Глава 5. Законы и закономерности, теории

И ГИПОТЕЗЫ В ПАЛЕОГЕОГРАФИИ

5.1. Законы и закономерности в палеогеографии

Палеогеография является важной частью физической геог­рафии, поэтому палеогеографические законы и закономерности, хотя и обладают определенной спецификой, есть часть общих теоретических оснований физической географии. В последние 20 лет в физической географии резко обострился интерес к логическим основам, возможностям применения дедуктивных методов развития теории. Появилось несколько работ, в которых делается попытка рассмотреть номологические основания землеведения и ландшафтоведения. Сделан вывод о необходимости увязки и разграничения основ землеведения и ландшафтоведения с общенаучными фундаментальными представлениями, которые названы предгеографическими аксиомами: системная, иерархическая, временная, планетарная. Две географические системы – землеведческая и ландшафтная – не содержат, к сожалению, фактора времени. Лишь во втором следствии ландшафтной аксиомы говорится о пространственно-временной организованности ландшафтов. Но ведь это характерно также и для географической оболочки, и для ландшафтной сферы. В свойствах природы земной поверхности наблюдается замечательное триединство целого (географической оболочки), составных частей (геосфер, компонентов, ландшафтов) и их развития во времени. Поэтому можно говорить единой пространственно-временной географической аксиоме с соответствующими следствиями.

Анализ теоретических оснований физической географии позволяет нам на современном этапе сформулировать некоторые законы, учитывающие фактор времени и касающиеся главным об­разом не функционирования и динамики, а развития ПТК, то есть имеющих палеогеографический характер.

Закон убывания палеогеографической информации: вероятность сохранности свидетельств палеогеографических событий убывает в зависимости от давности события, его масштаба и вещественного состава носителя информации. Известно, что природные компоненты, принимающие участие в становлении современных ландшафтов (а это полностью относится и к ланд­шафтам прошлого) начали проявляться в них в разное время (рис. 10). Кроме того, в широких пределах изменяется и ве­роятность сохранности каждого из компонентов в ископаемом состоянии в зависимости от его свойств и местных условий, Таким образом, мы получаем осредненное и несколько иска­женное представление о природных условиях прошлого. Полу­чаемые реконструкции представляют собой подобие гомоморф­ных моделей, причем абстрагирование от тех или иных подробностей идет не по нашему желанию.

О. А. Борсук и Ю. Г. Симонов (1972) справедливо отмечают, что современную картину природы географы могут изучать практически с любой необходимой степенью точности и теоре­тически с бесконечным объемом информации. Палеогеографичес­кие же реконструкции всегда опираются на конечную, зачастую весьма ограниченную информацию, Высказано предположение, что естественная потеря информации о прошлом подчинена экс­поненциальному закону.

Неполнота палеогеографической информации той или иной территории в определенной степени может быть компенсирована рассмотрением осредненной палеогеографической обстановки большей по размерам территории площади. Тогда возрастает вероятность нахождения материального свидетельства природ­ной обстановки прошлого. Здесь, однако, необходимо заметить, что, как правило, чем выше ранг геосистемы, тем больше ее возраст. Поэтому усредняя информацию по площади, мы однов­ременно усредняем ее и по времени.

Из этого закона следует вывод о том, что сравнивать палеогеографические реконструкции различных временных сре­зов можно только с учетом соответствующих поправок на не­полноту информации, которые еще необходимо выработать. При межрегиональной же корреляции необходим учет соразмерности сравниваемых регионов, а следовательно, и соразмерности объемов информации. Вызывает сомнение также правомочность географического прогнозирования на основе анализа палео­географических срезов, когда информация о событиях протя­женностью в несколько тысяч лет используется для составле­ния моделей сценариев возможных изменений природной среды на ближайшие несколько десятков лет. Только учет непрерывности и дискретности географического пространства-времени, инвариантности реконструируемых ПТК и многое другое позволит поставить на современную научную основу географическое прогнозирование по палеогеографическим материалам.

Рис. 10. Время становления и возраст ландшафта степного Прииртышья (по составу природных компонентов в доминантных и субдоминантных урочищах; Николаев BJL. , 1979):

1 – ландшафт в целом; доминирующие урочища; 2 – плоские древнеал-лювкальные равнины с сухими степями на темно-каштановых почвах; субдоминантные урочища; 3 – дефляционные котловины соров и соле­ных озер с солонцово-солончаковыми комплексами на низких терра­сах; 4 – бугристо-грядовые эоловые песчаные равнины с сухими пса-мофитными степями на дерново-степных слабосформированных почвах

Закон убывания палеогеографической информации, по-ви­димому, тесно связан с законом устойчивости функционирования геосистем, или геосистем или законом регуляторных функций отдельных подсистем (блоков, групп организмов), осуществляющих регули­рование и саморегулирование на основе вещественно-энергети­ческих и информационных прямых и обратных связей. Этот за­кон сформулирован К. Н. Дьяконовым (1974) следующим образом: устойчивость геосистемы есть повторяющаяся последователь­ность расположения элементов и блоков в пространстве и функционировании во времени. Устойчивость в аспекте вертикаль­ной и горизонтальной структуры геосистем отражает форму их постоянства, которая задается соответствующим инвариантом. Устойчивость, в аспекте функционирования отражает форму их развития через противоречия преобразовательной и стабили­зирующей динамики. Чем более устойчива геосистема, сущест­вовавшая в прошлом, тем, в принципе, большую информацию о ней мы можем получить.

Прекращение существования той или иной геосистемы и переход ее в ископаемое состояние по А. Ю. Ретеюму (1988) – переход хорионов в сфрагиды. Им показано, что хотя сфраги­да лишена системообразующего начала, она после исчезнове­ния хориона продолжает существовать более или менее дли­тельное время. Это относительно крупные скопления вещества, сами по себе обладающие значительной системообразующий си­лой. Благодаря массе вещественных следов сфрагиды имеют определенную устойчивость. Однако, с той же закономерной необходимостью, с какой всякое возникшее тело создает гео­систему, которая проходит стадии развития от возникновения до исчезновения, всякая сфрагида неизбежно, в силу заложенных в ней свойств, движется к полному рассеянию в окружаю­щей среде.

Периодический закон зональности А. А. Григорьева – М. И. Будыко: повторение однотипных географических зон располагается в порядке изменения величины радиационного баланса при сохра­нении постоянного соотношения тепла и влаги. Согласно Григорьеву и Будыко, он отражает реально су­ществующую дифференциацию географической оболочки (точнее, ландшафтной сферы, по Ф. Н. Милькову) на природные зо­ны, в основе которой лежат различные от места к месту сум­мы приходящего радиационного тепла и атмосферной влаги. Это положение было формализовано при помощи введения ра­диационного индекса сухости. А. Вычисленные коэффици­енты наглядно показывают, что соотношение тепла и влаги может быть одинаковым в разных географических поясах. Это характерно как для настоящего времени, так и для гео­логического прошлого. Легко видеть, что значительные изменения одного из показателей отношения приведет к сокра­щению, или даже полному исчезновению, одних и расширению за их счет других зон (гиперзональность, по А. А. Величко). Из всего этого следует необходимость придать закону зональности не только пространственный, но и временной смысл. С учетом этого фактора он будет звучать так: пространственно-временное развитие структуры географических зон осуществляется в порядке изменения термодинамических усло­вий и соотношения тепла и влаги и приводит к смене сос­тояний и изменению инвариантных свойств структуры и функ­ционирования ПТК. Установление этих четырех параметров и составляет основу палеогеографических реконструкций. Та­кая формулировка закона зональности носит более общий ха­рактер. Исследования Н. Л. Беручашвили показали, что процессы и явления в ПТК имеют свою временную структуру, которая связана с их характерным временем, длиной периода и амплитудой изменений для циклических и квазициклических процессов, эффектами инерционности, последействия и т. д.

Закон направленно-ритмического развития географической оболочки: изменение внешних и внутренних воздействий на географическую оболочку выражается в качественном из­менении ее состава, перехода от более простых, систем к более сложным, наращивании вещества и усилении его прост­ранственной дифференциации, причем эти изменения происхо­дят неравномерно во времени. Под внешними и внутренними воздействиями здесь понимается влияние географического пространства по М. И. Ермолаеву. Географическая обо­лочка развивалась вместе со всей планетой за счет внутрен­них материальных и энергетических ресурсов, ее масса, уве­личивалась, а состав усложнялся. Об этом ярко свидетельст­вуют и особенности развития природы в новейшее геологичес­кое время. Существует также и множество сви­детельств ритмики различной по происхождению и продолжи­тельности.

Один из аспектов этого закона отражает закон энтропии геосистем (Дьяконов, 1981): географические системы на опре­деленном этапе своего развития обладают четко выраженными механизмами негэнтропии. Понятие энтропии употребляется в географии в двух значениях. Одно из них: энтропия – мера разнообразия структур, определяющая сложность организации системы, её функционирование. Поверхность земного шара в историческом аспекте характеризуется усложнением своей структуры, в частности количеством зон (принцип негэнтропии; каждый принцип – это закон в гносеологической функции). Другое, физическое, значение энтропии обнаруживается при характеристике направленности изменения различных форм свободной энергии в геосистемах. Такое понятие энтропии отличается от классического, термодинамического. Закон энт­ропии в геосистемах осложнен механизмами негэнтропии, и обе эти тенденции проявляются одновременно, но в различных плоскостях.

В. Н. Солнцевым (1981) сформулировано несколько эмпири­чески установленных постулатов, отражающих основные черты организованности географических явлений во времени: 1) хроноизменчивости географических явлений (процессов и объек­тов) свойствен колебательный характер – при постоянстве внешних воздействий динамически равновесные объекты как бы непрерывно "раскачиваются" и испытывают вынужденные коле­бания, складывающиеся с их собственными колебаниями; 2) хроноизменчивости географических явлений свойственно внутреннее разнообразие, выражающееся в широком спектре наблюдаемых колебаний: мелкомасштабные явления (периоды от долей секунд до десятков минут), мезомасштабные (перио­ды от часов до суток), синоптические (периоды от нескольких суток до месяцев), сезонные (годовой период и его ритмика), междугодичные (периоды в несколько лет), внутривековые (периоды в десятки лет), междувековые (периоды в сотни лет), сверхвековые (периоды в тысячи лет и более длительные гео­логические колебания), являющиеся предметом палеогеографии; 3) хроноизменчивости всех географических процессов в целом свойственна квазипериодичность, т.е. отсутствие строгой периодичности, которая, как известно, выражается в повторяе­мости колебаний одинаковой длительности – из-за инерционнос­ти объектов их реакция на внешние воздействия запаздывает, и возбуждаемые колебания изменяются по сравнению с началь­ным импульсом, что, в конечном счете, приводит к интерферен­ции в объекте и окружающей его среде колебаний самой раз­личной длительности и к "смазыванию" их начальной (возмож­но, строгой) периодичности; 4) среди источников хроноизменчивости географических явлений есть воздействия, носящие строго периодический характер; 5) внешние (по отношению к географической оболочке) периодические инсоляционные и гравитационные воздействия играют роль фактора упорядочения, согласования, синхронизации колебаний географических явлений.

Закон метахронности развития географической оболочки К. К. Маркова: одно и то же внешнее воздействие в пространствен­но различных геосистемах проявляется по-разному и в разное время. Данный закон является одним из основных для палео­географии понятий и отражает такие свойства геосистем как устойчивость, иерархическая соподчиненность, территориаль­ная дифференциация. К. К. Марков отождествлял метахронность с принципом пространства-времени, который, на наш взгляд, является более общим отражением характеристики свойств природы земной поверхности. По В. С. Преображенскому (1987) качества ландшафтов зависят от их иерархического уровня, их положения в системе географической оболочки (т.е. относи­тельно других ландшафтов) и их состояния в системе эволю­ционных и динамических изменений, от тесноты их связей. Проявлением этих качеств во времени и является метахронность.

Закон эргодичности: временные состояния эргодичных природных систем прошлых геологических эпох имеют прост­ранственные аналоги в современной природе земной поверхнос­ти. Это одно из важнейших принципиальных оснований палео­географических реконструкций и прогнозирования: эргодичным процессам и состояниям природных геосистем, распределенным во времени, соответствуют аналоги, распределенные в современ­ном пространстве и находящиеся на разных стадиях развития. Этот закон был сформулирован В. А. Боковым (1983) как позиционно-эволюционный принцип: последовательность эволюционных изменений геосистем, определяется пространственной после­довательностью геосистем образующих вместе с данной гео­системой позиционный ряд.

Одна из форм проявления пространственно-временных отношений в геосистемах – их эргодичность. Существует эргодическая теорема, в которой доказывается равенство средних временных и пространственных изменений на стационарных ве­роятностных процессах. Пространст­венно-временные отношения некоторых географических явлений удовлетворяют данным условиям. Благодаря этому по прост­ранственной структуре явления можно получить представление о его временной динамике и наоборот. Анализ хроноорганизации географических явлений показывает, что временной анализ реальности позволяет строго выделить и в полной мере обосновать пространст­венное своеобразие географических явлений. Такого рода замена использована Дэвисом еще в начале XX в. с помощью сравнительно-географичес­кого метода, когда сопоставляются аналогичные объекты, находящиеся на разных стадиях развития. Проделанный им ана­лиз речных долин названных типов (а затем и других форм рельефа) позволил выстроить их в единый ряд и убедительно обосновать эрозионную концепцию развития. Аналогичным об­разом собрана аргументация, обосновывающая теорию эволюции склонов В. Пенком.

Эргодическое значение имеет также введенное В. Б. Сочавой для обозначения различных динамических состояний гео­систем (по аналогии с сукцессионными рядами Ф. Клементса и географическими циклами У. Дэвиса) понятие серийных и факторально-динамических рядов фаций. Переменные состояния – серийные фации – недол­говечны, сменяя друг друга, они в своем развитии проходят через состояния полусерийных и мнимосерийных фаций к ко­ренной фации – эквифациальному состоянию.

А. Д. Арманд (1975) ставит вопрос: в какой степени прост­ранственное разнообразие географических явлений может слу­жить основой для построения эмпирических математических моделей прогнозного и объяснительного назначения? И отве­чает на него: "Наблюдения природных процессов во времени дает более полноценный материал для моделирования геосистем. Однако, в случае недоступности таких наблюдений, изучение мгновенного состояния многих одинаковых объектов, рассе­янных в пространстве, позволяет моделировать их структуру, вид внутрисистемных связей и развитие в условном времени. В соответствующих условиях возможно приведение модели к масштабу абсолютного времени"²¹.

В. А. Боков (1983) рассматривает простейший пример прояв­ления эргодичности географических явлений. Географические зоны на Русской равнине чередуются с севера на юг в опреде­ленной последовательности. Если представить, что наблюдает­ся перемещение зон на север, то каждая зона будет последо­вательно заменяться зонами, расположенными южнее. Тем самым временная смена будет повторять пространственное расположе­ние.

Палеогеографические данные свидетельствуют, что за пос­ледние миллионы лет смещение природных зон на Русской рав­нине происходило неоднократно. Однако нельзя сказать, что наблюдалось простое перемещение зон с полным сохранением их свойств. Сами зоны изменялись. Тундростепь, располагав­шаяся у края ледника на Русской равнине в плейстоцене, не идентична современной арктической пус­тыне, также располагающейся на границе со льдами, но в бо­лее высоких широтах. Поэтому, делает вывод Боков, пространственно-временная структура зон носит скорее квазиэргодический характер.

Пример эргодической системы приводит Ю. Г. Симонов (1966). Им показана схема последовательной смены ландшаф­тов по мере роста гипотетического материка в условиях тро­пического пояса. При малых размерах материка аридные ланд­шафты занимают небольшую площадь, по мере увеличения материка площадь аридных ландшафтов растет. Смена ландшафтов во времени в каждой точке соответствует пространственной последовательности.

Большое палеогеографическое значение имеет сформулированный В. А. Боковым (1983) вероятностно-статистический принцип интеграции геосистемы: вероятностно-статистическая форма пространственно-временного взаимодействия – основной способ интеграции физико-географических явлений, имеющих различные пространственно-временные масштабы. Основанием такого утверждения является наблюдаемое пространственно-ременное несовпадение природных тел – основных элементарных образований, взаимодействие которых порождает геосистемы. Формирование геосистем в ходе взаимодействия природных тел идет статистическим путем. За достаточно большой срок устанавливаются характерные сочетания взаимодействующих при­родных тел.

Такое утверждение исходит из предположения, что физико-географические процессы являются стохастическими. При вероятностной постановке географической задачи строгая частотная интерпретация теории вероятностей заставляет нас предполагать выполнение условий закона больших чисел и цент­ральной предельной теоремы, из которых вытекает эргодический принцип. В случае стационарных стохастических процессов среднее по пространству и среднее по времени эквивалентны. Остается установить, являются ли физико-географические процессы стационарными. Д. Харвей считает, что в опреде­ленных ситуациях предположение о стохастичности и стацио­нарности географических процессов вполне разумно, хотя географические ряды часто не являются стационарными и, кроме того, часто не являются непрерывными. Но коль скоро необходимые предположения приняты, и при построении теории, и при сборе данных мы вправе использовать все преимущества, вытекающие из этих предположений.

Возможно, существует также такая закономерность: достоверность палеогеографических реконструкций зависит от степени полноты и возраста палеоландшафта. О возрасте уже говорилось выше – с ним связано убывание палеогеографической информации. Однако это не столь однозначно. Ведь современные ландшафты представляют собой исторически сложившиеся геосистемы. В их структуре накоплена физико-географическая информация многих геологических эпох, что выражается и в составе природных компонентов, и в комплексе урочищ, порожденных в разное время, в неодинаковых палеоландшафтных условиях. Было подмечено (Николаев, 1976), что чем древнее геолого-геоморфологическая основа ландшафта, тем большая палеоландшафтная информация в нем сосредоточена. Степень же полноты палеоландшафта определяет разнообразие составляющих его компонентов. С ее увеличением возрастает вероятность сохранения того или иного их признака, материа­лизованного в осадочной горной породе (с включенными в нее остатками флоры, фауны, человека и его материальной культу­ры), рельефа, современных ландшафтов.

Сравнительно-исторический униформистский закон: представления о связи с физико-географическими условиями зако­номерностей формирования определенного состава и свойств современных осадочных горных пород и особенностей рельефа являются основанием для вывода о физико-географических ус­ловиях прошлых геологических эпох по составу и свойствам соответствующих толщ осадочных горных пород и характеру рельефа.