В. Д. Т. А. Айзатулин и проблема эволюции элементного состава океана
| Вид материала | Реферат |
- Взаимосвязь химического состава питьевой воды и элементного статуса студентов северного, 65.03kb.
- Лекция 11 Концепция эволюции, 87.01kb.
- Автореферат разослан 2009 года, 452.47kb.
- Литература аристотель, 48.99kb.
- Н. М. Эмануэля ран защита состоится 27 сентября 2011, 701.9kb.
- Оценка элементного статуса в определении нутриентной обеспеченности организма. Значение, 325.18kb.
- Рельеф дна Мирового океана, 52.6kb.
- Тема урока Северный Ледовитый океан; особенности природы, хозяйственного использования,, 53.05kb.
- Магистерская специальность «Экономика ресурсов Мирового океана», 26.67kb.
- Программа курса лекций «Методы исследования макромолекул», 15.25kb.
Корж В.Д.
Т.А. АЙЗАТУЛИН И ПРОБЛЕМА ЭВОЛЮЦИИ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ОКЕАНА
Фундаментальная проблема формирования и эволюции элементного состава океана является одной из наиболее трудноразрешимых. Большая роль в решении этой актуальной проблемы принадлежит известному океанологу Тамерлану Афиатовичу Айзатулину.
Самые общие ориентиры успешного ее решения представлены в работах академика В.И. Вернадского. Он утверждал: "В целом весь океан должен рассматриваться – в каждом его месте – как неразрывная связь мертвой, инертной материи и непрерывно изменчивого и химически меняющего мертвую окружающую водную среду живого вещества. В нем постоянно идет ток атомов из косной материи в живую и обратно…".
Однако для адекватного восприятия идей Вернадского долгое время не было соответствующих методологических оснований. Поэтому преобладающая масса исследователей искала решение этой проблемы в иных направлениях.
Виноградов А.П. в своей работе "Введение в геохимию океана"(1967) полагал, что "Содержание элементов в океанической воде определяется распространенностью данного элемента и его физико-химическими свойствами". Связь между распространенностью элементов и их содержанием в океане традиционно априори считалась линейной, следовательно не заслуживающей внимания. Основное внимание научного сообщества было сосредоточено на исследовании зависимости между содержанием элементов в морской воде и их физико-химическими свойствами. При этом обычно использовался аппарат равновесной термодинамики.
Яркую и точную характеристику этой ситуации дал Хорн, который писал: "Теоретики обычно воспринимают любой намек на бессилие термодинамики в решении реальных проблем как личное оскорбление, тогда как исследователи, постоянно и непосредственно связанные с проблемами моря, предпочитают использовать в работе таблицы и эмпирические уравнения... Термодинамика начинается с множества изящных, кажущихся, парциальных, дифференциальных величин, но кончается эмпирическими выражениями. Существует по меньшей мере четыре очень веские причины явной непригодности термодинамики для решения практических вопросов морской химии: система неидеальна, многокомпонентна, редко находится в равновесии. Четвертая причина неожиданна: основные термодинамические свойства морской воды не могут быть измерены с достаточной точностью и надежностью"(Хорн, 1972, с.51).
Одна из последних наиболее обстоятельных работ, посвященных роли физико-химических процессов в формировании элементного состава океанской воды, представлена Ли (Li, 1991). Он утверждает, что состав морской воды всецело контролируется составом твердой фазы и физико-химическими процессами, регулирующими адсорбцию. Однако эмпирический материал не дает достаточных доказательств для такого утверждения.
Известно, что на геохимическую судьбу элементов оказывает большое влияние их участие в биохимических процессах. Однако этот вопрос, в основном, сводился к изучению концентрационной функции организмов (Саенко Г.Н., 1992). Исследования соотношения между элементными составами растительных и животных организмов, с одной стороны, и средой их обитания —с другой, не прояснили вопроса о формировании элементного состава океанской воды (Yamamoto, 1972; Spaargaren, Ceccaldi, 1984).
В книге "Океан как динамическая система" Т.А.Айзатулин с соавторами (Лебедев В.Л., Айзатулин Т.А., Хайлов К.М. 1974) развил новые представления об океане. Эти представления, созвучные идеям В.И.Вернадского, оказались чрезвычайно плодотворными.
Вот некоторые цитаты из этой книги.
"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."
"Океан, как и клетка, является открытой системой для обмена веществом и энергией с окружающей средой (для внешнего метаболизма) и, следовательно, он должен обдадать определенными свойствами, характерными для любых открытых систем, делающими их похожими друг на друга." (Там же с.121).
"…так же как клетки или организмы для того, чтобы поддержать свою жизнь, потребляют из окружающей среды и выделяют в нее многообразные химические вещества, твердые, жидкие, газообразные ( то, что мы называем внешним метаболизмом), океан осуществляет приличествующий его масштабам гигантский обмен химическими веществами с окружающей средой." (Там же с. 137).
"…наряду с энтропийными тенденциями, стремленнием к рассеянию и хаосу, химическая океаническая система, начиная с ее основы – воды, проявляет стремление к упорядоченности, имеет механизмы, способные поддержать эту упорядоченность на протяжении длительного времени…. Задавшись вопросом, из-за чего упорядоченный химический облик океана не рушится со временем гигантским вихрем обмена веществ внутри и вне системы, как того требуют всесильные законы термодинамики, мы пришли к выводу, что именно из за этого гигантского вихря обмена веществ. Благодаря ему и благодаря обмену энергией океан, как и клетка способен затратить работу, необходимую, чтобы поддержать свою химическую жизнь - термодинамически неравновесное состояние, менее вероятное, менее устойчивое, чем равновесное состояние, которым для него, как и для клетки, является химическая смерть. Единая суть, важнейшее обстоятельство, объединяющее и клетку и организм и океан, заключается в том, что все это – единые упорядоченные открытые динамические системы." (с.137-138).
Теория открытых динамических систем стала бурно развиваться в конце 20 века, вовлекая в свою орбиту все новые научные дисциплины.
"Этот путь от пародоксального математического объекта к обнаружению новых явлений природы в самых разных областях становится все более традиционным для неклассической науки. Именно это позволило создать новый междисциплинарный подход – теорию самоорганизации или синергетику." (Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М. 2001. С.34.)
В настоящее время синергетика как новая научная парадигма включает в себя три основные идеи: нелинейность, открытость, диссипативность. Более общей является следующая трактовка: "Синергетика является теорией эволюции и самоорганизации сложных систем мира, выступая в качестве современной (постдарвиновской) парадигмы эволюции." (Князева Е.В., Курдюмов С.П. Синергетика об условиях устойчивого равновесия сложных систем// Синергетика. Труды семинара. Выпуск 1. М. : Изд-во МГУ. 1998.) В статье "Синергетическая концепция самоорганизации Суворов В.В. дает следующее определение: "Синегетика – (от греч. Synergetikos – совместный, согласованный, действующий), научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и других) благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. В таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядочкнности, т.е. уменьшается энтропия (самоорганизация). Основа синергетики – термодинамика неравновесных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн." (Синергетика. Труды семинара. Выпуск3. М.:Изд-во МГУ. 2000.)
В книге "Океан как динамическая система" (Лебедев В.Л., Айзатулин Т.А., Хайлов К.М., 1974) есть раздел под названием "Порядок против хаоса". В нем авторы отмечают следующее.
"При первом знакомстве 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.
- 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).
- Отсюда следует, что нельзя изучить систему, исследуя 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 сисиемы.
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 (биогеохимия 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 современные 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 быть 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; генетина 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. Не случайно во всех оеанологических 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."