Синергетика и современная геологическая картина мира.


УДК 167.7 А.В. Шуталева

Обращение к вопросам создания общей теории геологического объекта, проблеме поиска общих принципов и общефилософских методологических установок позволяет рассмотреть синергетическую методологию как одну из возможностей создания целостного понимания всей геологической данности. Основания для данной интерпретации присутствуют в истории развития геологической картины мира. Геология – это: 1) комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли; 2) (в узком смысле слова) наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Необходимо отметить, что само слово «геология» было введено в научное обсуждение только в XV в., однако имело оно иное значение. В1473 г. в городе Кельне выходит книга епископа Р. де Бьюри «Любовь к книгам» («Philobiblon»). В ней под геологией понимается весь комплекс закономерностей и правил «земного» бытия, в противоположность теологии – «науке о духовной жизни». Современное понимание термина «геология» впервые возникло в1657 г. у норвежского естествоиспытателя М. П. Эшольта в работе, посвященной крупному землетрясению, охватившему всю Южную Норвегию.

Геология становится самостоятельной наукой во второй половине XVIII в. Для этого периода характерен рост потребностей общества в ископаемом минеральном сырье и интереса к изучению недр, что было связано с потребностями нарождающейся крупной капиталистической промышленности. В это время геологические исследования – это, главным образом, описание свойств и условий залегания горных пород. Однако у ряда ученых присутствовали попытки объяснения генезиса горных пород и проникновения в суть процессов, происходящих как на поверхности Земли, так и в ее недрах. Так, геологические исследования М. В. Ломоносова воплотились в его трудах «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757) и «О слоях земных» (1763). М. В. Ломоносов выстраивал всестороннее и взаимосвязанное изложение существовавших в то время геологических данных и собственных наблюдений. По М. В. Ломоносову, решающая роль в формировании лика Земли принадлежит глубинным силам, как он пишет, «жару в земной утробе», при этом им признавалось влияние на земную поверхность и внешних факторов – ветра, рек, дождей и др. Идеи М. В. Ломоносова о том, что существует синтез внешних и внутренних сил в их влиянии на развитие Земли, не только опередили свою эпоху, но и являются основанием для современного понимания геологических процессов. Необходимо отметить, что во время деятельности М. В. Ломоносова в Европе противостояли друг другу две геологические школы – «нептунизм» и «плутонизм». Основной проблемой, вокруг которой шла идейная борьба, касалась вопросов прошлого и настоящего Земли.
Синергетика и современная геологическая картина мира.
Опубликовано 07.03.2013

Представители «нептунизма» (А. Г. Вернер и его последователи) придерживались мнения, что все горные породы, включая базальт, образовались как осадки из водной среды, при этом вулканическая деятельность приписывалась подземному горению каменного угля. Необходимо отметить, что А. Г. Вернер проводил свои геологические наблюдения только в окрестностях Фрейберга, поэтому распространение замеченных им закономерностей, таких как, последовательность формаций, на всю поверхность земного шара является неправомерным.

Представители «плутонизма» (Дж. Геттон и его последователи) считали, что в геологических процессах значительная роль принадлежит внутренним силам Земли. Отметим, что идеи о вулканическом происхождении базальтов и об образовании гранитов из расплавленных масс впоследствии были подтверждены микроскопическими исследованиями пород и специальными экспериментами. Соответственно, с точки зрения современного понимания философских проблем сущности геологических процессов позиция «плутонизма» предстает как одно из оснований современных геологических теорий.

Геология становится наукой в полном смысле слова только в конце XVII – начале XIX вв. В это время появляется возможность разделения слоев земной коры по возрасту на основании сохранившихся в них остатков древней фауны и флоры, что позволило: 1) осуществить обобщение и систематизацию разрозненных ранее минералогических и палеонтологических данных, 2) построить геохронологическую шкалу, 3) создать геологические реконструкции.

Для современной геологии характерен ряд изменений и кардинальная ломка прежних представлений. Эти изменения касаются как теоретической установки, для которой характерен плюрализм теорий, так и революционных изменений в методологическом и эмпирическом базисе, поскольку, во-первых, геологическими исследованиями охвачены все континенты и океанические сегменты планеты, во-вторых, стали доступными данные о докембрийском этапе развития Земли, составляющем 7/8 всей геологической истории, в-третьих, появился принципиально новый фактический материал представленный космической геологией, сверхглубинным бурением и изучением верхней мантии Земли.

В современных теоретических работах, посвященных методологическим и практическим вопросам геологии, обсуждаются задачи, которые касаются, во-первых, необходимости создания общей теории геологического объекта; во-вторых, необходимости выхода на общие принципы и общефилософские методологические установки; в-третьих, необходимости поиска нового, нетрадиционного взгляда для целостного понимания всей геологической данности.Для современного состояния геологии характерно сосуществование ряда концепций, таких как 1. теория геосинклинального развития литосферы, основанная на представлении о вертикальном движении блоков кристаллической оболочки планеты; 2. мобилистская теория, согласно которой предполагается не вертикальное, а горизонтальное перемещение блоков литосферы и континентов; 3. теория расширяющейся планеты, которую в конце 50-х гг. XX в. предложили Б. Хазен, У. Керн, Е. Е. Милановский: в течение мезозоя и кайнозоя произошло увеличение земного радиуса на 10–15 %, а площади поверхности Земли – на 20–30 %; при этом не исключается пульсационный характер ее расширения, планета как бы «дышит»; 4. эклектические теории, в которых объединяются элементы теории плит, расширения Земли и других видов горизонтальных движений с доминированием вертикальных движений блоков литосферы; 5. концепция самоорганизации материи в геологии (синергетическая парадигма).

Влияние синергетической парадигмы на формирование современной геологической картины мира весьма существенно. Появление и развитие синергетической парадигмы связано с именами таких ученых, как Г. Хакен, И. Пригожин, С. П. Капицы, С. П. Курдюмов, Е. Князева, Ю. Л. Климонтович, Б. Мандельброт, Э. Моран, Ф. Варела. Проблемами взаимосвязи геологии и синергетической парадигмы посвящены работы Дж. Грегори, М. А. Садовского, П. М. Горяинова, Г. Ю. Иванюк, Д. Г. Егорова, Ф. А. Летникова и др. Основанием синергетики как теории самоорганизации и сложности являются два фундаментальных открытия, которые имеют глубокое философское содержание. Первое открытие – открытие странных аттракторов (нелинейности и непредсказуемости хода процессов эволюции в сложных системах). Второе – открытие режимов с обострением, режимов быстрого, лавинообразного роста.

Формирование синергетического видения мира в геологии означает смену парадигмы и концептуальный переход от картины мира, организованной на идеях бытия, стабильности, порядка, где системы поддерживали свое равновесие посредством отрицательной обратной связи (гомеостазис) к картине мира, основанной на идеях становления, самоподерживаемого развития, хаоса, генерирующего новые упорядоченные эволюционирующие структуры, быстрых процессов эволюции благодаря нелинейной положительной обратной связи, коэволюции, то есть взаимно согласованной эволюции различных сложных систем.Синергетические принципы позволяют изучать взаимосвязи, самоорганизацию пространства и времени, процесс, бытие как становление. Принцип самоорганизации постулирует, что существует открытая система, то есть система, обменивающаяся с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Этот принцип ставит под сомнение универсальность выводов классической термодинамики, которая изучает закрытые системы, изолированные от окружающей среды, фактически не встречающиеся в природе. Разработка теории диссипативных структур привела к важному мировоззренческому выводу: диссипация – это не фактор разрушения, а необходимое и важное свойство процессов самоорганизации. Диссипация – процесс рассеивания и превращения энергии в менее организованные формы. Диссипация является необходимым процессом, он способствует выстраиванию упорядоченной структуры в нелинейной открытой среде. Диссипативные структуры связаны с принципом, который И. Пригожин назвал «возникновение порядка через флуктуации». Вопрос, который И. Пригожин выносит в заголовок своей основополагающей работы по синергетике, написанной в соавторстве с И. Стенгерс, – «Как рождается порядок из хаоса (беспорядка)?» [4]. Соавторы развивают идею, что инициирующим началом самоструктурирования нелинейной открытой среды является малая флуктуация. Необходимо отметить, что синергетическое понятие флуктуации тесно связано с философской категорией случайности на том основании, что флуктуации понимаются как случайные отклонения величин, характеризующих систему, от средних значений. В открытых нелинейных системах флуктуация (случайное малое воздействие) может привести к существенному результату, что определяет конструктивную роль случайности в процессах самоорганизации, происходящих в материальном мире.

Следовательно, современная геология для построения геологической картины мира должна учитывать ее следующие характеристики: 1. открытость систем – для вещества, энергии, информации, 2. нелинейность – признается множество путей эволюции системы и возможность выбора альтернаты, 3. когерентность – протекание во времени процессов в конкретной системе рассматривается как согласованное, 4. хаотический характер переходных состояний в системах, непредсказуемость их поведения, 5. способность активного взаимодействия со средой, изменения ее в направлении, обеспечивающем наиболее успешное функционирование системы, что предполагает гибкость структуры и способность учитывать прошлый опыт развития системы. Синергетический стиль мышления – нелинейный, эволюционный, холиcтичеcкий. Современный этап развития традиций кибернетики, cиcтемно-cтруктурного анализа и теории информации приводит к существенным изменениям в геологии. Идея когерентности, кооперативной самоорганизации, в развитии и строении Земли является целостной концепцией геологической картины мира [2, 3, 5, 6, 7, 8].Уже в работе Джеймса Грегори «Образование земли» [2] присутствует идея, что наша планета является космическим фракталом. Им были сформулированы законы, отражающие взаиморасположение материков и океанов, которые позволили представить тело планеты как сфероидально-октаэдрическую конфигурацию. Необходимо отметить, что «Земля как октаэдр» является приближенной моделью, поскольку отмечается, что в действительности грани октаэдра оказываются не прямыми линиями, а дугообразными, треугольникам соответствуют выпуклые сегменты поверхности Земли, а не идеально правильные. С точки зрения Дж. Грегори, это не отменяет того, что наша планета является единственным фрактальным образованием, относящихся к классу неправильных фракталов. Одним из законов строения фракталов является субординированность. Из этого следует фрактальность литосферы, так и всей геологической реальности. Таким образом, геологически организованная материя – это фрактальный продукт синергетической самоорганизации неорганической материи.

Геофизик М. А. Садовский в1979 г. предложил рассматривать литосферу как систему взаимодействующих неоднородностей структурного, субстанционального, плотностного и иного рода. Согласно докладу М. А. Садовского, литосфера обладает условиями самоорганизации, поскольку является, во-первых, нелинейной системой, во-вторых, присутствует поток эндрогенной энергии, непрерывно пронизывающий литосферу, в-третьих, как следствие, в определенное время возникает фрактальная диссипативная структура планетарного масштаба. М. А. Садовский подчеркивал, что геологическая синергетика намного сложнее схемы структурогенеза, разработанной И. Пригожиным.

Геологическая синергетика М. А. Садовского включает такие факторы, как вибрации литосферы в огромном диапазоне масштабов и частот: от тепловых колебаний атомов до движений макросистем, включая землетрясения и подвижки континентальных плит. Силы дальнодействия безгранично увеличивают радиус согласованного поведения неоднородностей литосферы, следовательно, эффект кооперативности реализуется на всех ступенях субординированной лестницы ее подсистем. Самоструктурирование присуще как верхним, так и нижним ступенькам системы, причем самоструктурирование на верхней ступеньке осуществляется за счет аналогичных процессов, идущих на нижней ступеньке.М. А. Садовский высказывает мысль, которая следует идеям И. Пригожина, но выходит за рамки его концепции. Это идея о роли глубинных разломов литосферы, которые являются не чем иным, как зонами интенсивной диссипации тепловой энергии, где следствиями их образования являются структуры литосферы. То есть спонтанный структурогенез, самоорганизация, предстает не как конечная точка синергетического явления, а средством, способом адаптивного поведения системы в изменившихся условиях. М. А. Садовский пишет, что за структурированной картиной литосферных блоков стоит максимально эффективный способ отвода тепла посредством упорядоченной сети глубинных разломов. Разломы могут быть рассмотрены как скелет, каркас системной связности блоков литосферы. Это приводит М. А. Садовского к выводу, что литосфера Земли должна быть построена по принципу суперпозиции, то есть должна заключать в себе субординированную иерархию самоподобных фрактальных конфигураций. Это синергетический взгляд на геологическую действительность.

Согласно синергетической концепции самоорганизации вещества, в точке бифуркации возникает дальнейший порядок в отношении элементов. П. М. Горяинова и Г. Ю. Иванюк [1] пишут, что в возникшей структуре каждая подсистема, каждый процесс являются органической частью целого и могут быть осмыслены только через целое. Они выделили следующие особенности тектоносферы: фрактальность литосферных комплексов, когерентность поведения подсистем и цель всех совокупных процессов, структурный гомеостазис, адаптацию ансамблей к энергопотоку. Это позволяет зафиксировать, что несогласованное автономно-локальное плавание литосферных блоков является поверхностным видением, кажимостью. Синергетический подход позволяет увидеть, что самостоятельного, независимого от целостной динамики литосферы перемещения литосферных блоков в принципе быть не может. Необходимо учитывать, что в геодинамику литосферы включен принцип бифуркационного развития явлений.

Таким образом, можно сделать вывод, что развитие синергетического взгляда в геологии приводит к глубоким изменениям в концептуальной геологической сетке, посредством которой может быть описана геологическая картина мира.



Литература:

Горяинов П. М., Иванюк Г. Ю. Самоорганизация минеральных систем. Синергетические принципы геологического исследования. М., 2001.
Грегори Дж. Образование земли. СПб., 1914.
Дискретные свойства геофизической среды. Сб. науч. трудов // Под ред. М. А. Садовского. М.: Наука, 1989.
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 2005.
Садовский М. А. О естественной кусковатости горных пород // Доклады АН СССР. 1979. 247. № 4. С. 829–831.Садовский М. А., Писаренко В. Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. М.: Наука. 1991.
Садовский М. А., Писаренко В. Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. М.: Наука, 1991.
Шульц С. С. Планетарная трещиноватость // «Планетарная трещиноватость». Сборник статей Под ред. С. С. Шульца. Л.: Изд-во Ленинградский ун-т, 1973.

___________________________________

Шуталева А.В. Синергетика и современная геологическая картина мира // Вестник Бурятского государственного университета Серия 6, Философия, социология, политология, культурология. Научное издание. Улан-Удэ, Изд-во Бурятского госуниверситета, 2011, Выпуск 6. С. 36-39. http://philosophy-studies.ru/moi-publikacii/sinergetika-i-sovremennaya-geologicheskaya-kartina-mira.html (дата обращения 02 апреля 2013 года)