Фрактальна теорія просторово-часових
розмірностей
Ф. Н. Рянскій
Нижневартовск державний педагогічний
університет
Фрактальна теорія просторово-часових
розмірностей: природні передумови та суспільні наслідки
Уявлення про взаємозв'язок або навіть коеволюції
людського суспільства й ландшафтної сфери Землі давно займали розуми найвизначніших
вчених і громадських діячів, але, ймовірно, зараз відчувають другу
Автор прийшов до основних висновків з цієї теми ще на початку
70-х років на матеріалі Башкирського Зауралля, але в силу різних причин тільки
через 20 років зумів почати публікацію серії статей та доповідей з цього приводу. У
різні роки з запропонованими матеріалами знайомилися, дали усні чи письмові
укладення та доповнення Г. С. Розенберг, М. В. Шнітніков, К. А. Винников,
А. М. Алпатов, В. С. Жекуліна, К. М. Петров, М. В. Родкин, В. В. Рюмін, В. А. Дубко,
В. А. Ковда, деякі з них з дозволу рецензентів використовуються тут.
Природні передумови. Просторовий аспект. Під
впливом новітньої тектоніки, коливанням по роках і циклам років випромінювання енергії
Сонця, і інших зовнішніх впливів на географічну оболонку, а також
процесів саморозвитку в ній самій, в ландшафтній сфері виникають процеси
диференціації та інтеграції. Виникають при цьому, геосистеми різномасштабних,
тому цілком природно їх поділ за розмірності - довжині, площі,
об'єму, масі речовини організованого в кожній одиниці ландшафту і часу його
існування.
Автором при імовірнісного аналізу для ландшафтного
районування в регіоні використані: - загальногеографічні критерії,
враховують розміри, обсяг і час існування таксономічних підрозділів
географічної оболонки (континенти, океани, рівнини, окремі гірські системи
і т.д.); - досвід поділу на добре вивчених територіях з різними цілями
(кількість таксонів), за різними систематика - на планетарному, регіональному і
топологічної рівнях; - прийоми логіко-математичного аналізу, згідно з
якими таксон не може бути розділений менше, ніж на 3 більш дрібних.
Супідрядні таксони повинні мати відмінності в розмірності за межами
допустимої помилки. При розподілі території на дві нерівні, велика з них не
значимо буде відрізнятися від тієї яку ділили. Ймовірносно-географічний
аналіз привів автора до висновку, що в кожному Таксоні може бути 3-4 (рідко
більше) одиниць наступного таксону. У результаті в заданих обмеженнях планети
Земля реальна наступна геосістемная таксономія з відповідними середніми
розмірами площ: до планетарних відносяться - Земля (площа 510 млн.кв.км.);
Лавразійская, гондванські і Тихоокеанська групи континентів і океанів (170);
континенти (57), субконтиненту (19 млн.кв.км.); до регіональних - регіони (6
млн.кв.км.), субрегіону (2), країни (0,7 млн.кв.км.), області (230 тис.кв.км.),
підобласті (75), провінції (25 тис.кв.км.); до топологічні - округу (9),
райони (3 тис.кв.км.). На думку більшості географів наступні таксони є
морфологічними частинами ландшафтних районів. Їх розмірність обмежена
межами площ - місцевості (близько 1 тис.кв.км.), урочища (300 кв.км.),
фації (100 кв.км.). Ще більш дрібні по розмірності місця розташування --
елементарні різноякісні ареали (ЕРА) - розумно обмежити площами
близько 30 кв.км. Виділення ще більш дрібних таксонів для цілей географії не
має сенсу, тривалість їх життя невелика (про що детальніше далі),
особливо в умовах постійного (та збільшується) антропогенного тиску. У
цю розмірність потрапляють і численні техногенні споруди, які є
предметом не картографічних, а планових інженерних досліджень. На
значної частини об'єкта наших безпосередніх досліджень Приамур'я,
змінено не тільки рослинність, а й грунту. Отже на ландшафтних
картах часто можуть бути довільно змішані як реліктові корінні, так і
похідні елементи різних етапів господарського освоєння території. Вірний і
конструктивний аналіз повинен виходити з генезису та історії розвитку
ландшафтів. На наш погляд наприклад, при аналізі ландшафтів недоучітивается (або
зовсім опускається) неолітичний етап і ранній залізний вік освоєння території
- Підсічним та вогневої способи переважного терасної-заплавного землеробства
і примітивні гірські розробки, представлені рясними пам'ятниками. На
значної частини Амурської-Зейской і Зейско-Буреінской рівнин це призвело до
зменшення або зникнення багаторічної мерзлоти і формуванню
"культурних грунтів". Російські переселенці і перші дослідники регіону
зіткнулися з віддаленими наслідками неолітичної революції ".
Звідси й така "різноголосиця" при аналізі амурських
"лісостепів" півдня Далекого Сходу. Дуже важливою обставиною, що утрудняє
скільки-небудь детальне районування в регіоні, є крайня
неоднорідність, різномасштабних спеціальних природних досліджень у різних
її районах. Так, північна половина більш детально досліджена в
геотектонічної відношенні для цілей пошуків рудних родовищ, на півдні більше
детально вивчені грунту, а території, що примикають до Транссибу, здавна
вивчалися геоботаніки для вирішення завдань лісового господарства. Ландшафтних
(комплексних природних) досліджень взагалі не проводилося в задовольняючому
обсязі. Звідси і ускладненість або неможливість використання традиційних
методів і принципів, таких як, наприклад, "принцип однорідності комплексу
компонентів "або метод" накладення ". Всі викладені вище причини і
змусили нас звернутися до практичного використання принципу розмірності для
ландшафтного районування в регіоні. Ієрархічні ряди геосистем,
представлені у взаємному зв'язку типологічного і регіонального підходів,
дозволяють створити ландшафтну класифікацію на системній основі. Наступні по
рангу, від найбільшої в досліджуваному регіоні (від країни), просторові
одиниці встановлюються діленням загального на частини за допомогою
порівняльно-географічних методів, прийнятих у фізико-географічному
районування. Конкретно це виглядало наступним чином. Був підготовлений в
одному масштабі набір карт спеціальних районування, як результатів
різноманітних досліджень - Геотектонічні, геоморфологічних,
геоботанічних з елементами зоогеографічний, грунтових, підстилаючих пухких
відкладень і деяких інших. Виділяючи території більш низького рангу і
орієнтуючись на прийнятий для цього рангу розмір площі, підбиралися, чітко
що виділяються на будь-якій з карт, виділити. Як умову, вимагалося, щоб на
інших спеціальних картах, на території виділяється об'єкта не проходило кордонів
того ж рангу. Принцип цілісності геосистем в умовах відсутності іншої
достовірної інформації дозволяє припускати, що в межах цього виділу все
компоненти мали певну самоорганізацію, що робить цю сукупність єдиним
ландшафтом. У межах Амурської області така технологія дозволила виділити 115
ландшафтних районів. Теоретично на цій території з площею 363,7
тис.кв.км. їх мало бути 121 (із середнім розміром близько 3 тис.кв.км.).
Великі вибірки, із захопленням прилеглих до Амурської області - Хабаровського краю,
Якутія-Саха, Читинської області, провінції Хейлунцзян (КНР) дають поступове
наближення до цієї середньої в 3 тис. кв.км. для ландшафтного району та інших,
більш високих таксономічних одиниць. Крім запропонованої, є і інші
об'єктивні можливості виділення ієрархії геосистем в сусідніх з географією
галузях науки. З середини 70-х років східна частина країни інтенсивно
досліджувалася з космосу в основному для цілей морфоструктурних побудов в
зв'язку з пошуками корисних копалин. На Далекому Сході першими роботами, як
правило називають М. Г. Золотова та В. В. Соловйова. У Башкирському Заураллі одним з
перше ця робота зроблена автором. Б. В. Єжов, описуючи морфоструктури
центрального типу - МЦТ ( "кільцеві") Азії, класифікує їх
ієрархічно - з геофізичних верствам, що вміщає інііцірующіе вогнища, на глибині
геофізичних розділів у "статистичної референтної" моделі в км.,
радіуси класів МЦТ в км., їх порядок, найменування груп і деякі можливі
прояви у верхніх поверхах кори і їх передбачувана мінерагіческая
спеціалізація. Автор зіставив намічені їм ієрархічні ряди геосистем з
класифікацією МЦТ за Б. В. Єжову. Основну частину площі Східного Сибіру,
Далекого Сходу та зарубіжної Східної Азії займає т.зв. Азіатська МЦТ,
розмірами близька до геосистеми IV рангу (МЦТ 4 порядку), що класифікується нами
як субконтинент. У північно-східному секторі Азіатської МЦТ сформована
Єнисейськ-Курильська МЦТ. Особливості її геологічної будови дозволяють
зробити висновок "про тривалий і безперервному, починаючи з раннього архею, її
становленні, а також про те, що до фанерозой вона сформувалася як гігантський
інтрузивні-метаморфічних купол ". Центр її розташовується на півдні
Східно-Сибірської платформи в долині р.Алдан поблизу точки з координатами
130град. 34 "східної довготи і 58град.46" пн.ш. і розміри відносять цю МЦТ в розряд
5 (V) порядку або регіону як геосистем. Амурська область займає частину
східного сектору Єнисейськ-Курильської МЦТ. На її території активно сполучаються
Алданське МЦТ (на півночі) і Амурська МЦТ, що займає центр і південь області.
Алданське МЦТ представлена гірськими ланцюгами і передгір'ями Станового хребта і
Джугджур, віднесених автором до Байкальської-Джугджурской країні. Амурська МЦТ
є типово "тихоокеанської" морфоструктури. Її розміри
дозволяють віднести її до субрегіону і вона охоплює весь басейн річки Амура і
серію нізкопорядкових річкових басейнів, пов'язаних з Охотським і Японським морями.
За концентричних складових цієї морфоструктури розміщуються гірські хребти
Східного Забайкалля, Верхнього, Середнього і Нижнього Приамур'я, Сіхоте-Аліна і
Північно-Східного Китаю, а в центральних районах розвинені великі западини --
Амуро-Зейская, Зейско-Буреінская, Среднеамурская, Сунляо та ін Судячи з
геологічним даними Амурська МЦТ має докембрійський вік, і для неї була
характерна неодноразова тектоно-магматична активізація в фанерозой, в
завершальну стадію якого (в мезозої-кайнозої) було завершено формування
сучасного морфоструктурних плану субрегіону. На території Амурської і,
частково Алданське МЦТ в межах Приамур'я виявлено безліч МЦТ більш
низького порядку рангів, від кількох сотень до кількох десятків кілометрів на
діаметрі. Однак найбільш яскраво проявилися МЦТ одинадцятий порядку
територіально точно збігаються з виявленими нами ландшафтними районами, тобто
геосистеми XII порядку.
Дослідникам з допомогою космознімків з різноманітних
дуговим розламах вдалося отрісовать в Амурській області 20 таких морфоструктур,
що мають важливе значення для вирішення надалі прогнозно-пошукових,
інженерно-геологічних, гідрогеологічних та інших прикладних задач,
пов'язаних з виконанням Довгострокової програми ... вивчення та освоєння
Далекосхідного економічного району. Однак автору по комплексу фізико-географічних
підходів та методів вдалося виділити 115 ландшафтних районів, про що докладніше
було раніше. Констатується практична неможливість дистанційними методами
виявити ієрархічну азональні неоднорідність в гірських районах, важко вони
також визначаються в областях значних за потужностями осадових порід, коли
"... Ця категорія розломів виділяється не так чітко і певною
мірою пригнічується розломами інших напрямків ". Проте, у всіх випадках
склад підстилаючих пухких відкладень, грунту і біота, особливо рослинність,
районовані за допомогою теорії розмірностей, надійно виявляють цю та інші
рівні МЦТ, що різко підвищує прикладну значимість комплекса фундаментальних
фізико-географічних підходів і методів, значно доповнюють можливості
дистанційних космічних досліджень.
Природні передумови. Тимчасової аспект. До
теперішнього часу надійно встановлені циклічні коливання клімату Землі і
зволоженості її материків. Дослідження останніх років показали, що одночасно
діють кліматичні цикли різних рангів. 2000 вікових визначень для
Уралу (загальна відносна похибка яких не перевищувала 3%) отриманих
калій-аргоновий, рубідіево-стронцієвих, уран-торій-Радієвий, свинцевим та ін
ізотопними методами, були узагальнені М. А. Гарріс за участю автора. Ці
визначення доповнені автором добре датованими визначеннями абсолютного
віку для Ямайки, Мексики, Каліфорнії, Аляски та інших областей США,
Франції, Вост.Гренландіі, островів Мен, а також численними паралельними
визначеннями абсолютного віку, отриманими калій-аргоновий, уран-свинцевим
і рубідій-стронцієвих методами, порід Канадського щита. Кульмінації магматизму,
метаморфізму, тектогенеза і рудогенеза супроводжувалися великими перебудовами
структури геосистем різних масштабів. З'ясування послідовності,
періодичності і тривалості цих процесів, їх спряженості в часі і
просторі показало дивовижну близькість віку (в межах помилки методу)
їх різноманітних проявів у структурі земної кори, приурочених до різних
районах земної кулі. Кульмінаційні глобальні процеси охоплюють
значні простору географічної оболонки. У той же час своєрідність
обстановки (гетерогенність середовища), в якій протікають ці процеси, визначають
поєднання єдності віку з їх якісної неповторністю. На підставі
всіх даних отримано ряд цифр (в млн.років) 70, 110, 130, 170, 200, 225, 250, 270,
300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 440, 460, 480, 500, 520, 530, 550, 570, 620,
680, 970, 1100, 1160, 1360, 1420, 1450, 1620, 1680, 1740, 1790, 1960, 2010,
2070, 2130, 2250, 2470, 2640, 3100. Вік Землі становить близько 4600
млн.років. Інтенсивність кульмінацій, екстремумів або пароксизмів неоднакова.
Найбільш потужні з них призводять до помітної перебудові в географічній
оболонці, до зміни характеру та обсягу магматизму, в деяких випадках - до
повного припинення вулканізму і до стабілізації, і встановлення спокою або
повільного прогинання з накопиченням тисячеметрових товщ осадових порід,
які потім різко змінюються воздиманіем гірських систем. У меншому масштабі
ритмічний характер мають всі процеси, так чи інакше пов'язані з
мобілізацією, транстортіровкой і седиментацією опадів. Найпотужнішим
пароксизмів є кордон близько 4600 млн. років, другими за потужністю - 3100 і
1620 млн.років - межі архейського і ріфейского мегаціклов, наступні рубежі --
2640, 2130, 1100 та 570 млн.років, що розділяють великі цикли, потім 2470, 1960,
1790, 1450, 400, 225 млн.років, що розмежовують окремі цикли, такі як
каледонскій, герцинського, альпійський. Періоди усередині циклів мають наступний
вік: 2590, 2250, 2070, 2010, 1748, 1680, 1420, 1360, 1160, 970, 680, 620,
520, 460, 340, 290, 170, 110 млн.років, а етапи всередині періодів розділяються
рубежами 550, 530, 500, 480, 440, 420, 380, 360, 320, 300, 270, 250, 200, 185,
130 млн.років. Аналіз часової структури фанерезоя, останнього і максимально
датованого макроциклу в історії Землі, показав, що середня
тривалість найбільш коротких періодів станів природних систем
приблизно дорівнює один одному. Після завершення трьох періодів нижчого рівня
слідують максимуми другому, більш високого рангу, останні через три інтервали
часу призводять до максимуму третього ряду і т.д. Згідно з критерієм Вейнберга
такі гармонійні ряди є хвилеподібними рядами ( "білим
шумом "), породжених складанням випадкових причин.
Є достатня кількість доказів, скажімо, зв'язку
чергуються процесів стиснення і розширення Землі, з циклічними змінами
яскравості ряду змінних зір, що дозволяють висловити думку про єдність з
причин, що обумовлені ритмами Космосу. Цікаво повідомлення в
міжнародній пресі про результати досліджень професора з Ізраїлю Дрора
Саде найшвидшого з відомих зараз пульсарів з Галактики - в сузір'ї
Рака. Учений звернув увагу на те, що "пульс зірки схожі на пульсі
серця ... "Л. С. Берг причину заледенінь материкового типу бачив" ...
зовсім не в гірських підняттях, а в зниження температур повітря. ... Так як є
підставу думати, що знижувалася температура повітря одночасно на всьому
земній кулі, то майже не може бути сумніву в тому, що причина - позаземного
походження - вона лежить або в діяльності Сонця, або в якихось інших,
більш віддалених космічних факторах ". Ці потужні, випадкові та
непізнані фактори Космосу по відношенню до Землі і Сонячної системи в?? ступають
як зовнішніх умов (зовнішніх ритмів, по А. В. Шнітніков, на відміну від
ритмів, які є результатом взаємодії окремих компонентів природних
систем між собою. Потужне інтегральне вплив набору випадкових факторів у
Космосі для Землі є постійним, що дає можливість продовжувати в будь-яку
бік, у минуле чи майбутнє, або добудувати відсутні ланки цих рядів.
З цією метою ми проаналізували графік мінливості потужностей пароксизмів і
отримали їх ієрархію. Потроєння найдавнішою з датованих кульмінацій - 4,6
млрд.лет, що є часом виникнення Землі дало цифру 13,9 млрд.лет. За
розрахунками c використанням константи Хаббла (швидкість разбегания туманностей,
рівна 75 км/сек. на 1 млн.парсеков), час з початку розширення Всесвіту
складає близько 13 млрд.лет. Цей час ми прийняли за пароксизм 0 рангу. А ритм
в 12 років є кульмінацією XIX рангу. Саме цей, статистично обгрунтований
ритм був отриманий Н. В. Ловеліусом в результаті узагальнення дендрологічного
матеріалу, зібраного на великій території від Карпат до Камчатки. Таким
чином, крім довжини, площі, об'єму і маси, основним показником розмірності
геосистем є час. Воно оцінюється віком, для сучасних геосистем
що обчислюється від тієї тимчасової сходинки, на якій між компонентами геосистем
почали встановлюватися зв'язку, подібні що діють в даний час. Перехід з
однієї тимчасової сходинки на іншу знаменує їх еволюцію. Як справедливо
вказував В. Б. Сочавою, геосистеми планетарної розмірності мають найбільший
вік, топогеосістеми - найменший, а регіональні - проміжний.
Необхідно уточнити, що мова повинна йти не про абсолютне часу, а про
відповідно рангу геосистеми рангу природного циклу (мегацікли, цикли, етапи,
періоди і т.д.), у перебігу якого формувалася Геосистема. Початок наступного
кульмінації того ж рангу призводить до зміни в цiй геосистеми і до зміни
інваріанта геосистем більш низького рангу. Час існування географічної
оболонки, ймовірно, близько віком самої Землі, тобто близько 4,6 млрд. років.
Час існування топогеосістем змінюється від циклу менше 100 тис. років для
округу, до циклу близько 324 року для елементарних ареалів. Менші за
тривалості цикли, від вікового циклу Е. Брікнера до циклу в 12 років --
Н. В. Ловеліуса, впливають на найбільш рухливі компоненти геосистем, не
руйнуючи повністю їх структуру. Амурське повінь 1984 стало початком
324 нового річного циклу XVI рангу. Рівного йому не було в цьому столітті і за
весь час попередніх спостережень (гостроту його зменшило Зейское
водосховище). Воно різко змінило становище мікросистем всередині елементарних
ареалів на значних площах, що позначилося на діяльності сільського, а
почасти і всього народного господарства Приамур'я. Більш потужні пароксизми можуть
створити серйозні труднощі для господарства цілих регіонів. Ми зробили спробу
зіставити ритми і кульмінації певного рангу з рядами геосистем різного
розмірності. Зазначений вік для геосистем різних рангів є
номінальним. Це означає, що в період їх існування не було пароксизмів
більш високого рангу, які б неминуче призвели до катастрофічних
змін їх структури. Цикл X рангу тривалістю 236,2 тис. років починає ряд
регіональних циклів - "зіркових", за термінологією Н. Ф. Балуховський.
Це найменший цикл общестратіграфіческого змісту, що відбилася не тільки в
коливаннях клімату, але й в еволюції органічного світу. На думку того ж М. Ф. Балуховський,
цей цикл виявляється в коливаннях рівня Світового океану на протязі всього
кайнозея. З наступним циклом IV рангу (708,6 тис. років), за В. А. Зубакова пов'язана
"тривалість існування фауністичних комплексів ссавців ...",
що дозволяє покласти цю ритміку "... в основу стратиграфічного
підрозділи пліоцену на ланки ". Цикл VIII рангу тривалістю 2,1
млн.років за своїм стратиграфічного обсягом відповідає под'ярусу або ярусу.
Дослідження динаміки природи останніх 30 тисяч років дозволили В. А. Шнітнікову
виявити складну картину дрібної кліматичної циклічності XIV і XV рангів (від
2,9 тис. до 972 років), що грає важливу роль у зміні біогідротерміческіх
компонентів всередині ландшафтів, в коливаннях сухостівлажності. Ці коливання
клімату тісно корелюють з ледовотемпературним режимом арктичних морів. З
такими епохами пов'язані коливання рівня озер, аж до таких, як Каспій та
Арал, ІНГРЕСС далекосхідних морів в Амур, наступ гірських льодовиків,
часті і великі повені річок.
Теорія фракталов - масштабна ієрархія природних
явищ і об'єктів.
Далі коротко описується загальний підхід, заснований на
теорії фракталов, який може бути використаний для дослідження такого класу
явищ. Обговорюються деякі результати, отримані на основі використання
цієї теорії просторово-часових розмірностей. Дослідниками
неодноразово відзначалося значне подібність структури геосистем від
мікроскопічного рівня до виділяються по космічних знімках блоків масштабу
континенту. Дивлячись на структуру шлиф гірської породи досліджуваного через
мікроскоп, тріщини окремо в геологічному розрізі або на систему блоків
земної кори найчастіше важко визначити реальний масштаб зображення. При цьому
чітко виділяються переважні розміри окремо. Значення цих
характерних розмірів кілька варіюють в залежності від досліджуваного регіону,
типу порід, характеру експериментів з подрібнення зразків і т.п. Однак
відносне становище сусідніх максимумів статистично закономірно. Значення
характерних розмірів утворюють подобу геометричній прогресії з показником
прогресії К = 3,5 +0,9 * (24). Іншим законом масштабної ієрархії може служити
відомий закон повторюваності землетрусів Гутенберга-Ріхтера, одна з
непояснених поки емпіричних закономірностей в сейсмології. У найбільш
поширеною формою закон повторюваності землетрусів має вигляд:
lgN = a - bM, (1)
де N - число землетрусів з магнітудою М і більше, а
і b емпірично визначаються коефіцієнти. Співвідношення (1) показує
сталість відношення числа відносно більш сильних і більш слабких
землетрусів у широкому інтервалі подій з характерним розміром вогнища від сотень
метрів до сотень кілометрів. Чисельно відношення числа землетрусів різної
сили визначається величиною коефіцієнта b. Тому що магнітуда землетрусу
пов'язана з розміром вогнищевою області, то, використовуючи наведені емпіричні
закономірності, М. В. Родкин (рукопис) пропонує співвідношення (1) в
альтернативної, більш зручною для подальшого викладу формі:
-b N = Rr, (2)
де N - число землетрусів з характерним розміром
вогнища не менше r, а R і b - коефіцієнти. Згідно з даними в (28), середня
значення b - 1,8. Яскравим прикладом масштабної ієрархії розмірностей є
система водотоків США, яка зіставляється нами з гідросистемою Приамур'я.
Водозбірний басейн є ареною узгодженого і сумісної дії всіх
геоморфологічних систем і процесів, що функціонують в ландшафтній сфері,
розташованої вище рівня океану. З усіх характерних складових ландшафту
найбільш значний водозбірний басейн - територія, дренований одиничним
потоком або річковий системою. У межах її кордонів розташовується
геоморфологічне ціле - "система систем", що впливає на
розвиток ландшафту за допомогою вивітрювання гірських порід, розвитку схилів і
транспортування наносів. "Водозбірний басейн - це життєво необхідна
для людини складова ландшафту. Він служить джерелом води, і управління
водними ресурсами усередині басейну визначається промисловими,
сільськогосподарськими та побутовими потребами, необхідністю контролювати вплив
повеней та посух ...". У середині 40-х років інженер Р. Хортон запропонував
метод класифікації річок та їх басейнів, модифікація якого, запропонована
професором А. Стралером, застосовується і сьогодні. Суть методу така. Всі
вершинні водотоки, які не мають приток, віднесені до річок першого
порядку. Після злиття двох однопорядкові водотоків порядок річки зростає.
Порядок водозбірного басейну встановлюється відповідно до водотоком
вищого порядку, повністю що входять до басейну. Закономірності всередині річковий
мережі, вперше виявлені Хортон і відомі як закони його імені, послужили
поштовхом для створення двох альтернативних теорій. Перша, полягає в тому, що
реалізація залежності між числом водотоків, довжиною і їх порядком
"можлива лише за умови циклічного розвитку річкової мережі, коли нові
одиниці, особливо однакової якості, наростають поступово, зі швидкістю,
пропорційної розмірами системи в цілому ...". Це явище відоме як
аллометріческій зростання. Інша теорія стверджує, що система стоку розвивається
випадково, але повна безладність створює вигляд однорідності, визначеної
законами Хортона. Експерименти з ЕОМ, проведені американськими
дослідниками, начебто підтверджують цю другу теорію. Однак з позиції
нашої теорії просторово-часових розмірностей більш коректної
представляється перше - аллометріческого зростання. Можна визначити і
ієрархічний вік річкових потоків кожного порядку. Отже, річки Амур
і Міссісіпі виникли після останнього рубежу між Геохронологічна етапами
- Повної тектонічної перебудови рельєфу, пов'язаної з великими переміщеннями
на кордоні Азіатського та Північно-Американського континентів з Тихим океаном
(олігоценової-міоценових). Прикладом тимчасової ієрархії природних систем можуть
служити і результати досліджень сейсмічного режиму. Для одержання можливо
більше протяжного ієрархічного ряду використовується світовий каталог
землетрусів та каталог землетрусів Китаю, перша подія в якому
датується 1177г. до н.е. Виконані М. В. Родкин (рукопис) методом
максимальної ентропії аналіз сейсмічності показав, що і тут утворюється
геометрична прогресія з показником прогресії К = 3,5 - 3,6, тобто близький
до виявлених нами на значно протяжної інтервалі існування
планети Земля. Різноманітні приклади просторово-часової ієрархічності
демонструють розвиток однотипних режимів в істотно різних природних
системах. Об'єднуючим підходом, придатним для опису такого класу явищ,
може служити теорія фракталов, використана для цієї мети в роботах. Даний
клас об'єктів відноситься до фракталов, якщо виконується співвідношення:
-D n r, (3)
де n - число об'єктів з характерним розміром не менше
r. Показник D називається фрактальної розмірністю і відображає як розмірність
простору, де функціонують досліджувані об'єкти, так і характеристики самих
цих об'єктів. Фрактальна розмірність D, на відміну від звичайної розмірності
простору і часу може бути дробової (3,5 -3,6 і т.д.). Фрактальний підхід
успішно використаний для оцінки розподілу величини зміщень за основним і
системі другорядних розломів на заході Північної Америки. Отриманий
результат у цьому випадку, незважаючи на грубу ідеалізацію реально існуючої
мережі розломів правильної фрактальної структурою, добре погодила з
геодезичними даними. Використання загального поняття фрактальної розмірності
дозволяє зробити ряд припущень, деталізуючих ймовірне поведінка згадуваних
вище природних систем. Можна очікувати, що в місцевостях зі складним високогірним
рельєфом коефіцієнт До повинен трохи збільшуватися.
Аналогічно можна очікувати більш дрібного поділу
ландшафтних одиниць в областях з сильно гетерогенним фізичним, антропогенним і
іншими зовнішніми впливами. В обох випадках зростання різноманітності середовища
аналогічний збільшення ефективної розмірності простору, де функціонує
розглянуті системи (річкова мережа, в одному випадку і ландшафт - в іншому).
Емпірична перевірка висловлених припущень дозволяє уточнити можливості
застосування формального апарату теорії фракталов для опису природних систем.
У висновку відзначимо, що теорія фракталов нічого не говорить про природу
масштабної просторово-часової ієрархії. Вона являє собою лише
формальний апарат придатний для опису подібного класу об'єктів.
Автор спробував розглянути і природу цих важливих
закономірностей.
Обговорення результатів. Цикли коеволюції ландшафтів і
суспільства. Виділення етапів ландшафтопреобразующей діяльності стало
результатом синтезують досліджень автора на підставі критичного
вивчення опублікованих за останні 100 років робіт багатьох дослідників Сибіру
і Далекого Сходу. Аналіз етапів коеволюції ландшафтів і суспільства виявив
деякі закономірності. Починається кліматичний цикл етапів зволоженості,
далі йде етап кліматичного оптимуму, що сприяє розквіту біоценозів,
і завершується цикл етапом підвищеної сухості. При спільній дії
антропогенних та природних факторів відбуваються повільні кількісні
зміни параметрів, що розвивається, геосистеми, а потім настає лавиноподібний
перехід в новий стійкий стан. Згідно з нашим багаторічним дослідженням
в різних регіонах, порушених геосистемах керованих природними процесами
(по нашій класифікації це категорії - 0, I, II, III), такий перехід в
межах ландшафтної одиниці може оцінюватися у відсотках площ, зайнятих
непошкодженими і перш за все рослинно-грунтовими системами (відповідно
-80, 60, 40 і 20%%). Подальші "злами" системи розвитку визначають
межі в 10 і 5%%, після чого Геосистема з колишнім інваріантом як би
"гине" і на її місці виникає Геосистема з іншим інваріантом,
але значно гірше переробна відсталу речовину, інформацію і енергію в
живу речовину. Виникають нові інтервали параметрів рівноваги (поля
стійкості) із зовнішністю новоствореної геосистеми подібної одному з
прикордонних з прежднім, ландшафтних типів. На місці північних тайгових лісів послідовно
утворюються лесотундроіди і тундроіди, замість середньо-і южнотаежних - лесоіди,
частіше представлені Березняки; на місці широколистяних лісів - лесоіди,
складаються з дубняком, лесостепоіди і степоіди (у нашій конкретики - т.зв.
амурські прерії). Процеси деструкції геосистем, з паралельно діючим
саморозвитком і самоорганізацією, приводить їх до формування на завершальних
стадіях цілком стійких піщаних і кам'янистих пустиноідов. Всі ці
псевдоестественние новоутворення активно розвиваються в межах Далекого
Сходу і всієї Азіатської Росії. Критичні межі, коли реалізується
однозначно регресивна, деструктивна (саморуйнуються) динаміка, різні
для кожного з типів геосистем. Для різних зональних типів ландшафтів Амурської
області на основі аналізу емпіричних, експериментальних і опублікованих
даних складена шкала гранично допустимої порушеною ландшафтів, при
якої в ландшафті ще зберігається потенційна можливість для
самовідновлення до стану, відповідного вихідного зонального типу з
вихідним інваріантом. Як з'ясувалося, цей відсоток природних екосистем у
ландшафті, достатній для самовостановленія його до зонального типу, варіює
від 100% для гольців і гірських тундри, де самовосстановление не відбувається взагалі
(і вся ця група ландшафтів відноситься автором до нестійким комплексам
середовища), до 35% для заплавних урочищ широколистяно-лісової зони півдня Амурської
області (відносяться до високоустойчівим комплексам середовища). Автором пропонується
для обговорення наступні аналітичні висновки: 1. Перш ніж приступити до
вивчення динаміки будь-якої геосистеми необхідно виявити її стійкі стану.
Стійкі системи характеризуються тим, що відображають усталені відносини в
системі безвідносно до історії встановлення цих відносин. Вже це
дозволяє перш за все використовувати їх як системні (змінні) закони.
Системний закон відбиває взаємообумовленість всіх елементів, тим самим
одноразово (миттєво) обумовлює поведінку підсистем в системі в цілому.
2. Самі ці рівні стійкості можна розглядати як елементи (підсистеми)
складнішою стійкої системи та динаміка переходу між цими
"стійкими" підсистемами може бути знайдена на основі принципу
узгодженості: динаміка розвитку підсистем повинна відбуватися таким чином,
щоб не була порушена стійкість (квазіустойчівость) більш високого рівня
ієрархії. 3. З'ясовано, що в системах ієрархічного типу при зміні стійких
станів спостерігається ефект інерційності. Він виявляється в тому, що навіть
після змін порушують минулої стійкість, система за основними параметрами
зберігає величини (параметри стійкості) на досить тривалому проміжку
часу - ефект "тунелю". Після проходження інтервалу
інерційності, який може бути розрахований, настає різке розбіжність
характеристик параметрів стійкості - ефект "душа". Розбіжності
можуть досягати сотні і тисячі разів. В математиці це явище використовується для
вибору чисельних рішень рівнянь, в яких присутні швидкі і повільні
змінні: в "тунелі" можна брати досить великі інтервали (час
спостереження) між поточними значеннями, а в режимі "душа" для того
щоб отримати точні (чисельні) результати крок необхідно зменшити в тисячі
і сотні разів. Цей факт становить значний інтерес і з точки зору
моніторингу геосистем та теорії управління природокористуванням. З урахуванням цих
факторів було застосовано апарат теорії надійності для відпрацювання варіантів
розвитку регіону. В якості фактора змінює ситуацію в регіоні,
розглядалося зміна сухості-вологості, результатом якого є
посушливий або надмірно вологий період ведення сільськогосподарських робіт.
Прогноз природних циклів верифікувати з урахуванням статистичних спостережень
минулих років. На цій основі була побудована функція надійності Ф (t). Шляхом її
інтегрування було знайдено середній час роботи системи без відмови. Використовуючи
характеристики функції надійності, був описаний вектор можливих умов розвитку
природних факторів, розглядалися варіанти програм розвитку економіки
регіону. Була здійснена оцінка витрат різноманітних варіантів розвитку регіону з
урахуванням дії негативних факторів Зij. Це дозволило сформувати платіжну
матрицю і застосувати критеріальні апарат теорії матричних ігор. Проведені
дослідження дозволили виявити нові аспекти у формуванні системи управління
природокористуванням в регіоні на тривалу перспективу.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://www.mediaterra.ru
