Возникновение Карымской вулкано-тектонической кольцевой структуры (Карымско-Семячинской кальдерной депрессии – 4) связано с извержением гигантского количества кислой пирокластики в ходе образования крупной (20×30 км) и сложной по своему морфологическому строению структуры проседания.
В верхнем плейстоцене (в посткальдерную стадию) вулканическая деятельность в пределах этой структуры привела к образованию таких крупных вулканов как Двор, Академия Наук, Белянкина, Пра-Карымский и Пра-Семячик. Позднее, здесь же, образовалась собственно Карымская вулкано-тектоническая структура (ВТС), размером 16×10 км (7), морфологически и генетически представленная двумя самостоятельными – кальдерой Академии Наук и Карымской кальдерой – вулкано-тектоническими образованиями, формирование которых связано с выбросом 150–200 и 15–20 км3, соответственно, объёмов дацит-риолитовой пемзы.
Кальдера Академии Наук приурочена к одновременному вулкану, находящемуся в 6 км к югу от вулкана Карымского. По морфологическому строению вулкан относится к типичным кальдеро-вулканам с эксцентрически расположенной относительно его былой постройки кальдерой, ограниченной чётко выраженным кольцевым уступом. Возраст этой кальдеры составляет 30 тысяч лет (7). До 1996 года, вулкан считался потухшим, однако события 1996 года и изучение последствий и особенностей подводного извержения в озере Карымском, показали, что подобного рода явления происходили в кальдере и раньше. Во всяком случае, только в голоцене подобного рода события произошли не менее трёх раз (1).
Кальдера вулкана Карымского образовалась около 8600 (790014С) лет назад, когда в результате серии катастрофических извержений на дневную поверхность поступило от 11–12 до 13–16 км3 дацитовой пемзы, что и привело к обрушению стенок выводного канала (7).
Эта небольшая по размерам (6×4 км, площадь – 12 км2) кальдера, наложенная на средне-вернеплейстоценовые вулканы Двор и Пра-Карымский, является классическим образцом вулкано-тектонических структур подобного рода. В том смысле классическим, что практически по всему периметру она ограничивается морфологически чётко выраженным уступом, высотой от 10–15 м на юге до 250 м на севере, где к ней примыкает дугообразная постройка древнего вулкана Двор.
В центральной части кальдеры расположен вулкан Карымский. При высоте над уровнем моря в 1536 м, относительная высота его правильного конуса достигает 700 м, диаметр основания – 1100 м, объём – 0,8 км3, диаметр вершинного конуса:150–160 м
По своему строению вулкан Карымский, начавший действовать примерно 5300 14С лет назад, является типичным стратовулканом, сложенным потоками двупироксеновыми андезитов и андезито-базальтов, переслаивающимися горизонтами рыхлой пирокластики (пепла, лапилли, бомб). В основании конуса залегает лавовый фундамент, представленный двумя основными комплексами: более ранним южным, сложенным андезито-дацитами и дацитами, и более молодым – андезитовым. Слагающие их потоки относятся глыбовому гавайскому и санторинскому типам, а сами лавы (при преобладании в их минералогическом составе плагиоклаза № 46–47, а также моноклинного и ромбического пироксена) отличаются лишь количеством вкрапленников и деталями структуры и состава основной массы. В историческое время вулкан Карымский продолжает извергать таковые же по составу андезиты и дациты.
Двойное (из двух центров) извержение 1996 года началось в ночь с 1 на 2 января. По характеру проявления и, главное, по масштабу и интенсивности воздействия на ландшафтные компоненты оно распадется на три фазы: эксплозивное извержение из субтерминального кратера вулкана Карымского, синхронное подводное извержение в озере Карымском и последующее эруптивная деятельность вулкана.
Извержение на вулкане Карымском происходило из нового субтерминального кратера диаметром около 25 м, образовавшегося на юго-западном склоне в 80 м от прежнего вершинного кратера. Почти непрерывный выброс рыхлой пирокластики сопровождался подъёмом эруптивного облака формой «цветной капусты» на высоту до 500–1200 м над кромкой кратера. К югу от облака на высоте 2–2.5 км простирался тёмный шлейф, длиной до 50–70 км и шириной до 2–3 км. В результате столь интенсивной эксплозивной деятельности склоны вулкана и борта кальдеры в южном направлении вплоть до Карымского озера оказались покрыты мощным слоем пепла.
Подводное извержение было приурочено к эруптивному центру, расположенному в северной части озера, примерно в 500-х метрах от его берега. В наиболее активную фазу извержения мощные дискретные фреато-магматические выбросы газа, пара и тефры следовали один за другим с интервалом в 10–15 минут. Во время каждого очередного эксплозивного взрыва стреловидные широкие фонтаны воды и пара выбрасывались вверх на высоту до 500–800 м, вслед за чем в небо, на высоту до 2–4 км, поднимались тугие, перегруженные пеплом облака пара. Во время же наиболее мощных взрывов эруптивная туча поднималась до 5–8 км и в воздух взлетало большое количество вулканических бомб, от 10 см до 2 м в поперечнике, дальность разлёта которых достигала 1–2 км от центра извержения.
Что же касается самого озера, представляющего собой округлый бассейн диаметром 3,8 км, глубиной 50–60 (до 70) м и объёмом в 4,6×108 м3, то во время каждого взрыва его поверхность резко вздымалась, после чего образовавшаяся волна цунами, высотой до 10 м, с большой скоростью прокатываясь по всему озеру, образуя, при подходе к берегам, сильные – до 50–60 м – заплески.
В результате бурного таяния ледового покрова (а, возможно, также и вследствие прорыва временной подпруды, образованной битым льдом в узком ущелье реки Карымской, вытекающей из озера) вниз по реке прокатился мощный водно-грязевый паводок (поток), который залил значительную часть долины реки, лежащую в пределах Карымской кальдеры, и перекрыл под своими наносами большую часть термальных источников Карымского вулкана, что в последующем привело к изменению характера и режима их стока. При этом огромное количество взвешенной грязи и пепла, вместе с погибшей рыбой было вынесено в устье реки Карымской.
3 января произошло резкое ослабление эксплозивной активности. Правда, в первой половине дня над эруптивным центром всё ещё отмечалось интенсивное парообразование, вследствие чего чисто белые паровые облака поднимались на высоту до 800–1000 м. Однако их плотность и ширина были значительно меньше, чем 2 января, а пепел отсутствовал полностью. А уже в 11 часов утра 3 января сквозь разрывы в облаке стала прослеживаться чёрная овальная полоса свежих отложений, образовавшихся вокруг эксплозивного центра. И во второй половине дня эксплозивная деятельность прекратилась полностью. Хотя поверхность самого озера слабо парилась на протяжении ещё нескольких дней.
В целом, в ходе двухдневной интенсивной эксплозивной деятельности, в северной части озера образовалась насыпная вулканическая постройка с кратером (кратер Токарева), заполненным водой. В результате прогрева горячими эманациями вода в озере нагрелась до 24–25ºС, а в прибрежной полосе северного сектора (в районе новообразованного кратера) температура воды достигала 28ºС (3). К тому же, за счёт поступления огромных объёмов разнообразных химических элементов и соединений прежде низкоминерализованная, субнейтральная (pH 7), озёрная вода буквально за считанные часы преобразовалась в насыщенный сульфатно-натриево-кальциевый раствор и озеро превратилось в самый большой на Земле естественный кислотный (pH 3,1–3,3) резервуар с минерализацией, достигающей 1г/л.
Вполне понятно, что в результате этих явлений всё живое в озере, и, прежде всего, искусственно здесь разведённое стадо туводного лосося (кокани), численностью до 4–5 млн. особей, погибло полностью. Причём, скорее всего, погибло ещё в самые первые минуты извержения вследствие акустического воздействия мощных ударных волн, сопровождавших очередные эксплозивные взрывы. Так что волны цунами, нагревание воды, её загрязнение продуктами извержения и грунтами разрушаемого цунами берега, а также резкое закисление самой водной толщи лишь довершили эту экологическую катастрофу до логического конца.
Вслед за завершением извержения в озере существенно изменился характер и режим эруптивной деятельности самого Карымского вулкана. Размеры его нового субтерминального кратера значительно – от 25–30 до 90 м – увеличились, и он соединился с прежним, но не действующим центральным кратером вулкана. При этом в нём стали происходить одиночные (и серии), с интервалами в 3–5 минут, эксплозивные выбросы на высоту до 1–1,3 км, а пепловые шлейфы вытягивались, в зависимости от мощности и высоты выбросов, а также силы ветра, на расстояние от 1,5–3 до 5–8 и более километров, преимущественно в восточном и западном направлениях.
Основная масса выпавшего в районе пепла представлена немагнитными обломками, а главными механическими его фракциями были частицы с размерами 0,1–0,25 мм (24,6% от немагнитой и 10,6% от магнитной части) и 0,25–0,5 мм (70,4% от немагнитной и 85,1% от магнитной части), что, по мнению ряда исследователей (6) характеризует условия образования вулканических взрывов, физико-механические свойства горных пород, расположенных в верхних зонах магматического канала вулкана и удалённость разброса частиц от эксплозивного центра.
Наиболее распространённым рудным минералом в пеплах первых дней извержения является магнетит. Среди остальных компонентов присутствуют титаномагнетит, гематит, пирит, а также впервые обнаруженные самородный алюминий и α-железо.
Через 13 дней после начала извержения, из бокки, расположенной на юго-западной, внешней, привершинной части вулкана, началось излияние потоков крупноглыбовой лавы, и с этого момента характер извержения с эксплозивного изменился на эксплозивно-эффузивный.
Ширина и мощность лавовых потоков монотонно увеличивались по мере продвижения от 10–20 м возле истока до 100–200 м в фронтальной их части и от первых м до 20–25 м в их оконечности, при максимальной длине до 1 км. Время от времени по склонам вулкана скатывались и пирокластические потоки. Однако ни те, ни другие не достигали пояса растительности и потому они не оказали сколько-нибудь заметного влияния на биоту.
Таким образом, говоря об экологическом эффекте извержения специально следует подчеркнуть, что принципиально различный характер этого двойного извержения обернулся столь же принципиально различным воздействием на природную среду. Так, при извержении подводного вулкана полному уничтожению подверглась водная биота Карымского и реки Карымской (2).
Что же касается наземной биоты территории, прилегающей к озеру, то в этом случае наибольшей степени оказались поражены склоны кальдеры Академии наук, непосредственно прилегающие к новообразовавшемуся Новогоднему полуострову, берега самого озера, захлёстываемые заплесками волн-цунами, а также поверхность пирокластического плато, прилегающего к южному подножию вулкана Карымского. Причём помимо механического (придавливание продуктами извержения стволов и ветвей стлаников, обдирания с них коры и т. д.) и химического поражения растительного покрова, в непосредственной близости от центра извержения происходило полное и частичное погребение почвенно-растительного горизонта горных тундр и отчасти, стлаников.
В меньшей степени растительный и животный мир пострадали в результате деятельности самого Карымского вулкана. Дело в том, что за период 1996–2000 года объём пирокластики, выпавшей в пределах конуса и его подножий составил 0,0274 км3, а общее количество пепла, выпавшего за пределами Карымской кальдеры, оценивается в 1,5–2 раза больше (7). Однако, при этом, максимальное количество извергнутой тефры (до 30 см на расстоянии 3 км от кратера) отложилось в юго-западном секторе Карымской кальдеры, где растительный покров практически отсутствовал. И потому за пределами основания конуса произошло лишь временное угнетение растительного покрова и частичное выпадение на некоторых участках отдельных видов растительности.
Тем не менее, активная вулканическая деятельность вулкана Карымского обусловила формирование в его окрестностях нового надпочвенного покрова, в верхнем горизонте которого фактически полностью отсутствует тонкодисперсное органическое вещество, способное поставлять питательные элементы для растений (5). К тому же регулярно поступающие на земную поверхность вулканические пеплы настолько резко (для формирования зрелых органических горизонтов на поверхности пирокластики требуется период «покоя» не менее 100 лет, там же) замедляют трансформацию органического вещества, что процесс восстановления почвенно-растительного покрова в районе вулкана может затянуться на долгие десятилетия.