ПОРЯДОК ПРОТИВ ХАОСА. ГЕОГРАФИЯ ОКЕАНА
Развитие реальных динамических структур шло по пути постепенного вытеснения признаков хаоса и превращения самой структуры в некоторое подобие механизма.[40] •
— Л. А. Николаев
— " Целостность океанологии как науки в той же
мере, в какой целостен океан или отдельный морской водоем, как естественноисторический и ‘ народнохозяйственный объект, должна: быть ос-.
. новным положением современной океанологии.[41]
. Л. А. Зенкевич
Два диаметрально противоположных и, на первый взгляд, несовместимых свойства присущи океану. Одно из них — стремление выровнять любые неровности, любые градиенты, сообщенные ему силами, действующими извне. Вылейте в море стакан пресной воды —■ образуется пресное «облако». Но скоро оно рассеется, градиент концентрации станет бесконечно малым, исчезнет вообще. Нагрейте воду в одной точке — через некоторе время сгладится и температурный градиент. Но и то, и другое воздействия краткие. А если «наводить» неравномерность вечно? И в этом случае океан стремится ее уничтожить. Вспомните величайшие реки, тысячелетиями выносящие в моря пресную воду, взвеси, а теперь и ядовитые отходы химических производств. Все это океан стремится развеять по своему объему. Естественно, приходит мысль, что стремление выровнять, равномерно рассеять все и вся — основное проявление его «деятельности».
Но не только силы, усредняющие, устраняющие не-
равномерность, действуют в океане. Наряду с этим океан сам создает неравномерность, градиенты, упорядоченность. И не только создает, но и поддерживает их тысячелетиями, потому что эта упорядоченность — его собственная структура.
Стремление строить свой внутренний порядок, свою* структуру и одновременно умение охранять ее от разрушающего воздействия внешних сил —• два эти свойства наиболее характерны для живых существ. Так что же,, и океан — гигантское живое существо? Такое сравнение,, как мы увидели, может быть полезным.
Вся история изучения океана :— это в сущности постепенный переход от идеи царящего в нем беспорядка и случайности к мысли о том, что он представляет собой, совокупность определенным образом взаимосвязанных, и, следовательно, упорядоченных физических, химических и биологических явлений, обладающих и относительно постоянной структурой, и вполне закономерным, развитием. На одном из этапов, ведущих к такой идее,, возникло представление об океане как открытой динамической системе. ,
При первом з«акомстве с океаном человек обращает — внимание на его подвижную поверхность, на внешние — часто кажущиеся хаотичными проявления его деятельности. Однако того, кто ближе знакомится с океаном,, поражает регулярность и упорядоченность многочисленных — физических, химических, биологических — процессов, протекающих в нем, его геологическая деятельность, климатическая. роль, его хозяйственный потенциал. Такому человеку океан напоминает гигантскую химическую лабораторию или метаболическую клетку. В — этом образном выражении выдающегося морского микробиолога Зо-Белла прежде всего привлекает внимание верное по существу сравнение океана со сложными организованными, благодаря деятельности человека или благодаря эволюции, системами. Понятие «система» многоаспектно. При множестве — определений этого понятия, принципиально важно одно: система — это организованная совокупность взаимодействующих элементов (подсистем) .
Из множества свойств систем, описываемых в общей теории сложных систем, важно выделить всего лишь два положения, главных для существа вопроса. •
1. Благодаря тому, что составляющие систему элементы (подсистемы) взаимодействуют и организованы, .являя собой единую совокупность, система приобретает качественно новые свойства, не присущие ни одному из составляющих ее элементов, и, следовательно, система — иное, новое качество по сравнению с ее элементами (подсистемами). Система принципиально не сводима к составляющим ее подсистемам.
2. Отсюда следует, что нельзя изучить систему, иссле — .дуя лишь — свойства и существо ее элементов, без знания их взаимодействия и организации их в систему. Так, одно лишь знание свойств водорода и кислорода не дает никакого знания или может дать ложное представление о свойствах и сути воды. Иными словами,’ изучение системы — это анализ и синтез системы.
Изучение океана до последнего времени шло по пути анализа этой сложной природной системы. Среди множества обособившихся наук, изучающих подсистемы океана (физической океанологии, геологии океана, химии океана, биологии океана), на их. стыке стали возникать пограничные науки об океане, являющиеся по существу первыми попытками на пути к синтезу из двух подсистем (геохимия и биохимия океана) или из трех подсистем (.биогебхимия океана). Эти тенденции отнюдь не — являются данью моде. Они свидетельствуют о том, ■что пора исключительно анализа в изучении океана заканчивается и что частные науки об океане созрели для перехода к синтезу в системы. Одновременно же в соответствии с известной логикой эволюции науки и практической деятельности человека наиболее острые совре-, менные практические запросы, предъявляемые человечеством к науке об океане,— проблемы эксплуатации ресурсов океана и охраны его от загрязнения—требуют не дифференцированного, но комплексного, точнее сказать, системного подхода и обнаруживают явную недостаточность знаний об океане, ‘которыми располагают и могут располагать частные науки о нем.
Очевидно, что механически сведенные вместе знания, накопленные частными науками об океане, не могут дать представления’о его функционировании как единой сложной системы. Необходимая, адекватная природной, система наук об океане, как и всякая система, не может йыть сведена к составляющим ее подсистемам — частным наукам об океане—-она должна быть качественно новым построением из составляющих ее элементов. В последнее десятилетие отмечается постепенное переключение генерального направления научных исследований от проникновения в микромир, в глубину и интимные свойства материи, с чем связаны наиболее выдающиеся успехи недавнего прошлого (овладение атомной и ядерной энергией в физике и технике; генетика в биологии; механизмы реакций в химии; проникновение в; подсознание в «человековедении»), к изучению сложных ансамблей — систем (теория автоматов и кибернетика в физике и механике; экология в биологии; динамика и: макрокинетика в химии; изучение организации, функционирования и управления коллективами в социологии).. Кардинальными вопросами при изучении сложных систем оказываются следующие: организация и функционирование; динамика и стационарные состояния; механизмы саморегулирования и управления; устойчивость и — эволюция; -пространственная и видовая структура. Неслучайно во всех океанологических дисциплинах в последнее время на первый план выходят вопросы динамики подсистем, с которыми связаны эти дисциплины. Именно от этого генерального направления наук вообще ожидают наиболее выдающихся успехов науки и практики. Следовательно, все шире будут разрабатываться методология изучения сложных систем, основывающаяся в настоящее время на представлениях кибернетики и- теории сложных систем, и средства их экспериментального и теоретического изучения, современными примерами которых служат теория эксперимента, моделирование и вычислительная техника.
Может возникнуть вопрос: почему же задача синтеза наук об океане не поставлена в прошлом? Потому,, очевидно, что «человечество ставит себе всегда только — такие задачи, которые оно может разрешить, так как при ближайшем рассмотрении — всегда оказывается, что сама задача возникает лишь тогда, когда материальные условия ее решения уже имеются налицо, или, по крайней мере, находятся в процессе становления»[42].
Таким образом, существуют объективные предпосылки развития комплексной науки об океане. Ни одна из частных океанологических наук, связанных с изучением конкретной — механической, физической, химической или биологической — формы движения материи, не может претендовать на роль этой комплексной науки. Такой наукой может быть только понимаемая в широком смысле океанология, или география океана, как количественное описание динамической геоподсистемы — океана.
Предмет изучения географии океана — океан как единая ‘ сложная открытая динамическая система и одновременно существенный элемент географической оболочки в целом. Главные вопросы географии океана — вопросы структуры океана и его функционирования как ■сложной системы и одновременно как относительно простого элемента более, сложной системы — биосферы.
Вот эти вопросы:
1) пространственная упорядоченность океана как динамической системы;
2) циркуляция вещества и энергии по звеньям системы; ■
3) эволюция океана и его устойчивость, в том числе к возмущениям в виде загрязнения океана и в виде изъятия его ресурсов;
4) механизмы саморегулирования океана и управления процессами в нем, в том числе климатообразующими, самоочищением, биологическим продуцированием;
5) наконец, на этой основе организация, экономика и долгосрочное планирование оптимальной эксплуатации океана как единой системы и звена биосферы.
[1] Дюкрок А. Физика кибернетики. — В сб.: Кибернетика ожидаемая и кибернетика неожиданная. М., «Наука», 1968 с 109.
[2] Э ш б и У. Р. Введение в кибернетику. М.,Изд. иностр. лит-ры, 1959. 432 с. .. .
[3] Кориолисово, или поворотное, ускорение возникает из-за суточного вращения Земли. Мы объясним его подробнее р главе I.
[4] Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика,, с. 73—74.
[5] Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика. Пер. с англ. М., Атомиздат, 1972, с. 75.
[6] Цит. по кн.: Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М., Гидрометеоиздат, 1947, с. 286.
[7] Ццт. по кн.: Фабрикант Н. Я — Аэродинамика. Ч. 1.
М.—Л., ГЬстехтеориздат, 1949, с. 437.
[8] Как видно из рисунка, направление вектора трения ветра о воду не вполне совпадает с направлением ветра,
[9] Против использования соотношения (48) неоднократно высказывался известный океанолог-гидродинамик А. С. Саркисян, считающий полученный вывод неприемлемым. Однако математическая сторона доказательств никем не ставилась под сомнение.
[10] Г. Герц о максвелловых уравнениях электромагнитного поля. Цит. по кн.: Карцев Вл. Приключения великих уравнений, М., «Знание», 1971, с, 176. 1
[11] Имеется в виду система, управляемая не обязательно чело
[13] Здесь и дальше мы будем иметь в виду не всю воздушную оболочку планеты, а ее нижнюю часть, охватываемую вертикальной термической циркуляцией и содержащую основную массу воздуха.
[14] Карта траекторий радиозондов на высоте 12 км над Атлан* тикой показана на рис; 13.’ • ’ ■ ■
[15] При расчете использованы правила машинных вычислений, о которых рассказывается в главе III.
[16] Будыко М. И. Полярные льды и климат. Л., Гидрометеоиздат, 1969, с. 20. . . — — .
[18] Takahashi К — Climatic change calculated by a simple heat transfer model at the Earth surface. — «Journ. Meteorol. Soc. Japan», 1965, ser. 2, vol. 43, N 4, p. 188—195.
[19] Сергии С. Я. Динамические связи в системе «земная поверхность— атмосфера» как причина изменений климата. — «Изв. АН СССР. Сер. геогр.», 1966, № 6, с, 3—13.
[20] 3 е д е н о в К. К. Вулканы как источники рудообразующих компонентов осадочных толщ. М., «Наука», 1972, с, 173—174,
‘Зеленое К. к., с, 158.
[21] Turville С. М., de. Terrestrial accretion from the solar wind.—«Nature», 1961, vol. 190, N 4771, p. 156 (обсуждение этого в: P і r і e N. W. Solar wind and terrestrial oxigen.— «Nature», 1961, vol. 190, N 4777, p. 706).
[22] № 4, с. 494—503. Авт.: А. В. Карякин, А. В. Петров, Ю. Б. Гер — лит, М. Е. Зубрилина, ■ . . .
[23] Зеленов К. К. Вулканы как источники рудообразующих компонентов осадочных толщ. М., «Наука», 1972, с. 187.
[24] S і 11 ё n L. Q. The ocean as a chemical system. — «Science», 1967, vol. 156, N 3779, p. 1189—1196. …..
’Mac Intyre F. Why the sea is salt.—«Scientific American», 1970, vol. 223, N 5, p, 104—117,
[26] Гетерогенными называют физико-химические системы, состоящие из двух или нескольких фаз, имеющие поверхности раздела, по которым соприкасаются однородные части системы (фазы).
[27] Беляев В. И., Ленин А. И., Петипа Т. С. Моделирование экосистемы пелагической части Черного моря. — В сб.: ~
Математические модели морских экологических систем. Киев, «Нау — кава думка», 1974, с. 10—13. .
‘Николаев Л, А. Основы физической химии биологических процессов. М., «Высш, школа», 1971, с. 80, 87.
[28] Дулуман Е. К. Идея бога. М., «Наука», 1970, с. 54.
[29] Эти, странные на первый взгляд размерности возникают из-за того, что удельная величина получается путем деления скорости на количество пищи и биомассы в первом случае и на количество биомассы — во втором.
[30] Более подробное популярное изложение основ программирования на АЛГОЛЕ ;см.: Брудно А. Л. АЛГОЛ. Изд. 2-е. М., «Наука», 1971; Айзатуллин Т. А., Хай лов К. М. АЛГОЛ — для всех.— «Химия и жизнь», 1972, № J0, с. 32—37,
[31] «За рубежом», 1973, № 21, с. 28—29. ,
[32] См. кн.: Страны социализма и капитализма в цифрах. М., Политиздат, 1966. ‘ ‘
[33] Талломы — тело несущих растений, нерасчлененное на стебель и листья.
, 2 X а й л о в К. М. Биохимия сообществ. — «Наука и жизнь».
1966, № 8, с. 80.
[34] F e n с h e 1 T. Studies on the decomposition of organic detritus derived from the turtle grass Thalassia Testudinum — «Limnology and oceanography», .1970, vol. 15, N 1, p. 14—21.
[35] Богор. ов В. Г. Жизнь океана. М., «Знание», 1969.
[36] Такие отходы являются прекрасным удобрением для почв. Сапропеля эффективно. используются в сельском хозяйстве-.
’Одум Е. Экология. М. «Просвещение», 1968, с. 108.
[38] Федор ов Е. К. Некоторые проблемы развития наук о Земле. — В кн.: Взаимодействие наук при изучении Земли. М., «Наука», 1964, с. 52. ………………………………………
[39] Стрелки показывают основные круговороты течений на поверхности Тихого океана (по В. А. Буркову, 1968). Цифры обозначают содержание зоопланктона (сырой вес) в верхних 100 м и площади круговоротов (по И. А. Суетовой, 1973). В скобках всюду даны для сравнения соответствующие цифры по Атлантическому океану, включая Гренландское, Норвежское и Баренцево моря, а — области нагона — конвергенции, б — области сгона — дивергенции.
[40] Николаев Л. А. Основы физической химии биологических ^процессов. М., «Высш.. школа», 1971, с. 120.
[41] Зенкевич Л. А. Фауна и биологическая продуктивность моря.-Т. 1. М., «Советская наука», 1951, с. 13.
[42] М а р к с К. К критике политической экономика. 1858—1859 гг.—- В кн.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 13, М., Изд. полит, лит-ры* 1959, с. 7. , .