willekeurige verspreiding van stukken materiaal van de meteoriet en de uitgestoten rotsen op de rand van de krater en de symmetrische verdeling rond de krater. 4) Het feit dat de diverse soorten gesteente in de rand en de ‘ejecta deken’ (materiaal uit de krater gestoten) in de omgekeerde volgorde liggen als de onderliggende steenlagen. 5) De afwezigheid van in de natuur voorkomend vulkaangesteente in de buurt van de krater. Berekeningen van Tilghman gaven aan dat de hoeveelheid puin van de kraterrand veel minder was dan het volume van de krater zelf, waarmee hij de berekeningen van Gibert weerlegde.

In 1906 bezocht H.L. Fairchild, secretaris van de Geological Society of America, de krater en was er van overtuigd dat de krater door inslag was veroorzaakt. Kort daarna nam hij deel aan het 10^e International Geologic Congress, waar hij het artikel van Barringer onder de aandacht bracht. Tot aan de dood van Holsinger in 1911 werd Fairchild, door middel van monsters, foto’s, toverlantaarnplaatjes (dia’s) en informatie, op de hoogte gehouden van de ontwikkelingen rond de krater.

In 1907 bezocht de geoloog George Perkins Merrill de krater. Zijn publicaties waren voornamelijk gebaseerd op analyses van twee toen nog onbekende typen van veranderd zandsteen die hij in de krater had gevonden. Barringer identificeerde deze als type A en type B. Merrill beschreef type A als kwartsglas dat soms ontstaat bij blikseminslag in zand. Dit glas werd later lechatelieriet genoemd en wordt gezien als een kenmerk van een inslagkrater. Beide typen konden volgens Merrill alleen maar ontstaan na een korte maar zeer grote druk, groter dan elke bekende druk bij processen op Aarde.

In datzelfde jaar ontdekte Barringer iets anders. Hij en anderen gingen er vanuit dat de krater veroorzaakt moest zijn door een meteoriet die loodrecht van bovenaf ingeslagen was. Barringer experimenteerde met het afschieten van kogels in modder. Hij merkte op dat wanneer hij geweerkogels afvuurde onder verschillende hoeken de kogels die onder een schuine hoek afgeschoten werden toch ronde gaten maakten.

Vanwege de bult aan de zuidzijde van de kraterrand en de symmetrische verdeling van de meteorietfragmenten rond de noord-zuid as van de krater concludeerde hij dat de meteoriet niet recht boven, maar schuin was ingeslagen en dat het restant van de meteoriet onder de zuidelijke kraterrand moest liggen. Alle booractiviteiten richtte zich vanaf dat moment dan ook op de zuidzijde van de krater. In augustus 1922 kwam de boortop zo vast te zitten dat deze niet meer in beweging te brengen was. Alle pogingen om de boor los te maken faalden en uiteindelijk brak ook de kabel. Met de schacht tot op een diepte van 413 meter liet Barringer het werk stopzetten en eindigde zijn zoektocht.

In 1928 deed Barringer nog een poging met het maken van een schacht ten zuiden van de krater in de hoop water en kwikzand te kunnen vermijden. Helaas trof hij het grondwaterpeil waardoor er voor elke dag boren er drie dagen nodig waren om de schacht weer leeg te pompen. Op 19 m onder het grondwaterniveau zonder de aanwezigheid van metaal te hebben gevonden moest Barringer opnieuw stoppen met zijn onderzoek. Kort daarna stortte de aandelenmarkt in die leidde tot de Depressie. Daarmee vervloog de laatste hoop op het vinden van de ijzerschat. Ondanks de hoge kosten van boringen aan de zuidzijde leverde dit niets op. Merrill gaf ook aan dat door de enorme kracht van de inslag het mogelijk was dat de meteoriet geëxplodeerd en verdampt kon zijn.

Onderzoek van de wiskundige en astronoom Forest Ray Moulton toonde aan dat de mogelijke hoeveelheid ijzer in de meteoriet maar 300.000 ton was in plaats van de 10 miljoen ton die Barringer voorspeld had. De investeerders trokken zich terug en de activiteiten werden op 11 september 1929 stop gezet. Op 30 november 1929 kreeg Barringer een zwaar hartaanval en overleed.

Barringer zocht 27 jaar lang naar de meteoriet en gaf meer dan 60.000 dollar, een tegenwoordige waarde van 10 miljoen dollar, aan zijn onderzoek uit. Hij faalde in zijn zoektocht naar rijkdom onder de Meteor Crater, maar vond wel diamanten, platinum, iridium en vele meteorieten en wist dat hij steeds gelijk had over een inslag van een hemels lichaam als veroorzaker van de krater.

Fairchild stelde in 1906 voor de naam van de krater van Coon Butte of Coon Mountain te veranderen in het beter in het gehoor liggende Meteor Crater. Deze naam kwam dan ook overeen met de naam van het dichtstbijzijnde postkantoor, Meteor, dat Barringer eerder had gevestigd bij de Sunshine spoorweghalte. Ondanks dat de naam Meteor Crater zeer populair werd was Crater Mound tussen 1931 en 1946 de officiële naam.

In 1938, op 88 jarige leeftijd, beschreef Fairchild in zijn laatste (264^e) publicatie dat er mogelijke verbanden zijn tussen het ontstaan van het zonnestelsel (planeten ontstaan door accretie, dat wil zeggen samenklitten van ruimtepuin), de topografie van de Maan (met zijn vele inslagkraters) en de Meteor Crater (ontstaan door een inslag).

In 1946 bleef de populaire naam Meteor Crater bestaan, maar werd de wetenschappelijke naam, zoals vastgesteld door de Meteoritical Society, de Barringer Meteorite Crater, naar de man die veel deed om de geheimen ervan te ontrafelen. In 1941 verleende de familie Barringer het erfpacht van het gebeid aan de Bar T Bar Ranch Company, een veeteeltbedrijf dat al in de jaren 1880 was begonnen en delen van het gebied rond de krater in eigendom of erfpacht heeft.

Na de tweede wereldoorlog veranderde de zoon van Daniel Barringer, D. Moreau Jr, de naam van de Standard Iron Company in de Barringer Crater Company. Het doel van dit bedrijf werd het stimuleren van het onderzoek aan meteorieten. In 1955 vormde de Bar T Bar Ranch Company een aparte onderneming, de Meteor Crater Enterprises Inc., die voor lange tijd een erfpachtcontract met de familie Barringer afsloot. Alle faciliteiten bij de Meteor Crater, zoals het Meteor Crater Visitor Center (fig. 6), worden door deze onderneming gerund en onderhouden. De familie Barringer is nog steeds eigenaar van het gebied.

Gegevens van de Meteor Crater

De meteoriet die de Meteor Crater maakte is waarschijnlijk afkomstig van de gordel van planetoïden die tussen Mars en Jupiter draaien. Deze planetoïden hebben vaak banen die elkaar kruisen, waardoor er botsingen plaats kunnen vinden en de afgeslagen fragmenten een eigen baan gaan volgen. Wanneer deze fragmenten de baan van de Aarde kruisen, zij worden dan aardscheerders genoemd, kunnen zij in botsing komen met de Aarde.

Waarschijnlijk kwam 30.000 jaar geleden zo’n aardscheerder in botsing met de Aarde. Enkele seconden na de inslag werden er miljoenen tonnen gesteenten van diep onder het aardoppervlak omhoog gestuwd en daalde vervolgens als een hete dodelijke regen neer. Uiteindelijk keerde de normale toestand terug en bleef er alleen een krater in het oppervlak van de Aarde over. De Meteor Crater heeft een diameter van ongeveer 1200 meter is ongeveer 200 meter diep. De krater is tegenwoordig minder diep dan hij vlak na de inslag was, omdat hij door de eeuwen heen gedeeltelijk is gevuld met gesteenten en aarde.

Ten opzichte van het omringende land is de rand van de krater ongeveer 60 m hoog. De meteoriet die de krater maakte was een ijzer-octahedriet met een diameter van zeker 45 meter en een massa van ca. 63.000 ton. Ten tijde van de inslag was er een veel kouder en natter klimaat dan tegenwoordig. Het hele gebied was bedekt met bossen. In een gebied van 20 km rondom de krater werd al het leven Dieren en planten) vernietigd. De snelheid van het object vlak voor de inslag lag tussen de 43.000 km en 72.000 km per uur. De inslag zorgde voor een druk die gelijk staat aan meer dan 20.000 maal de normale atmosferische druk op Aarde. De kracht van de explosie is te vergelijken met de kracht van 150 atoombommen als die op Hiroshima en Nagasaki vielen. Tijdens de inslag verpulverde, smolt en verdampte duizenden tonnen meteoriet. Een deken van puin bedekt nog steeds het omringende landschap.

Geologische aspecten

De Meteor Crater is een goed voorbeeld van het effect van een meteorietinslag op de geologische structuur van het inslaggebied. Het Colorado Plateau, het gebied waar de inslag plaats vond, is samengesteld uit een eenvoudige opeenvolging van vier goed zichtbare lagen gesteente, die hier gedurende miljoenen jaren zijn afgezet. In de krater zijn de vier lagen gesteente duidelijk herkenbaar. Omdat deze lagen elk een andere kleur en structuur hebben zijn ze goed van elkaar te onderscheiden. Het diepste gedeelte van de kraterwand bestaat uit een laag Coconino zandsteen.

Het uit het Perm afkomstige Coconino zandsteen, de oudste van de vier lagen, is grijsachtig-wit en ongeveer 260 miljoen jaar oud. In het inslag gebied is de laag ongeveer 2,5 meter dik, maar alleen het bovenste deel hiervan is in de krater zichtbaar. In het verre verleden bestond dit gebied uit zandduinen, wat uiteindelijk een fijnkorrelig gesteente met een suikerachtige structuur werd. Het Coconino zandsteen ziet eruit alsof het met een immens grote veger is opgeveegd. Het oppervlak namelijk toont harkachtige groeven. Dit zijn sporen van gefossiliseerde duinhellingen die ontstonden toen hoge zandduinen, vergelijkbaar met de huidige Sahara, noord Arizona meer dan 265 miljoen jaar geleden bedekte. Nadat het Coconino zandsteen was afgezet strekte zich vanuit het westen een ondiep water uit over het landschap. Het bracht een dunne laag bleekgeel Toroweap zandsteen en dolomiet met zich mee. De laag is maar ongeveer 1,5 meter dik en heeft een grofkorrelige structuur.

In de loop van de tijd verdiepte het water zich en produceerde een ongeveer 60 m dikke opeenvolging van bleekgeel Kaibab-dolomiet en zandsteenlagen. Deze laag vormt het belangrijkste deel van de bovenste kraterwand. De sedimenten van de zeebodem bevatten fossiele schelpen en overblijfselen van behuizingen van zeeorganismen als brachiopoda en cephalopoda die in deze sedimenten van 250 miljoen jaar geleden leefden.

Aan de bovenkant van deze geologische opstapeling ligt het rood-bruinachtige Moenkopi zandsteen van ongeveer 240 miljoen jaar oud en gemiddeld 9 meter dik. Het werd hier in relatief ondiep water neergelegd en rimpeltekens hiervan zijn in sommige gesteenten nog duidelijk zichtbaar.

Vóór de inslag lagen al deze lagen horizontaal. Door het schokeffect van de inslag werden de lagen traag vloeibaar en over de rand van de krater gevouwen. Hierdoor toont de kraterrand dezelfde opeenvolgende lagen als de dieper gelegen lagen kraterwanden (Coconino, Toroweap, Kaibab en Moenkopi) maar in omgekeerde volgorde (fig. 7). In de jaren ’50 en ’60 van de vorige eeuw bevestigde de geoloog Eugene Shoemaker (1928 – 1997; fig. 8) deze zienswijze toen hij de structuur van de krater vergeleek met die van kraters veroorzaakt door kernexplosies.

Tegenwoordig is één van de aanwijzingen waarmee inslagkraters kunnen worden onderscheiden van vulkaankraters de aanwezigheid van een omgeslagen gelaagdheid in de kraterrand. Onderzoek van Eugene Shoemaker, Ed Chow en Don Milton aan materiaal van de Meteor Crater heeft geleid tot de ontdekking van coesiet en stichoviet, vormen van siliciumdioxide die alleen maar gevormd kunnen worden bij zeer hoge druk en niet in de natuur voorkomen. Het voorkomen van deze mineralen is tegenwoordig, evenals een omgeslagen gelaagdheid, een belangrijk criterium voor het aantonen van een inslagkrater.

Onder leiding van Eugene Shoemaker werd tussen 1964 en 1972 de Meteor Crater gebruikt om de Apollo astronauten te trainen in het herkennen van door inslagen uitgestoten materiaal, materiaal dus dat oorspronkelijk onder de bodem van de Maan lag (fig. 9). In 1968 is de Meteor Crater aangewezen als Natuur Monument. Tegenwoordig is er vlakbij een bezoekerscentrum, het Meteor Crater Visitor Center. Vanuit het centrum is het mogelijk de krater te bezoeken.

Canyon Diablo Meteorieten

Fragmenten van de meteoriet die de Meteor Crater veroorzaakte worden Canyon Diablo meteorieten genoemd. De naam Canyon Diablo is afkomstig van het plaatsje met die naam, waar de spoorweg het Diablo ravijn (Canyon Diablo) kruist. Hier bevond zich het dichtstbijzijnde postkantoor en de enige spoorweghalte in de verre omtrek.De Canyon Diablo meteoriet bestond voor meer dan 90% uit ijzer, 7% nikkel en de rest uit kleine hoeveelheden mineralen.

De doorgang door de aardse atmosfeer zorgde ervoor dat de lucht aan de voorkant van de meteoriet werd samengedrukt. Een dunne buitenlaag van het ijzeren lichaam werd hierdoor gloeiend heet en stroomde er gesmolten materiaal van de meteoriet af. Tijdens de inslag viel de meteoriet uiteen en smolt en verdampte gedeeltelijk. Fragmenten van de meteoriet die zich in een eerder stadium van de hoofdmassa hadden afgesplitst daalden met een lager snelheid en landde in de krater en het omringende gebied. Deze fragmenten verdampten niet en enkele stukken worden nu tentoongesteld in het Meteor Crater Museum.

Holsinger ontdekte de grootste meteoriet in het gebied, de 638,3 kg zware ijzermeteoriet (fig. 10). Ter ere van Holsinger kreeg dit stuk meteoriet zijn naam en bevindt zich in het Meteor Crater Museum. De daaropvolgende in grootte, met een gewicht van 485,3 kg, bevindt zich in het Canterbury Museum, Nieuw Zeeland (fig. 11). Naar schatting is er in de afgelopen 120 jaar ongeveer 30 duizend kg aan Canyon Diablo meteorieten gevonden. Ook nu nog zijn er Canyon Diablo meteorieten te koop.