учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

ловое случайное движение молекул в покоящейся жидкости («стохастический хаос»), но макроскопические характеристики достаточно большого объема последней могут быть стабильными и вполне предсказуемыми. Хаотичной называют и турбулентную структуру движущейся жидкости. Но в ней наряду с беспорядочным тепловым движением отдельных молекул выделяются отдельные струи и их пучки, в которых взаимосогласованно перемещаются миллиарды молекул. Это, а также то, что струи и пучки, с одной стороны, состоят из аналогичных образований меньших масштабов, а с другой — причудливо изгибаются, разветвляются, перемещаются, свидетельствует о том, что хаотичность турбулентного потока сложно сочетает не только разупорядоченность, но и элементы порядка. Признаки своеобразной турбулизации отмечались многими исследователями, например в характере эволюции растрескивания нагруженных породных массивов.

В подобной существенно хаотической эволюции специфическая упорядоченность выражается еще и в том, что все бесконечное разнообразие состояний системы — не безгранично. При достаточной длительности ее функционирования они стремятся занять некоторый ограниченный, «притягивающий» из широкой области начальных условий объем математического фазового пространства состояний. Множества точек последовательных состояний, фазовые траектории, распределены в таком объеме, или аттракторе, не равномерно и сплошь, а как бы дырчато или решетчато, фрактально, в общем образуя определенную упорядоченность, структуру — не с целой, а дробной размерностью. Вместе с тем, перемещаясь в таком объеме по весьма запутанной траектории, строго детерминированной начальными условиями и чрезвычайно чувствительной к малейшим их изменениям («детерминистский хаос»), система проходит с нерегулярными интервалами одну точку бифуркации за другой. В результате после прохождения уже всего трех-четырех таких точек система оказывается в состоянии, которое совершенно невозможно было предсказать из начальных условий.

В-третьих, ни один природный процесс «сам по себе» не является, конечно, ни линейным, ни нелинейным. Тем или иным он предстает в нашем описании, отражающем всегда некоторое выбранное нами приближение и полученном с помощью тех или иных выбранных нами методов. В зависимости от того или иного нашего выбора (что, в свою очередь, предопределяется характером решаемой задачи) один и тот же процесс всегда может быть представлен и как нелинейный, и как линейный. В последнем случае (рис. 21.7) он принципиально прогнозируем. Но надежность подобного прогнозирования зависит от того, насколько приемлемыми для конкретной решаемой задачи будут ошибки из-за отклонения действительной траектории от гипотетической линейной.

512 Часть IV. Земля и человек: достижения, проблемы, перспективы

Рис. 21.7. Примеры статистически линейных приближений геодинамических зависимостей: А — возраста вулканов Гавайского хребта от расстояния до Килауэа

(по И. Мак-Доугалу, Р. Дункану); Б — глубины желобов от скорости субдукции, по К. Греле, Ж. Дюбуа; В — угла наклона сейсмофокальных зон от направления субдукции, по Т. Йококуре

Следовательно, сфера надежной прогнозируемости вполне реальна, что и подтверждается практикой. Но она ограничена в пространстве и времени интервалами, где ход процесса с приемлемой погрешностью может считаться линейным.

Хотя прогнозируемые системы составляют меньшинство, это не означает, что их мало. В самом деле, например, на числовой оси целых чисел в сравнении с дробными — в бесконечное число раз меньше, но и их — бесконечно много. Часто встречаясь на практике с прогнозируемыми (т. е. в некотором приближении линейными) системами, с непрогнозируемыми мы встречаемся намного чаще.

Таким образом, нелинейно-динамическая концепция не запрещает прогнозирование эволюции природных систем вообще. Но она, во-пер- вых, чрезвычайно расширяет сферу непредсказуемости нелинейных систем — на всю область их сильной неравновесности; во-вторых, и это особенно важно, обосновывает принципиальный характер такой непредсказуемости, неустранимой ни пополнением опытных данных, ни совершенствованием методов исследования, ни уточнением представлений о механизмах эволюции.

В последние годы осознание огромной роли нелинейности геодинамических систем, таких фундаментальных особенностей их поведения, как чрезвычайная чувствительность к начальным условиям, хаотичность эволюции, принципиальная в общем случае непрогнозируемость, все глубже проникает в геологию. С этих позиций разными исследователями проанализировано множество разнотипных и разномасштабных явлений, изучаемых в сейсмологии, геодинамике, геохимии, петрологии, гидрогеологии и

многих других разделах геологической науки, предложены соответствующие модели механизмов их возникновения и эволюции. Достаточно упомянуть хотя бы концепцию высоконадкритичной, существенно хаотической, «турбулентной» динамики мантийного материала, приходящую на смену прежним, еще недавно новаторским, а ныне уже традиционным моделям слабонадкритичной, упорядоченной мантийной конвекции. Несомненно, что эта тенденция — нелинейного взгляда на мир — в ближайшие годы будет крепнуть, проявляясь в исследованиях все новых геологических объектов и процессов, приводя к неожиданным результатам как фундаментального, так и прикладного характера.

Не является ли сказанное признанием бессилия науки, ее капитуляции перед фактом принципиальной непредсказуемости нелинейной, сильно неравновесной реальности? Конечно, нет. Напротив, нелинейно-ди- намическая концепция — новый гигантский шаг науки в познании того, как устроен и как развивается окружающий нас мир. Иное дело, что получаемые наукой ответы на возникающие у нас вопросы не всегда оказываются именно такими, какие нам хотелось бы иметь. Тем не менее на любые головоломки, задаваемые природой, ученые рано или поздно находят ответы. Они порой таковы, что заставляют пересматривать отдельные фундаментальные научные положения и их системы — теории, парадигмы менять стратегию и тактику дальнейших исследований, искать нетрадиционные, «обходные» пути решения фундаментальных и практических задач, не решаемых привычным путем, «лобовой атакой». Так, невозможность прогнозирования отдельных траекторий эволюции хаотических систем перенацелила исследователей на важное в практическом отношении изучение и прогнозирование разнотипных режимов хаотичности и сценариев перехода к ним. Отказ от бессмысленного расходования больших средств на «прогнозирование» того, что не может прогнозироваться, например в области сейсмологии, побуждает развивать сейсмостойкое строительство.