Шарапов И.П., Оше А.И., Оше Е.К.

Ритмы Земли как результат самоорганизации ее энергетики



Геологические исследования установили, что природная система* Земля функционирует с различными, согласованными друг с другом и с космическими, ритмами [3]. Ранее было показано, что самоорганизация энергетических процессов у природных систем в замкнутый контур («цикл» по [4]) обуславливает ритмичное их функционирование [2,4–6]. Ритмы, в свою очередь обеспечивают системе устойчивость при изменении внешних условий, адаптацию и гомеостаз параметров. Представляет интерес выяснить, насколько эти представления, выведенные впервые для природной системы, называемой «живая материя» [7–10], применимы и могут быть полезными в отношении других природных систем, таких, например, как планета Земля. Здесь мы рассмотрим не конкретные, обеспечивающие функционирования Земли, процессы, поскольку для этого современных знаний пока недостаточно, а лишь кибернетическую их схему.

Схема самоорганизации энергетических процессов включает частичную компенсацию самопроизвольного, т.е. протекающего со снижением термодинамической свободной энергии, процесса каким либо другим, возбуждаемым первым, т.е. принудительным, процессом, идущим в направлении, противоположном первому. В отличие от равновесия, при котором не происходит никаких изменений ни в системе, ни в окружающей ее среде, при самоорганизации энергетических процессов в системе происходит самопроизвольная, непрерывная и ритмичная переработка ресурсов среды с выбросом в нее отходов и т.о. — выработка энергии. Эта энергия может затем расходоваться на обеспечение разнообразных функций системы.

С позиций кибернетики принципиальная схема выработки энергии в самоорганизованной системе выглядит довольно просто. В ней саморегулирующиеся по принципу отрицательной обратной связи процессы противоположного направления связаны друг с другом тоже нелинейными, но прямыми положительными связями в замкнутый контур. Очевидно, что устойчивость работы такого контура зависит от соотношений мощностей факторов, управляющих скоростями энергодающих процессов. Несмотря на простоту, принципиальная схема самоорганизации энергетики способна с единых позиций объяснить разнообразные фундаментальные функции природных систем. В этом она выгодно отличается от различных, подчас очень сложных, кибернетических схем, предлагающихся для объяснения ряда функций и для создания устройств, обладающих ими.

Предлагаемая модель самоорганизации с единых позиций объясняет и самопроизвольное функционирование природных систем, и самопроизвольные, однонаправленные во времени и в пространстве ритмичные изменения их параметров, и адаптацию и гомеостаз, осуществляемые через ритмы, и малую мощность управляющих воздействий по сравнению с управляемыми процессами и многое другое. В модели содержится принципиальная возможность самопроизвольного образования из множества одинаковых и/или различных систем над- и подсистем, действующих на одинаковом принципе. Могут возникать самосборкой иерархические, разветвленные и разные другие структуры с фрактальными параметрами функционирования. Очевидно, что именно самоорганизация энергетики лежит в основе целостности и специфики любой системы, ее отличий от всех других систем, в том числе — и от своих собственных частей. А именно специфика является главным критерием и характеристикой системы согласно теории систем [1]. Кстати, дискретность и целостность систем может быть следствием дискретности энергетических процессов. Эта дискретность обнаруживается кластерным анализом, как показано в [1].

Из модели самоорганизации следует, что частота ритмов может служить интегральным показателем устойчивости системы, что воздействовать на систему и управлять ею следует через факторы, влияющие на скорости энергодающих процессов, что самопроизвольно эволюционировать система может лишь до определенного предела, пока не превысистся ее адаптационная емкость. В последнем случае система разрушится, скачком превратясь в какую либо другую систему, более устойчивую в новых условиях.

Схема самоорганизации энергетических процессов в принципе может действовать при любых процессах, независимо от их природы и мощности. Важно лишь, чтобы эти процессы могли саморегулироваться и объединяться в замкнутый контур согласно предложенной схеме.

Модель самоорганизации энергетики у природных систем, на наш взгляд, может оказаться полезной при изучении геологических явлений. Так, например, по изменению ритмов геологических процессов можно судить об изменении устойчивости функционирования Земли и прогнозировать возможность приближения катастрофических ситуаций. Охватывая единым подходом эволюционные и катастрофические явления, модель примиряет теории эволюции Земли с теорией катастроф. Она показывает, что необходимо учитывать однонаправленность и повторяемость циклов. В таком случае можно ожидать, что глубины Каспия и Арала, например, самопроизвольно через некоторое время вернуться к исходным. Практически важно учитывать законы, управляющие энергетикой Земли и не пытаться, например, повернуть вспять опасные естественные процессы, т.к. это может лишь ускорить приближение катастрофы. Воздействуя на управляющие факторы, можно лишь ускорить или замедлить естественное течение процессов. Это положение, важное для управления экосистемами, к сожалению, не всегда учитывается экологами.

Не должен удивлять тот факт, что схема самоорганизации энергетики впервые была получена на основании изучения живых систем. Он скорее даже должен служить подтверждением правильности этой схемы. Дело в том, что в биологических науках не только накоплен большой фактический материал наблюдений, но имеется еще и большой объем экспериментов, которого в геологии явно недостаточно. Чтобы вывести модель самоорганизации у биологических систем, необходимо было отобрать действительно фундаментальные характеристики и найти объединяющие его взаимосвязи. Общим энергетическим основанием для живой материи оказались электромеханические процессы, организуемые протонными (в общем случае — ионными) электромеханическими полевыми эффектами, проявляющиеся у органических полупроводников в водном растворе. Жизнь возникла, по-видимому, закономерно, из неживой косной материи в результате ее эволюции, когда в процессе геологической эволюции появились подходящие для этого условия. Этапы зарождения жизни могут быть следующими: вначале эволюция химических катализаторов привела к образованию цепочек органических электронно- и протонно проводящих полупроводников [12,13], затем между электронными и протонными цепями возникло взаимодействие. Как только эти цепи замкнулись друг на друга, возникла живая материя и эволюция неживой природы дополнилась биологической эволюцией со своими особенностями. Таким образом, приходим к выводу, что образование живой материи из косной не только возможно, но, по-видимому, является необходимой, закономерной ступенью эволюции геологических процессов. Более того, очевидно, что геологические процессы после возникновения жизни на Земле должны протекать обязательно с участием живой материи. Это подтверждается образованием нефти, наличием спор в глубоких скважинах и в литосфере Земли. Очевидно поэтому, что биологические процессы должны учитываться в геологии.



* Системой мы называем единство взаимообусловленных материалов, структурно-функциональных их связей и выполняемых таким «устройством» функции [1]. Главным, необходимым условием работы этого устройства является его энергообеспечение, закономерности которого определяют собою законы функционирования системы. Термин «природная» означает, что система функционирует и существует самопроизвольно [2]




     Литература

1. Шарапов И.П. Метагеология. М.: Наука. 1989г. С. 181–97.
2. Шарапов И.П. Оше А.И. Самоорганизация энергетики природных систем как основа их ритмов и устойчивости. //Сб. Математические методы анализа цикличности в геологии. М.:Междунар. Акад. Мин. Рес. и др. организации. 1996г. вып.7, С.31–35.
3. Кулинкович А.Е. Закон мировой гармонии и процесс актуализации в геологии. Там же. С.27–30.
4. Соколов Ю.Н. Общая теория цикла. Ставрополь: Мин. Образования Р.Ф. и другие организ. 2001г. 60 С.
5. Оше А.И., Шарапов И.П. Системная парадигма энергетики Солнца.//Актуальные проблемы экологии и природопользования. М.: Рос. Унив. Дружбы народов. 2001г. Вып.2. С.61–65
6. Оше А.И., Шарапов И.П. Системное рассмотрение ритмов Солнца.//Циклы. Матер. III Междунар.конф. Ставрополь-Кисловодск. 2002г.у.З. С.50–51
7. Оше А.И. Полупроводниковая модель самоорганизации метаболизма.//Тр. II Всес.конф. по необр. Термодинамике и ее применениям. Черновцы: АН СССР. 1985г. Т.II. С.82.
8. Оше А.И., Урусов К.Х. Электромеханическая модель метаболизма //Электромагнитные поля в биосфере. М.:Наука. 1984. Т. II. С. 133–144.
9. Оше А.И., Капустина Н.И. Электромеханическая самоорганизация как системная основа живого.//Гипотеза. М. 1992г. №1. С.34–48.
10. Заиденман И.А., Оше А.И., Урусов К.Х. Биомембранный генератор / Биофизика. 1991г. т.336. Вып.З. М.: АН СССР. С.455–458.
11. Оше А.И., Бороздина Н.Н. Дискретность значений стандартных потенциалов.//Тр. 4 Всес. Конф. по электрохимии. М.: АН СССР.1982г.Т.II.
12. Руденко А.П. Химическая эволюция и биогенез.//Философия и социология науки и техники. М.: Наука. 1987г. С.70–87.
13. Карасев В.А., Стефанов В.В., Курганов Б.И. Надмолекулярные структуры. М.: ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Т.31. Сер.биол. химии. 1989г.

Воспроизведено по: Циклы. Материалы IV Международной конференции.
СевКавГТУ, Ставрополь, 2002 г.

     персональная страница И.П. Шарапова на Главную