Биосфера как окружающая среда и как объект воздействий

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

БИОСФЕРА КАК ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И КАК ОБЪЕКТ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Доктор физ.-мат. наук С.И. Александров
Доктор физ.-мат. наук А.Г. Гамбурцев
Кандидат физ.-мат. наук О.В. Олейник
Институт физики Земли РАН

- Объект воздействия - биосфера

- Анализ
- Земные слои автономны
- Общие черты на фоне индивидуальности развития
- Литература

Работа по исследованию эволюции природных процессов в обширном временном диапазоне была поддержана рядом грантов РФФИ, в результате созданы два тома Атласа временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов (Атлас..., 1994, 1998). Издание второго тома объемом более 50 авторских листов и тиражом 1000 экземпляров получило поддержку со стороны РФФИ, Миннауки и Госпрограммы "Глобальные изменения природной среды и климата". В настоящее время практически подготовлен большой третий том. Он посвящается памяти двух недавно скончавшихся великих русских ученых - энциклопедистов, естествоиспытателей - академиков Н.Н. Моисеева и А.Л. Яншина. Научная цель этой работы - выявление закономерностей динамики процессов в природе и обществе под воздействием природных и антропогенных факторов в разных пространственных и временных масштабах. Практическая цель заключается в том, чтобы способствовать защите биосферы и человека. Работа направлена на то, чтобы научиться выявлять причинно-следственные связи между различными процессами, что позволит приблизиться к решению задач прогнозирования будущих состояний биосферы и других сфер. В свою очередь это будет способствовать определению режимов экологически обоснованного и экономически эффективного природопользования и минимизации ущерба от происходящих катастроф. У Атласа есть и третья цель - методологическая, она состоит в том, чтобы начать широкий фронт важных и перспективных междисциплинарных исследований, выявление причинно-следственных и корреляционных связей не только между сходными, но и совершенно различными процессами.

Атлас посвящен в основном вопросам развития биосферы. В настоящей статье мы касаемся главным образом процессов, происходящих в литосфере и ее частях, хотя и используем термин "биосфера".

Одно из фундаментальных свойств биосферы - это изменчивость ее свойств во времени. В последние годы проводилось активное изучение временных вариаций состояния горных пород с точки зрения проблемы прогноза землетрясений и современной геодинамики. Одним из основных факторов, стимулирующих данные исследования, явился рост техногенной нагрузки на биосферу и увеличение глубины воздействия на нее человека. Это привело к возрастанию числа происходящих катастроф, включая районы, считавшиеся стабильными.

Основной подход к решению поставленных задач состоит в том, чтобы с единых позиций рассмотреть процессы, протекающие в различных по физической природе, свойствам и масштабам объектах биосферы и других геосфер. Используемый экспериментальный материал охватывает широчайший спектр исследований - прямых и косвенных, активных и пассивных. Особое внимание уделяется фоновым процессам, оценке их устойчивости и прогнозируемости. В основе исследований лежат работы, связанные с изучением открытых динамических систем (И.Р. Пригожин, Г. Хакен и др.) к которым относятся Земля и ее отдельные части (С.Л. Афанасьев, В.И. Кейлис-Борок, О.Л. Кузнецов,, Ф.А. Летников, А.В. Николаев, Н.И. Николаев, В.Ф. Писаренко, Ю.М. Пущаровский, Л.Н. Рыкунов, М.А. Садовский, В.Е. Хаин и др.), рассмотрением свойств геологической среды и протекающих в ней нелинейных процессов, анализом ритмических процессов, присущих биосфере и природе вообще (В.И. Вернадский, А.Л. Чижевский и др.). Мы руководствовались также собственными результатами, полученными в результате многолетних мониторинговых работ в Средней Азии и других местах.

Биосфера и другие геосферы рассматриваются нами как ансамбли открытых нелинейных динамических диссипативных систем. В рамках этой модели литосфера считается геологической средой, которая обладает структурными, геофизическими и геодинамическими разномасштабными неоднородностям. Среда характеризуется нелинейными свойствами и способностью к самоорганизации и хаотизации. Нелинейность среды обусловлена постоянным движением, взаимодействием и неустойчивостью элементов среды в поле тектонических напряжений под воздействием внутрипланетных и внепланетных факторов. Проявлением нелинейных свойств среды, в частности, являются высокочастотная высокоамплитудная реакция горных пород на малоамплитудные длиннопериодные деформации и сильный парадоксальный отклик на слабые приливные воздействия. В первом случае среда проявляет активность и отдает больше энергии, чем получает. Она получает низкочастотные колебания, а переизлучает высокочастотные колебания (сейсмическую эмиссию). Во втором случае среда достигает предела напряженного состояния при незначительном дополнительном воздействии (землетрясения, инициированные приливами.).

Самоорганизация биосферы проявляется, в частности, в установлении ритмических изменений состояния биосферы и ее частей, хаотизация - в исчезновении ритмов. Под упорядоченным процессом мы будем понимать монохроматический, а под хаотическим - белый шум.

Объект воздействия - биосфера

Известно, что на биосферу воздействует широкий спектр природных (земного и космического происхождения) и антропогенных глобальных и локальных источников. К природным воздействиям относятся эндогенные (тектонические) процессы, гравитационные вариации, экзогенные процессы, происходящие на поверхности (вариации температуры, влажности, давления) и связанные с космическими факторами (приливные эффекты, вариации скорости вращения Земли и солнечной активности). К антропогенным воздействиям относятся отбор нефти и газа, разработка месторождений твердых полезных ископаемых, воздействия на месторождения, закачка и откачка флюидов, в том числе ядерных и токсичных отходов, заполнение водохранилищ и сброс из них, ядерные взрывы, запуски ракет, строительство городов, железных дорог и других объектов, различные вибровоздействия при строительстве и движении транспорта. Одна из возможных причин негативных явлений - это несогласованность антропогенных воздействий на биосферу с природными воздействиями и с соответствующими режимами вариаций той части биосферы, с которой могут быть связаны катастрофы. При разработке нефтяных месторождений с аномально высоким пластовым давлением идет односторонний процесс, ведущий преимущественно к трендовым (однонаправленным) вариациям состояния среды. Таким примером может стать нефтяное месторождение Тенгиз, разработка которого с годами может привести к опасным последствиям.

В результате воздействий на биосферу, в ней происходит перераспределение энергии (изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) и вещества). Зависимость свойств среды от НДС выражается в ее тензо- , термо-, флюидо- и виброчувствительности, т.е. в способности свойств горных пород реагировать на временные изменения тектонических напряжений, термодинамических условий, содержания и состава флюидов, вибрации.

Биосфера реагирует на внешние воздействия перемещением различных объемов горных пород, деформациями, миграцией флюидов, фазовыми, химическими и биологическими превращениями. Изменения в биосфере могут быть интенсивными и слабыми, быстрыми и медленными. За длительные промежутки геологического времени происходят сильные изменения состояния горных пород: они передвигаются, терпят разрывы, сминаются в складки, размываются. К быстрым процессам относятся землетрясения, оползни, сели, цунами, горные удары; к медленным процессам, происходящим на наших глазах, - опустынивания, проседания, пучения и др. При воздействиях могут проявиться деструктивные и конструктивные процессы. Конструктивные процессы заключаются в образовании материальных благ, например, возникновение полезных ископаемых, их добыча. К деструктивным процессам относятся такие, которые могут привести к катастрофам. Эти явления имеют природное и антропогенное происхождение. Отрицательные явления могут быть усилены природными факторами.

Изменение состояния биосферы проявляется во временных вариациях различных параметров физических полей. Изменяются деформации, наклоны, скорости пробега сейсмических волн, электромагнитные свойства, гидрогеодинамические режимы, дебит нефти и газа и т.д. Эти параметры можно измерить либо непосредственно, в реальном времени, либо опосредованно, пользуясь стратиграфическими или иными подходами, используемыми в геологии. Инструментально пространственно-временные вариации физических полей измеряют при долговременном слежении за вариациями физических параметров - мониторинге биосферы и/или ее отдельных частей. Мониторинг проводят разными методами: геофизическими, геохимическими, гидрогеологическими, геодезическими. Многие данные мониторинга приводят к важным результатам, теоретическим и практическим выводам. Однако такие наблюдения ведутся в ограниченном объеме, разрозненно и часто спонтанно. Экспериментальные данные, затрагивающие существенно разные природные объекты, практически не сопоставлялись.

Анализ

Изучив огромный экспериментальный материал, полученный не только нами, но и другими авторами, мы попытались установить закономерности хода процессов в разных геосферах, в различных масштабах пространства и времени. Обработка данных проводилась одними и теми же унифицированными способами. При этом мы стремились определить различные характеристики временных рядов наблюдения, выделить на них аномалии, выявить наиболее информативные параметры, наконец, старались решить прогностические задачи. При обработке использовался спектрально-временной, спектральный, корреляционный анализ, другие виды анализа.

Результаты спектрально-временного анализа обычно представляются в виде диаграмм распределения спектральных амплитуд: на горизонтальной оси отмечается календарное время, соответствующее центру скользящего временного окна, на вертикальной - частоты в циклах/час, циклах/месяц, циклах/год и т.д. В итоге получаем наборы диаграмм для разных частотных и временных окон. На них видно, какими ритмами характеризуется тот или иной процесс, каковы их амплитуды и степень устойчивости, как одни ритмы сменяются другими или вообще пропадают.

Следует отметить, что измеряемые параметры не всегда отражают явления, протекающие в биосфере. В большинстве случаев бывает трудно однозначно установить связь или найти значительные корреляции вариаций параметров среды с внешними воздействиями.

Анализируя диаграммы, мы выявили многие важные особенности. Коротко расскажем о них на примере результатов наиболее интересных экспериментальных исследований.

Земные слои автономны

В ходе сейсмического мониторинга литосферы в Южном Таджикистане были получены вариации геофизических параметров (время пробега сейсмических волн, логарифмы их амплитуд и т.д.) в различных структурных этажах земной коры и верхней мантии. Оказалось, что вариации геофизических параметров в различных структурных этажах земной коры и верхней мантии наряду с общими чертами имеют и индивидуальные (рис. 1). Это, например, разные наборы ритмов, среди которых есть и доминирующие; причем их вариации то хорошо выражены, то сильно уменьшаются по амплитуде вплоть до полного исчезновения.

Построенные временные ряды данных носят весьма сложный характер, изобилуют на графиках горбами и впадинами - бухтами. Бухтой называют выраженный более или менее продолжительный минимум временного ряда. К некоторым из бухт приурочены землетрясения (рис. 2, 3), поэтому они долгое время считались их предвестниками. Однако уже давно замечено, что бывают бухты без землетрясений и землетрясения без бухт.

Вообще бухты на сейсмических записях раньше обычно считали предвестниками сейсмических толчков. Однако повторные измерения в Южном Таджикистане показали иное.

Обработка показала, что сложная форма представленных временных рядов обусловлена суперпозицией доминирующих по амплитуде гармоник. После их вычитания на многих временных рядах горбы и впадины сглаживаются, исчезают (пример приведен на рис. 2); около осредняющей кривой остается лишь легкий "шум". Такой же результат мы получили для многих других анализируемых временных рядов. Отсюда следует, что зачастую бухты формируются не в связи с подготовкой какого-либо конкретного землетрясения, а из-за наложения друг на друга доминирующих по амплитуде гармонических колебаний - их конструктивной суперпозиции. Правда, при этом иногда состояние среды может перейти свой критический уровень, и тогда весьма вероятны катастрофические последствия.

В то же время, в некоторых медленно протекающих процессах можно зафиксировать такие аномалии, в том числе бухты, которые невозможно объяснить суперпозицией гармоник и к которым бывают приурочены землетрясения (рис. 3). Нами был проведен анализ данных временных рядов отношения скоростей продольных и поперечных волн в районе Гарма по данным И.Л. Нерсесова и М.А. Садовского (Садовский, Нерсесов, 1978). Вычитание трех доминирующих по амплитуде гармоник привело к исчезновению всех особенностей временного ряда кроме одной. К этой особенности приурочено землетрясение в Гармском районе 22 марта 1969 г.

В ходе дальнейших исследований было установлено что вариации параметров литосферы в отдельных, пусть и соседних, ее объемах различны и более контрастны, чем в их совокупности. Суммарные вариации параметров сейсмических волн, наблюдаемые при просвечивании одновременно нескольких слоев земной коры, более хаотичны и не так ярко выражены, как в отдельно взятом слое. Таким образом, каждый из них, хотя и связан с соседними, все же живет собственной тектонической жизнью. Это один из примеров различной реакции объектов на внешние воздействия.

Аналогичные явления наблюдаются при рассмотрении временных вариаций количества глубокофокусных лунотрясений, что будет описано позднее, и количества извержений вулканов.

Временные вариаций количества извержений вулканов проанализированы для разных регионов мира с 1800 по 1960 гг. - данные взяты из работы (Гущенко, 1979). На рис. 4 приведены спектрально-временные диаграммы, рассчитанные для всего Тихоокеанского региона и его отдельных частей. Видно, что они характеризуются нестационарными динамическими режимами. На этом фоне имеют место как общие, так и индивидуальные черты протекания вулканических процессов для разных регионов. Наблюдаются режимы, имеющие относительно упорядоченный характер. В них превалирует ритм с периодом 18-20 лет (0,05 циклов/год), возможно связанный с известным приливным ритмом 18,6 г. Однако этот ритм прослеживается только в течение ограниченного интервала времени, причем для разных областей по-разному и с разной интенсивностью. Он отчетливо наблюдается для Японии (рис. 4д) и Индонезии (рис. 4е), слабо прослеживается для Южной (рис. 4б) и для Северной Америки ( рис. 4е), для Камчатки (рис. 4г). На диаграммах также выделяются ритмы с другими периодами, они могут плавно меняться и сливаться друг с другом. Отметим также, что разные районы Тихого океана обладают разной упорядоченностью протекания вулканических процессов. В прибрежной части Южной Америки (рис. 4б) не наблюдается длительных и интенсивных ритмов, картина мозаична. Для Индонезии (рис. 4е) можно говорить практически об упорядоченном процессе. Кроме того, район, рассмотренный в отдельности, обладает большим количеством ритмов, чем совокупность нескольких регионов. Это можно объяснить тем, что каждый из объектов обладает своими индивидуальными геодинамическими режимами, а при рассмотрении совокупности регионов индивидуальные эффекты смешиваются. Этот эффект связан с тем, что каждый малый объем изменяется, как писал А.Л. Чижевский, с достоинством, т.е. по своему индивидуальному расписанию.

Один из основных выводов, касающихся вопросов современной геодинамики, состоит в том, что реакция биосферы на постоянно действующие источники изменяется во времени.

Месторождения углеводородов характеризуются повышенной чувствительностью к внешним воздействиям и интенсивными вариациями физических полей. Нами рассмотрены временные вариации различных параметров, полученные разными методами на нескольких нефтяных месторождениях. Вариации сейсмических параметров (время пробега сейсмических волн в среде - Dt) были сопоставлены с теоретическими и инструментальными поправками силы тяжести (Dg). Следует отметить, что приливные возмущения силы тяжести вызывают деформации порядка 10-8-10-9 и считаются тестовыми.

Нами установлено, что корреляция между временными рядами параметров, характеризующих реакцию горных пород на приливную деформацию, то существует, то отсутствует. Там, где корреляционные зависимости выявлены, степень сходства временных рядов Dt и Dg различна. Разные приливные периодичности присутствуют в рядах Dt и Dg то вместе, то порознь, или имеют фазовые сдвиги. Таким образом, объекты литосферы воспринимают одни и те же внешние воздействия по-разному - то сравнительно активно, что регистрируется экспериментально, то сравнительно слабо, что приводит к отсутствию корреляции между вариациями геофизических полей и воздействующими факторами.

Аналогичные выводы были получены нами при обработке скважинных измерений сейсмических шумов уровня подземных вод, полученных в различных регионах другими авторами. Эти результаты сопоставлялись с теоретическими графиками Dg. Оказалось, что изменения интенсивности шумов и уровня подземных вод в одни интервалы времени хорошо совпадают по форме с приливными поправками, а в другие - нет. Очень интересные результаты опубликованы в работе (Беляков и др., 1990). Нами проведен спектрально-временной анализ временных рядов, приведенных в этой работе. Они содержат вариации ускорения силы тяжести и интенсивности сейсмоакустического шума. При сопоставлении диаграмм выявлено, что для теоретических рядов Dg прослеживаются полусуточные и суточные ритмические составляющие, для экспериментальных рядов Dg и интенсивности сейсмоакустического шума - только полусуточные. Важно отметить, что на спектрально-временных диаграммах сейсмоакустического шума полусуточная ритмическая составляющая наблюдается только в последней трети срока (1,5 мес.).

В работе (Diakonov et al., 1990) исследованы изменения скорости продольных волн в зависимости от изменения уровня водохранилища Ингури (давление) по данным сейсмического просвечивания. Полученная зависимость имеет сложную форму (рис. 5). Нами сделаны расчеты коэффициента нелинейности (К), который количественно описывает тензочувствительность среды и связывает изменение всестороннего давления и скорость продольной волны. Были выявлены вариации значения К от 0 (когда на начальной стадии подъема уровня воды происходят упругие деформации) до 105 и более (когда изменение уровня водохранилища сопровождается изменением скорости пробега волн).

По нашему мнению, наблюдаемые явления связаны с изменением нелинейных свойств литосферы во времени. Формально можно говорить об изменении тензочувствительности горных пород во времени (оценка коэффициента нелинейности @10-105) и их не всегда адекватной реакции на внешние воздействия. В разное время биосфера и ее объекты могут быть более и менее нелинейными, более и менее чувствительными к воздействиям, поэтому динамика их реакции неоднозначна.

В связи с этим особый интерес представляет исследование данных лунной приливной сейсмичности. Теория движения Луны позволяет с большой точностью находить возмущения Земли, которые могут отражаться в ее сейсмической активности. Это связано с рядом факторов. Движение Земли относительно центра тяжести масс Земля-Луна является точным отображением движения Луны, уменьшенным приблизительно в 80 раз. Амплитуда прилива возбуждаемого Землей на Луне в 6 раз больше, чем Луной на Земле. Многие факторы, влияющие на результаты на Земле, на Луне отсутствуют (ветровые, штормовые и техногенные помехи, флюидодинамика). Следовательно, можно было бы ожидать, что устанавливать на Луне причинно-следственные связи легче, чем на Земле, а проявление ритмичности в лунной приливной сейсмичности окажется более четким и очевидным по сравнению с Землей.

Мы изучили наиболее полный каталог глубокофокусных лунотрясений (издан в США), зарегистрированных четырьмя станциями сети Аполлон в разных тектонических регионах Луны - "морском", "континентальном", "переходном". За 8 лет наблюдений (1970-1977) зарегистрировано около 8 тыс. сейсмических событий. Эти лунотрясения считаются приливными, так как установлена строгая периодичность их возникновения, обусловленная воздействием приливов на Луне. В спектрах повторяемости лунотрясений были выделены пики на периодах 13,6, 27,2 и 206 сут. и 6 лет, которые определяются особенностями орбитального движения Луны.

Спектрально-временной анализ лунной сейсмичности выявил наличие четких приливных ритмических составляющих и одновременно их временную нестабильность (рис. 6). Наиболее устойчив по периодам и выдержан во времени месячный ритм (13,1-13,8 циклов/год) сейсмичности. Полумесячный ритм (26,5 -27,1 циклов/год) столь же, а порой и более интенсивен, однако он менее стабилен во времени, имеет более широкий спектр и может полностью пропадать. Длиннопериодный ритм порядка 200 сут. (~2 цикла/год) выражен очень слабо. Таким образом, имеет место то соответствие наблюдаемых ритмов приливным ритмам, то его отсутствие. Ритмические составляющие, хорошо выраженные в течение одного временного интервала, совершенно не видны в другой. Существующие ритмы флуктуируют по периоду, их амплитуды могут увеличиваться и уменьшаться вплоть до полного исчезновения.

Итак, характер вариаций сейсмических параметров на Луне изменяется во времени. В разные периоды ее среда либо реагирует на приливные воздействия, либо не откликается. Причем обе реакции характерны для одного н того же объема среды. Это позволяет говорить о проявлениях ее самоорганизации и хаотизации. Кроме того, характеристики ритмов сейсмичности в разных тектонических регионах Луны отличаются по характеру, обладают разной интенсивностью, продолжительностью и степенью упорядоченности во времени. Скажем, в "морской" зоне наиболее полно и выразительно представлены все спектральные особенности сейсмического процесса, а "континентальная", напротив, спокойна. Подчеркнем: даже на таком "тестовом" объекте, как Луна, реакция горных пород на постоянно действующие источники носит как ритмический, так и сложный нестабильный характер. Причина этого заключается в изменении характера воздействия и в свойствах самих объектов - зависимости их от внутреннего напряженного состояния и стремления к порядку или хаосу.

На основании всего вышесказанного можно сделать вывод, что реакция биосферы на постоянно действующие источники носит ритмический и в то же время сложный, мозаичный и нестационарный характер. Биосфера реагирует на воздействия то сравнительно сильно (что регистрируется экспериментально), то слабо. Это означает, что характер реакции среды в разное время не одинаков. Разные гармоники, соответствующие внешним воздействиям, проявляются в вариациях среды то вместе, то порознь, или могут быть сдвинуты по фазе.

Общие черты на фоне индивидуальности развития

Анализ и сопоставление многочисленных экспериментальных данных позволили нам выделить ряд устойчивых особенностей динамики процессов, происходящих в литосфере и других геосферах. В процессе исследований мы установили, что они справедливы для очень широкого круга процессов, происходящих не только в литосфере, но и в атмосфере, гидросфере, космосе, социальных сферах. Данные закономерности можно трактовать, как общие и индивидуальные черты изменения состояния биосферы под воздействием внешних факторов.

1. Реакция биосферы на внешние воздействия часто носит нелинейный характер и изменяется во времени. Формально имеют место временные вариации нелинейных свойств биосферы и ее отдельных частей. Характер и сила наблюдаемой реакции могут не соответствовать параметрам внешних воздействий. Реакция биосферы может быть "нормальной" (какой она должна быть), сдвинутой во времени, слабой или очень резкой (последнее характерно для систем, находящихся в неустойчивом или критическом состоянии).

2. Биосфера не реагирует на все воздействия одновременно, ее реакция носит избирательный характер, при этом чувствительность к воздействиям изменяется во времени. При достижении некоего критического состояния воздействие даже слабого одиночного импульса может перевести такую систему к другому динамическому режиму или к неожиданному быстро протекающему событию.

3. Различные виды реакций справедливы для одного и того же объекта среды, но в разное время. Таким образом, один и тот же объект среды в разные интервалы времени реагирует на одинаковые воздействия по-разному. А разные подобные объекты в одно и то же время реагируют на одни и те же внешние воздействия по-разному. Отдельно взятый объект может проходить через один или несколько видов реакции, а также через их комбинации.

4. Причины изменения характера реакции биосферы обусловлены не только изменением характера воздействий, но и свойствами самой среды. Это значит, что характер реакции объектов на внешние воздействия регулируется самой средой. Способность конкретного объекта воспринимать внешнее воздействие и его реакция зависят от внутреннего напряженного состояния среды в конкретный момент, а также от ее готовности, именно в данное время, откликаться на внешнее воздействие.

5. Изменения состояния среды характеризуются различными типами временных вариаций - трендовыми (однонаправленными), ритмическими, импульсными и шумовыми. Структура наблюдаемых временных рядов, имеющая обычно сложную форму, обусловлена в основном суперпозицией доминирующих в этих рядах гармоник. Характер суперпозиции может быть как конструктивным, так и деструктивным.

5. Биосфера и ее объекты проявляют стремление к самоорганизации и хаотизации. Самоорганизация проявляется в установлении стабильных и продолжительных ритмических изменений состояния среды, хаотизация - в их исчезновении. Смены относительно упорядоченных и хаотических состояний также происходят то ритмично, то беспорядочно.

6. Ритмы - это одна из компонент упорядоченного состояния биосферы. Величины ритмов варьируют в очень широких пределах. Одновременно существует множество ритмов в определенных иерархических соотношениях, однако может доминировать только один или несколько ритмов, независимо от их положения в иерархии. Ритмы могут меняться по амплитуде, сползать на другие периоды, сменяться на другие, исчезать.

7. Каждый отдельно рассматриваемый объект в конкретном временном интервале имеет свои собственные режимы изменений. Индивидуальные черты протекающих в нем процессов заключаются в различной интенсивности, размахе, продолжительности и степени упорядоченности наблюдаемых вариаций, наличии собственных ритмов.

8. Эффект от внешнего воздействия на отдельно взятый объект характеризуется большей амплитудой, размахом и носит более упорядоченный характер, чем эффект воздействия на совокупность объектов. Объект обладает индивидуальными геодинамическими режимами, но при рассмотрении совокупности объектов индивидуальные эффекты смешиваются.

В заключение необходимо отметить, что основным препятствием к прогнозированию многих процессов является их нестационарность и недостаточное знание причинно-следственных связей. Поведение разных частей биосферы имеет различную степень предсказуемости и адекватности реакции на внешние воздействия. Можно сказать, что характер изменений в объектах биосферы обладает общими чертами на фоне индивидуальности развития. Наблюдается большое разнообразие процессов в биосфере - от почти полного порядка до почти полного хаоса. В связи с этим крайне необходимо исследовать фоновые вариации состояния различных геосфер, которые очень разнообразны, характеризуются разными ритмами, контрастом, степенью упорядоченности. Довольно часто антропогенные воздействия, имеющие как трендовый, так и колебательный характер, производятся без учета характера фоновых вариаций среды. При этом максимальные воздействия могут приходиться как раз на такие интервалы времени, когда имеет место отклонение фоновой кривой от среднего значения. Это может спровоцировать катастрофу. В то же время при помощи искусственных воздействий можно пытаться задержать катастрофу или ликвидировать ее угрозу.

Комплексное изучение эволюции процессов в биосфере и их фоновых вариаций позволит более обоснованно подойти к важнейшему вопросу их прогнозирования и возможности согласования режимов природопользования с режимами вариаций природной среды, с вариациями медицинских и социологических показателей. Для этого крайне необходимо проведение мониторинга на природно-технических объектах в разных масштабах, причем начинать эти измерения нужно задолго до начала техногенных воздействий на природную среду. Кроме того, мы считаем, что особое внимание следует уделить освоению, единой обработке и паспортизации экспериментальных мониторинговых данных, уже имеющихся в наличии и хранящихся в архивах разных научных и производственных организаций. Такая работа уже проводится при поддержке РФФИ, Минпромнауки и ГНТП "Глобальные изменения природной среды и климата": опубликованы два тома Атласа временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов" и практически подготовлен третий том.

Литература

1. Атлас временных вариаций природных процессов. Т. 1. Порядок и хаос в литосфере и других сферах. М.: ОИФЗ, 1994. 176c. Т. 2. Циклическая динамика в природе и обществе. М.: Научный мир. 1998. 430 c.
2. Беляков А.С., Верещагина Г.М., Кузнецов В.В. Лунно-солнечные приливы и акустическая эмиссия во внутренних точках геофизической среды// Докл. АН СССР. 1990. Т.313. № 1. С.53-54.
3. Гущенко И.И. Извержения вулканов мира. М.:Наука, 1979. 475 с.
4. Садовский М.А., Нерсесов И.Л. Вопросы прогноза землетрясений// Изв. АН СССР. Физика Земли. 1978. № 9. С.13-30.
5. Diakonov B.P., Karryev B.S. et al. Manifestation of Earth deformation processes by high-frequency seismic noise characteristics// Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1990. N63. P.151-162.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center