224
формированию лагунных озер и озерному осадконакоплению. На это обратил внимание Л.С. Говруха (1968) при изучении древних береговых линий и мощности озерного осадконакопления земли Франца Иосифа и Новой земли.
Атлантический период отмечен значительным сдвигом природных зон умеренных широт в северном направлении. Судя по палеотемпературной реконструкции, он продолжался 1300 лет (от 6800 до 5500 лет назад).
Всеверной части Евразии смещение границ между лесом и тундрой
всеверном направлении достигло, по оценке различных авторов, от 200 до 400 км. Об этом свидетельствуют не только палинологические данные, но и многочисленные находки в торфяниках ныне безлесных тундр, микроостатков древесных пород, трав и мхов, ареалы которых расположены сейчас значительно южнее (Сукачев, 1972; М.И. Нейштадт, 1957 и др.).
Широколиственные леса наибольшее развитие получают не только на Русской равнине. На Среднем Урале и в юго-западном секторе ЗападноСибирской низменности распространяются вяз и липа. В северной половине Западной Сибири отмечается преобладание темнохвойных еловых лесов. В Восточной Сибири атлантический период содействовал укреплению роли древесной растительности. В южной части Дальнего Востока – расширению ареала дуба монгольского, липы, вяза, клена и других термофильных пород.
Суббореальннй период являлся продолжением атлантического теплого периода, в котором наметилась тенденция к похолоданию. Он охватывает период 5300-2500 лет назад. В течение этого периода на фоне похолодания было три фазы яркого потепления:4900-4600, 3800-3400, 2500-2200, и три похолодания: 5300-4900, 4600-3800, 3400-2500 лет назад.
Вфазы похолодания 5300-4900 и 4600-3800 лет назад на Русской равнине и на Урале произошло более или менее одновременное уменьшение роли вяза и состава широколиственных пород.
Следы похолодания суббореального периода отмечены на Русской равнине и на Урале, в Западной Сибири, на Камчатке, а также за пределами России – Швеции, Японии, на Аляске, в Чили и других районах.
Наиболее ярко тенденция похолодания суббореального периода прослеживается на севере Якутии (низовья рек Яны и Индигирки), где около 4500-4700 лет назад произошел значительный сдвиг к югу границ ареалов ели, березы, лиственницы.
На Камчатке и Сахалине пыльцевые спектры суббореального времени указывают на снижение границы леса в горах и широкое распространение холодостойких кустарниковых формаций подгольцового пояса. Приведенные данные свидетельствуют о синхронной реакции растительности на глобальные изменения климата.
225
Субатлантический период, начавшийся в 300 году до н.э. продолжается и в настоящее время. Он характеризуется низкими температурами в начале этого периода (300 г. до н.э. - 500 г. н.в.) и тенденцией постепенного потепления, которая продолжается и в настоящее время. С похолоданием в начале субатлантического периода связано формирование устойчивых льдов в Арктике и Антарктике, а с потеплением – их деградация и неустойчивое состояние.
Реконструкция температурных аномалий за период от 0 до 2000 года (поздний голоцен).
Восстановление температурных изменений в течение последних 2000 лет производилось в масштабе 1:100. При палеотемпературной реконструкции за 10 тыс. лет обязательным являлось выполнение условия: наибольшее похолодание климата произошло в V – VII веках нашего времени с кульминацией в 520 году.
Под эту дату соответственно подбирались углы сдвига фаз гармонических колебаний, которые были вызваны солнечной активностью
спериодами: 89, 45, 22 года.
Сэтим похолоданием связано увеличение массы дрейфующих льдов, выносимых в северную часть Атлантического океана полярными течениями.
2,4
2,2
2,0
ср
-2,0 -2,2 -2,4
Рис. 8.3.7. Реконструкция температурных аномалий за 2 тыс. лет н.в. и прогноз на 2 тыс. лет.; 1- температурные аномалии приземных слоев атмосферы в °С.
Из рисунка 8.3.7. следует, что после ярчайшего потепления, которое имело место в середине голоцена (4 тыс. лет назад) наступил период позднего голоцена, который характеризовался понижением температур и увеличением влажности воздуха.
226
Кначалу нашей эры установился довольно прохладный климат. Однако уже в конце первого столетия отмечалось заметное потепление, сменившееся в 200-250 г. н.в. похолоданием. Период 250-380 годов был значительно теплее предыдущего, но не продолжителен по времени. В 300 годах н.в. наступает похолодание, длившееся почти 300 лет (до 600 г. н.в.)
скульминацией в 520 году. В эти годы в Арктике создаются благоприятные условия для формирования и развития устойчивых сплошных льдов.
Кпериоду потепления 600-1100 годам относится открытие норманами Исландии (860 г. н.э.) и начало ее колонизации (870 г. н.э.). С начала колонизации до 1000 года климат был более мягким, чем в период 1000-1200 годов. Похолодание в Х-ХII веках вызвало резкую миграцию норманов с Гренландии на материк. Потепление, последовавшее в XII-ХШ веках, приостановило миграцию норманов на материк, которая усилилась в ХIV и ХV веках в связи с новым похолоданием. «К середине ХIV в. из-за резко изменившегося климата население острова Гренландия перестало заниматься земледелием и скотоводством...» (К.Г. Тишинский, 1966).
Тяжелая ледниковая обстановка у берегов нарушило морскую связь между норвежскими колониями и Скандинавией. Сопутствовавшее этому массовое нашествие эскимосов, перемещавшихся вслед за тюленями на юг, привело в ХIV веке к полной гибели нормандских поселений в Гренландии (последний корабль из Гренландии пришел в 1410 году).
О потеплении в XII - ХШ столетиях и о похолодании в ХIV в. свидетельствуют материалы, собранные Э. Ле Руа Ладюри (1971) о развитии виноградарства в Англии: его расцвете в ХII-ХIII в.в. и упадке в ХIV в. В 1500-1650 годах отмечалось потепление климата. По мнению шведского ученого Г. Уттерстрема (1955), конец ХV (после 1460 г.) и первая половина ХVI столетия были гораздо с более мягким климатом, чем предыдущий период. «... затем около 60-х годов ХVI века начался новый период похолодания и бедствий, захвативший и ХVII столетие..»(Э. Ле Руа Ладюри, 1971).
В заключении следует отметить особенность и преимущество метода, разработанного нами по палеотемпературной реконструкции, в отличие от существующих методов. Они заключаются в том, что метод позволяет рассматривать колебания климата на разных временных интервалах и прогнозировать возможные изменения в отдаленном будущем, в то время как другими методами этого сделать невозможно.
Приведенный расчет температурных аномалий для широт 40-50 с использованием периодов ритмичных воздействий не является абсолютным. Расчеты могут уточняться по мере поступления новой информации.
Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих проявлениях. Она непрерывно меняется и находится в состоянии
227
постоянного эволюционного развития. Круг знаний о ней расширяется и дает жизнь новым идеям, новым естественнонаучным концепциям, которые формируют фундамент в развитии науки.
Совершенствуются и философские концепции в развитии естественных наук. Расширяются горизонты изучения космоса. Космология Вселенную рассматривает не как отдельные процессы связанные с возникновением звезд, а как единое целое в системе Галактики и Метагалактики. Большое внимание уделяется цикличности и ритмики процессов во Вселенной. Изучение ритмичности позволяет оценить суперпозиционное воздействие Галактики и солнечной системы на геомагнитное поле Земли и последствия связанные с геомагнитными возмущениями. Нами на примере реконструкции температурных аномалий приземных слоев атмосферы рассмотрена возможность использования галактических, солнечных ритмов на изменчивость климата планеты (в разных временных масштабах). Чем крупнее временной масштаб, тем появляется большая возможность в рассмотрении вопроса о тенденции климатической изменчивости на планете в будущем.
Мы не пытались восстановить температуру планеты в абсолютных значениях за прошлые геологические эпохи. Для нас важнейшей задачей было восстановить температурные аномалии во временном аспекте и разработать метод, позволяющий рассчитывать прогноз температурной изменчивости для широт 40-50 северной широты.
Изменение климата имеет существенное значение для хозяйственной деятельности человека. Перспективы выяснения вопроса о механизме изменения климата расширяются в связи с быстрым развитием в последние годы нового раздела науки о климате – физической климатологии, которая широко использует для изучения климатических условий методы теоретической и экспериментальной метеорологии.
Проведенные исследования расширяют наши представления о возможности палеоклиматической реконструкции и составлении долгосрочных и сверхдолгосрочных изменениях климата. Зная природную составляющую и антропогенное влияние на изменение климата можно с большей заблаговременностью предвидеть изменение климата и видоизменять свою хозяйственную деятельность.
228
Тестовые задания к главе 8.
1.Какие факторы влияют на изменение климата Земли:
1)астрономические (экзогенные);
2)геологические (эндогенные) и антропогенные (экологические);
3)все выше перечисленные.
2.Роль антропогенных факторов в изменение климата Земли:
1)вызывают глобальное потепление;
2)не вызывают глобального потепления;
3)действуют локально в пределах городов.
3.Роль геологических факторов (извержения вулканов и горообразования) в изменение климата Земли:
1)вызывают парниковый эффект и ослабляют воздействие солнечной радиации;
2)сглаживают температурный режим морского и континентального климатов;
3)все выше перечисленное.
4.Как влияют астрономические факторы на изменение климата
Земли:
1)суперпозиционно.
2)ритмично;
3)аритмично;
5.Какие процессы формируют в обоих полушариях Земли «Критические параллели» (на широтах, 35 15`22``)
1) импульсное прохождение через тело планеты электромагнитных и гравитационных волн космического пространства;
2) процессы деформации, растяжения и сжатия литосферы;
3) изменение скорости вращения Земли.
229
Глава 9 АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ БИОСФЕРЫ
Воздействие хозяйственной деятельности человека на природную среду биосферы: климат, почву, растительный и животный мир. Антропогенные воздействия на микроклимат городской и сельской местности. Антропогенные воздействия на глобальный климат планеты.
Во второй половине ХХ века сотрудниками главной геофизической обсерватории Гидрометеослужбы СССР выполнена уникальная работа по изучению современного климата Земли (Е.С.Рубинштейн, Л.Г. Полозова, 1966). Их исследования показали, что наибольшие колебания температуры воздуха на планете проявляются в основном в высоких широтах, где антропогенные воздействия на климат минимальные. В ходе температурных колебаний ими отмечена ритмичность: 10, 35, 50, 80 лет. В северном полушарии в годовом аспекте наибольшие колебания температур зафиксированы в зимние месяцы (ноябрь-март), а в южном – в летние месяцы. На рис. 9.1, 9.2 приводятся скользящие 10-летние средние температуры по ряду пунктов северного и южного полушарий.
230
Рис. 9.1. Скользящие 10-летние средние температурил. Год. Северное полушарие.
Из графиков скользящих десятилетних средних температур воздуха по основным станциям следует достаточно четко выраженные общие черты в многолетнем ходе температуры на станциях удаленных друг от друга на тысячи километров. Общепланетарный характер проявляется в синхронности и асинхронности климатической изменчивости температур воздуха на планете.
231
Рис. 9.2. Скользящие 10-летние средние температуры. Год. Южная Америка и Австралия
В ХХ столетии в северном полушарии значительное повышение температур отмечены в 30-40 годах, а похолодание – в 50-60 годах. В южном полушарии такой закономерности не отмечается. Многолетние колебания температуры в Южной Африке и Австралии свидетельствует о тенденции потепления с 1900 по 1960 год, но эта тенденция не проявляется в равной степени на всех метеостанциях этих континентов.
Л.А. Вительс, А.А. Гирс колебания температур воздуха внутри векового цикла связывают с ритмами атмосферной циркуляции. Ритмичность атмосферной циркуляции ими рассматривается с учетом солнечной активности. Вместе с тем, Е.С. Рубинштейн отмечает, что нельзя не считаться с увеличением содержания в атмосфере углекислого газа и других токсических веществ, которые формируют парниковые эффекты при антициклональных режимах погоды.
Роль атмосферного загрязнения в увеличении температур, как отмечал М.И. Будыко, пока не выяснена. За сто лет (1866-1966) общепланетарная температура повысилась на 0,5 градуса. По аналогии прогнозировалось, что если сжигание топлива будет продолжаться с той же интенсивностью, то к 2000 году температура воздуха на планете должна увеличиться на 2 градуса Цельсия. Однако, как показывают наблюдения за период 1967 – 2003г. повышение температур на 2 градуса не произошло. Очевидно,
232
повышение температур компенсировалось другими климатообразующими факторами.
Рассмотрим главные особенности воздействия хозяйственной деятельности человека на микроклимат сельской местности.
9.1. Антропогенные воздействия на микроклимат сельской местности
Влияние человека на климат биосферы начало проявляться несколько тысяч лет тому назад в связи с развитием земледелия. Во многих районах для обработки земли уничтожалась лесная растительность, что приводило к увеличению скорости ветра у земной поверхности, некоторому изменению режима температуры и влажности нижнего слоя воздуха, а также к изменению режима влажности почвы, испарения и речного стока. В сравнительно сухих областях уничтожение лесов часто сопровождалось усилением пыльных бурь и разрушением почвенного покрова, заметно изменяющими природные условия на этих территориях.
Однако, уничтожение лесов на обширных пространствах, оказывало ограниченное влияние на метеорологические процессы большого масштаба.
Уменьшение шероховатости земной поверхности и некоторое изменение испарения на освобожденных от лесов территориях несколько изменяют режим осадков, хотя такое изменение сравнительно невелико, если леса заменяются другими видами растительного покрова.
Более существенное влияние на осадки оказывает полное уничтожение растительного покрова на некоторой территории, что неоднократно – происходило в прошлом в результате хозяйственной деятельности человека. Такие случаи, в частности, имели место после вырубки лесов в горных районах со слабо развитым почвенным покровом. В этих условиях эрозия быстро разрушает не защищённую лесом почву, в результате чего
становится невозможным дальнейшее существование развитого растительного покрова. Аналогичное положение возникает в некоторых областях сухих степей, где естественный растительный покров, уничтоженный вследствие неограниченного выпаса сельскохозяйственных животных, не возобновляется, в связи, с чем эти области превращаются в пустыни.
Поскольку земная поверхность без растительного покрова сильно нагревается солнечной радиацией, относительная влажность воздуха над ней падает, что повышает уровень конденсации и может уменьшать количество выпадающих осадков. Возможно, что такой механизм имеет значение для объяснения отмеченных выше случаев не возобновления
233
естественной растительности в сухих районах после её уничтожения человеком.
Насаждение лесов также сопровождается изменениями метеорологического режима, которые, однако, в основном ограничиваются приземным слоем воздуха. Из различных форм лесонасаждений наибольшее влияние на климат оказывают полезащитные лесные полосы, широко применяемые как средство мелиорации.
Полезащитные полосы обычно представляют собой древесные насаждения шириной от нескольких метров до нескольких десятков метров, которые окаймляют квадратные или прямоугольные поля, имеющие размеры от нескольких сотен метров до 1-2 км.
Лесные полосы чаще применяются в засушливых районах, где они способствуют поддержанию более благоприятного режима увлажнения на сельскохозяйственных полях.
Главным фактором влияния лесных полос на метеорологический режим приземного слоя воздуха является их ветрозащитное действие, которое сводится к уменьшению средней скорости ветра на межполосных полях и к уменьшению интенсивности турбулентного обмена в самом нижнем слое воздуха, вблизи поверхности земли.
Ослабление турбулентного обмена в нижнем слое на межполосных полях объясняется тем, что воздушные вихри, движущиеся вблизи, поверхности земли, попадая в лесную полосу, в значительной мере разрушаются. Вследствие этого воздушный поток, просочившийся через лесную полосу, оказывается лишенным крупных вихрей, что существенно уменьшает интенсивность вихревых движений в этом потоке.
Следует отметить, что такой эффект наблюдается только для продуваемой лесной полосы, через которую воздушный поток просачивается сравнительно свободно. Густая, не продуваемая лесная – полоса действует, на воздушный поток совершенно иначе. За такой полосой создается сравнительно небольшая зона затишья, а затем скорость быстро возрастает и приближается к условиям ветрового режима в открытой степи. При этом уменьшения размера воздушных вихрей в приземном слое не наблюдается.
Эти явления объясняются тем, что, приближаясь к не продуваемой лесной полосе, воздушный поток несколько приподнимается вверх, огибает её сверху, затем сразу же опускается и приходит примерно в первоначальное состояние.
Уменьшение интенсивности вихревых движений в нижнем слое воздуха на межполосных полях имеет большое практическое значение. Материалы имеющихся исследований показывают, что вихревые движения непосредственно влияют на развитие двух метеорологических явлений – сдувание снега с полей и образование пыльных бурь. Уменьшение турбулентного обмена вблизи земной поверхности предотвращает или
234
ослабляет пыльные бури и способствует сохранению запасов снега на межполосных сельскохозяйственных полях.
Существенное значение имеет также уменьшение турбулентного обмена для сохранения запасов влаги в почве в теплое время года.
Величина возможного испарения (испаряемость) в числе ряда других метеорологических факторов зависит от интенсивности турбулентного обмена в приземном слое воздуха. Турбулентный обмен – бурное беспорядочное течение воздуха (воды), при – котором происходит перемешивание слоев. Выполненные расчеты, показали, что при уменьшении средних значений коэффициента обмена в приземном слое воздуха на 20% испаряемость уменьшается примерно на 10%.
Кроме уменьшения испаряемости/ полезащитные лесные полосы способствуют увеличению запасов снега на полях и некоторому увеличению количества выпадающих осадков. Влияние всех этих
.факторов приводит к значительному повышению влажности почвы на полях, защищенных полезащитными лесными полосами.
Многочисленные наблюдения доказали, что на полях с полезащитными лесными полосами заметно уменьшается сток снеговых вод. Это уменьшение в значительной мере объясняется изменением условий распределения снежного покрова на защищенных полях по сравнению с незащищенными: на полях в системе лесных полос ослабление скорости ветра и турбулентного обмена в приземном слое воздуха создает условия для сравнительно равномерного распределения снежного покрова, тогда как на открытых полях значительная часть снега сносится в овраги и другие углубления рельефа и после таяния в основном расходуется на сток. Кроме того, повышенная фильтрационная способность почвы под лесными полосами обеспечивает несколько большее задержание талых вод на полях в системе полос по сравнению с открытыми полями, что также уменьшает весенний сток снеговых вод в условиях полезащитного лесоразведения.
Некоторое влияние на водный баланс почвы в условиях полезащитного лесоразведения может оказать также изменение количества осадков, обусловленное изменением вертикальных скоростей в атмосфере над лесными полосами и изменением испарения.
Для оценки общего влияния изменений указанных гидрометеорологических факторов на водный баланс почвы можно использовать уравнения теплового и водного балансов при учете значений интегрального коэффициента диффузии (рассеивания), стока и осадков, соответствующих условиям осуществления полезащитного лесоразведения.
Выполненные таким методом расчеты показывают, что на полях, защищенных лесными полосами, значительно увеличивается влажность почвы и несколько возрастает испарение. При этом увеличение влажности
235
почвы имеет различный характер в различные сезоны в соответствии с условиями изменения турбулентного обмена, стока и осадков.
Если наряду с задержанием стока талых вод система лесных полос снижает турбулентный обмен летом и одновременно увеличивает осадки, то влажность почвы возрастает не только в начале вегетационного сезона, но и в его второй половине.
Если же (как это часто бывает) влияние лесных полос проявляется главным образом в увеличении снегозапасов и уменьшении весеннего' стока («зимний эффект»), то влажность почвы возрастает только весной и в начале лета.
Достигаемое в этих условиях увеличение количества продуктивной влаги в почве – может иметь порядок нескольких десятков процентов от количества влаги на полях, не защищенных лесными полосами, при прочих равных условиях.
Эти выводы хорошо подтверждаются данными наблюдений в районах с развитыми лесными полосами продуваемой конструкции.
Значительное повышение количества свободной влаги в почве и некоторое увеличение общего испарения могут существенно – повысить урожай сельскохозяйственных культур в зоне умеренных широт. Повышение урожаев определяется увеличением продуктивности транспирации растений (чему способствует также уменьшение обмена и скорости ветра в приземном слое воздуха). Кроме того, при повышении влажности почвы заметно возрастает отношение количества воды, расходуемой на транспирацию (испарение влаги через растения), к общему испарению, что при увеличении общего испарения также увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.
Таким образом, применение полезащитного лесоразведения может обеспечить значительное изменение водного баланса почвы и заметно повысить урожайность, что, как известно, подтверждается материалом многочисленных опытных работ.
Наряду с влиянием на водный баланс почвы лесные полосы играют большую роль в ослаблении пыльных бурь, которые в отдельные годы сильно повреждают почвенный покров в засушливых районах. Значение лесных полос как фактора защиты от пыльных бурь наглядно проявляется зимой, когда в южной части Европейской территории России происходят сильные пыльные бури. Как показало проведенное обследование, повреждение озимых на полях, защищенных лесными полосами, было в несколько раз меньше по сравнению с полями без лесных полос.
Лесные полосы применяются также и в районах достаточного увлажнения, где они, ослабляя турбулентное перемешивание, повышают среднюю температуру земной поверхности в теплое время года. В таких условиях лесные полосы оказывают благоприятное влияние на развитие
236
теплолюбивых культур и ускоряют сроки созревания многих сельскохозяйственных растений.
Не останавливаясь на других путях изменения метеорологического режима посредством регулирования растительного покрова, отметим, что воздействие человека на растительный покров является фактором, позволяющим в известных пределах изменять климатические условия в приземном слое воздуха.
Один из путей влияния человека на климат связан с применением искусственного орошения. В засушливых районах орошение используется в течение многих тысячелетий, начиная с эпохи древнейших цивилизаций, возникших в долине Нила и в междуречье Тигра и Евфрата.
Применение орошения резко изменяет микроклимат орошаемых полей. Из-за значительного увеличения затраты тепла на испарение снижается температура земной поверхности, что приводит к понижению температуры
иповышению относительной влажности нижнего слоя воздуха. Такое изменение метеорологического режима, однако, быстро затухает за пределами орошаемых полей. Поэтому орошение – приводит только к изменениям местного климата и мало влияет на метеорологические процессы большого масштаба.
Остановимся подробнее на физическом механизме изменений метеорологического режима при орошении.
При орошении в условиях климата сухих степей, полупустынь ' и пустынь происходит существенное увеличение радиационного баланса, которое может достигать нескольких десятков процентов и более от его первоначальной величины.
Увеличение радиационного баланса объясняется, с одной стороны, увеличением количества поглощенной коротковолновой радиации вследствие уменьшения величины альбедо, которая для влажной почвы, покрытой более или менее обильной растительностью, заметно меньше обычных значений альбедо поверхности пустыни и полупустыни.
Сдругой стороны, снижение температуры подстилающей поверхности
иповышение влажности нижнего слоя воздуха при орошении обеспечивают уменьшение эффективного излучения, что также увеличивает радиационный баланс.
Орошение в условиях сухого климата приводит к резкому увеличению затраты тепла на испарение, величина которого определяется главным образом нормами орошения. При обычных оросительных нормах повышение затраты тепла на испарение, как правило, превышает увеличение радиационного баланса. Вследствие этого величина турбулентной теплоотдачи, заметно уменьшаясь, достигает при достаточно больших нормах орошения отрицательных значений, соответствующих направлению среднего турбулентного потока тепла от атмосферы к
237
подстилающей поверхности. Это проявляется в возникновении дневных температурных инверсий.
Таким образом, орошение в условиях сухого климата значительно уменьшает, как турбулентный поток тепла (который может даже переменить знак), так и поток тепла, переносимого длинноволновым излучением. При орошении достаточно больших площадей это может привести к заметным изменениям условий трансформации воздушных масс на данной территории.
Изменения составляющих теплового баланса при орошении можно оценить по данным наблюдений в Пахта-Арале (Средняя Азия). Результаты этих наблюдений, позволяют сравнить составляющие теплового баланса орошенного оазиса и окружающей его полупустыни для летних условий.
Данные заметное увеличение радиационного баланса в оазисе по сравнению с полупустыней, а также большую затрату тепла на испарение с орошенных полей (в полупустыне испарение за рассматриваемый период практически равнялось нулю). Как отмечено выше, орошение оказывает существенное влияние на термический режим. В пустынях и сухих степях из-за малых величин затраты тепла на испарение поглощенная земной поверхностью солнечная радиация в основном расходуется на нагревание атмосферы путем турбулентной теплоотдачи и длинноволнового излучения. В таких условиях наблюдаются очень высокие температуры земной поверхности.
В результате нагревания нижнего слоя воздуха температура в нем повышается, а относительная влажность падает. Понижение относительной влажности в свою очередь способствует уменьшению количества выпадающих осадков.
При орошении засушливых территорий происходит существенное изменение водного баланса почвы. Величины испарения в результате орошения резко возрастают, причем их увеличение равно – нормам орошения за вычетом потерь оросительной воды на инфильтрацию. Соответственно значительно увеличивается затрата тепла на испарение, что приводит к существенному понижению температуры земной поверхности.
Хотя при орошении заметно возрастает радиационный баланс земной поверхности из-за уменьшения величины альбедо, при обычных оросительных нормах повышение затраты тепла на испарение значительно превышает увеличение радиационного баланса.
При орошении достаточно больших площадей это приводит к существенным изменениям условий трансформации воздушных масс, в результате чего над орошенными территориями меняется режим температуры и влажности нижних слоев воздуха. Поступающий извне
238
теплый сухой воздух при движении над орошаемой территорией увлажняется и охлаждается.
В степной зоне влияние орошения на температуру и влажность воздуха несколько меньше, что в первую очередь связано с меньшим дополнительным расходом воды на испарение.
Следует отметить, что орошение засушливых территорий, снижающее температуру на орошаемых полях, повышает среднюю температуру приземного воздуха. Понижение температуры в орошаемых районах связано с ростом затраты тепла на испарение, но этот рост для Земли в целом компенсируется таким же увеличением прихода тепла от конденсации, которое выделяется в атмосфере других районов, где конденсируется созданный орошением водяной пар.
Наряду с этим при орошении пустынь и сухих степей заметно уменьшается альбедо земной поверхности, что увеличивает количество радиации, поглощенной в системе Земля – атмосфера. Альбедо – величина, характеризующая способность поверхности отражать падающий на нее поток электромагнитного излучения Солнца, Альбедо равно отношению падающего потока к отраженному.
Осушение заболоченных территорий обычно оказывает на климатические условия действие, обратное орошению: в связи с уменьшением влажности почвы повышается температура почвы, уменьшается испарение, в более ранние сроки весной может быть начата обработка почвы, облегчается уборка урожая осенью и т.д.
Одним из способов осушения и тем самым отепления переувлажненных почв является гребневая вспашка, применяемая на севере при недостатке тепла. В результате такой обработки почва в пахотном слое оказывается теплее на 1-1,5° по сравнению с ровными полями.
Естественное торфяное болото обладает рядом свойств, существенно отличающихся от свойств минеральных почв. Торф во влажном состоянии содержит большое количество воды и поэтому обладает большой теплоемкостью при значительной теплопроводности. В отличие от него, высохший торф и покрывающая его моховая растительность характеризуется малой теплопроводностью. Сильно прогреваясь днем и охлаждаясь ночью, сухой поверхностный слой торфа пропускает мало тепла в нижележащие слои почвы. Поэтому в начале лета под таким торфяным слоем долго удерживается мерзлота, исчезающая иногда лишь после дождей, увлажняющих почву. Летом торфяные почвы болота относительно холодны, зимой, наоборот, болото мало промерзает, а под снежным покровом нередко оттаивает в течение зимы. Испарение с неосушенных болот меняется в широких пределах. Если торф тонок (как бывает обычно на низинных травяных болотах), то болото покрывается летом густой травянистой растительностью, с которой при достаточных
239
запасах влаги испаряется количество воды, близкое к максимально возможному при – данных энергетических ресурсах. При толстом слое торфа (обычно верховые болота) травянистую растительность сменяют мхи. Они хорошо впитывают воду, но сравнительно мало ее испаряют, особенно если болото покрыто кустарниковой растительностью. Болота на севере Европейской территории России насыщены влагой и испаряют на несколько десятков процентов больше, чем суходолы. В центральной части этой территории испарение с них в среднем за год не больше испарения с суходолов, а в более сухих районах оно может оказаться меньшим, чем с полей.
В зависимости от того, каким образом и для каких целей производится
.осушение, меняется и климат болот. Так, для целей добычи торфа производится глубокая осушка болот. Из-за малой капиллярной проводимости торфа при глубокой осушке поверхность болота легко пересыхает, растительность на ней погибает, и испарение существенно снижается. На поверхности сухого торфа резко возрастают суточные колебания температуры.
Совершенно иначе производится осушение болот для целей превращения их в сельскохозяйственные угодья; соответственно меняется при осушении и микроклиматический режим. Осушение в этом случае захватывает только поверхностные слои. В таких условиях испарение с растительности определяется энергетическими ресурсами, а также состоянием и фазой развития растительности. В общем, в периоды вегетации испарение приближается к испаряемости.
Над влажной поверхностью торфа не наблюдается такого увеличения суточных амплитуд температуры, какое отмечается на пересушенном болоте. В то же время температура почвы на осушенных болотах под густым травостоем оказывается ниже температуры суходольных суглинистых почв на 3-6° и песчаных суходольных почв на 4-8°.
Создаваемые в процессе строительства гидроэлектростанций крупные водохранилища на реках представляют собой большие по площади, но сравнительно неглубокие водоемы. Поэтому и влияние таких водохранилищ на изменение климата аналогично влиянию мелких водоемов. Это влияние сводится, прежде всего, к уменьшению шероховатости земной поверхности и к соответствующему усилению ветра. По сравнению с открытой ровной местностью скорость ветра над водохранилищами возрастает, на несколько десятков процентов. Это возрастание наиболее велико в осеннее время, когда вода теплее воздуха и над водоемами развивается интенсивный турбулентный обмен, и сравнительно слабо выражено весной как при наличии над водоемами льда, так и сразу после вскрытия водоема, когда водоем сравнительно
.холоден. В это время увеличение скорости ветра над водохранилищем, по сравнению с открытым ровным местом над сушей, почти незаметно. После
240
создания водного бассейна суточные колебания температуры воздуха уменьшаются, увеличивается радиационный баланс (вследствие уменьшения альбедо местности), увеличивается в среднем за год испарение, которое в течение года имеет иное распределение по сравнению с сушей.
Существенно большие изменения климата побережий возникают при создании водохранилищ в условиях климата недостаточного увлажнения. Из-за большого испарения водоема по сравнению с окружающей сушей (где скорость испарения ограничена низкой влажностью почвы и откуда на прибрежные части водохранилища поступает сухой воздух) температура на берегах водохранилищ в теплое время года оказывается заметно ниже, чем в удаленных от водохранилища районах (до 2-3°). Понижение температуры воздуха днем способствует развитию довольно сильных (до 3-4 м/с) бризов, вертикальная протяженность которых составляет несколько сотен метров.
Аналогично орошению создание искусственных водохранилищ приводит к снижению альбедо системы Земля-атмосфера и, следовательно, к увеличению количества поглощенной радиации. В соответствии с этим водохранилища повышают среднюю температуру атмосферы. Это повышение, однако, меньше изменения температуры в результате орошения.
9.2. Антропогенные воздействия на микроклимат города
Климатические условия в городах обычно заметно изменены по сравнению с окружающими районами, причем эти изменения при прочих равных условиях тем больше, чем больше территория города.
Имеются данные о том, что в крупных городах изменения климата возникли сотни лет тому назад. Так, например, Ландсберг (Landsberg, 1956) приводит свидетельство современника о сильном загрязнении воздуха в Лондоне в XVII в., которое значительно ослабляло солнечную радиацию в городе по сравнению с сельской местностью.
К числу главных факторов, влияющих на метеорологический режим города, относятся:
1)изменение альбедо земной поверхности, которое для застроенных районов обычно меньше альбедо загородной местности;
2)изменение среднего испарения с земной поверхности, которое в черте города заметно понижено (хотя сразу же после дождей испарение с крыш и мостовых может быть больше испарения в загородной местности);
3)выделение тепла, создаваемого различными видами хозяйственной деятельности человека, количество которого может быть сравнимо с количеством солнечной энергии, получаемой на территории города;
241
4)увеличение в черте города шероховатостей земной поверхности по сравнению с загородной местностью;
5)загрязнение атмосферы различными твердыми, жидкими и газообразными примесями, создаваемыми в ходе хозяйственной деятельности.
Одна из главных особенностей городского климата – возникновение в городе «острова тепла», который характеризуется повышенными по сравнению с загородной местностью температурами воздуха. Этот эффект исследовался во многих экспериментальных работах, для его изучения было предложено также несколько численных моделей.
Острова тепла обычно имеют сложную структуру, причем каждый квартал городской застройки является источником тепла для окружающих незастроенных участков. Средняя температура воздуха в большом городе чаще всего выше температуры окружающих районов на 1-2°, однако, ночью при небольшом ветре разность температур может достигать 6-8°. При сильных ветрах эта разность обычно уменьшается;
Когда отмечается застройка только небольшой части города, повышение температуры воздуха в его центре по сравнению с загородной местностью в вечерние часы составляет около 0,5°. Через 5 лет, после значительного увеличения застройки, повышение температуры в центре города достигает 4,5°, а на большей части его территории 2°.
Одновременно с повышением температуры воздуха территории на несколько процентов понижалась относительная влажность воздуха, причем это понижение было, по-видимому, обусловлено как ростом температуры, так и уменьшением испарения на территории города.
Дополнительный нагрев воздуха над городами создает местные циркуляционные системы, напоминающие бризы, а также усиливает восходящие конвективные движения над городами. Наряду с этим увеличение шероховатости приводит к заметному уменьшению скорости ветра в городах по сравнению с загородными районами.
Из всех особенностей климата городов наибольшее практическое значение имеет загрязнение воздуха различными примесями, которое во многих городах достигает высокого уровня. Источником этих примесей являются выбросы промышленных предприятий, отопительных систем и транспорта.
Часть антропогенного аэрозоля в городах образуется из выбросов твердых и жидких частиц, другая часть возникает из поступающих в атмосферу газов.
Увеличение концентрации аэрозоля над городами резко уменьшает солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности. В больших городах прямая солнечная радиация часто уменьшается на величину около 15%, ультрафиолетовое излучение – в среднем на 30% (в зимние месяцы оно может полностью исчезнуть), продолжительность солнечного сияния -
242
на 5-15%. Главную роль в ослаблении солнечной радиации в городах играет тонкий нижний слой воздуха, в котором содержится наибольшее количество аэрозольных частиц. В пределах этого слоя обычно резко понижена горизонтальная видимость, часто до 10-20% её значений в загородных районах.
Высокая концентрация аэрозольных частиц в городском воздухе способствует росту повторяемости туманов, в том числе особенно устойчивых туманов типа смога, капельки которых содержат значительное количество примесей, загрязняющих атмосферу. В некоторых городах (из них особенно известен Лос-Анджелес), где местные условия способствуют ослаблению атмосферной циркуляции. Смог может держаться в течение многих дней, нанося большой ущерб здоровью населения.
Городские туманы играют большую роль в отмеченном выше процессе ослабления солнечной радиации и в уменьшении дальности видимости на территории городов.
Вгородах и промышленных районах с очень высоким уровнем загрязнения воздуха уменьшение солнечной радиации может привести к снижению температуры воздуха в дневное время суток. Такое снижение иногда полностью компенсирует повышение температуры, связанное с образованием «острова тепла».
Повышенное количество ядер конденсации в воздухе над городами и усиление восходящих движений воздуха приводят к увеличению облачности и осадков. Имеются данные о том, что в некоторых промышленных центрах существует недельный цикл в количестве выпадающих осадков, объясняемый уменьшением осадков в выходные дни, когда промышленные предприятия не работают.
Некоторое увеличение осадков и значительное уменьшение испарения приводит к росту стока, чему во многих городах способствуют специальные канализационные системы для отвода дождевых вод.
Вгородах с большим количеством твердых осадков часто применяется уборка снега и вывоз его из города, что ускоряет весеннее повышение температуры в городе по сравнению с загородной местностью.
Городской климат может быть значительно улучшен при рациональном размещении жилых домов и производственных предприятий, путем создания зеленых насаждений и проведения мероприятий по снижению загрязнения воздуха.
Имеются многочисленные примеры, как изменение системы отопления (перевод ее с твердого топлива на газ или на электрическую энергию) резко снижало загрязнение городского воздуха и ослабляло связанные с этим загрязнением изменения различных элементов климата. Не меньшее значение может иметь вынос из города загрязняющих атмосферу промышленных предприятий, применение эффективной очистки воздуха, поступающего в атмосферу из дымовых труб и других источников
243
загрязнения, создание в городской черте обширных парков, озеленение улиц и различных незастроенных участков.
При современном уровне развития промышленности, энергетики и транспорта городское строительство не может вестись без детального учета влияния хозяйственной деятельности человека на метеорологический режим.
Расчет возможных изменений местного климата необходим для правильного проектирования городов, исключающего создание в них неблагоприятных для здоровья населения климатических условий.
Заслуживает внимания то, что по мере развития урбанизации в районах с наиболее высокой плотностью населения некоторые черты городского климата распространяются на обширные территории, достигающие сотен километров. В этих условиях происходит суммирование влияния на климат многочисленных близко расположенных населенных пунктов, каждый из которых действует как источник тепла и загрязнения воздуха.
9.3.Антропогенное воздействие на глобальный климат планеты
Впоследние годы получены данные о том, что Современная хозяйственная деятельность человека оказывает влияние не только на местные климатические условия отдельных районов, но и на климат нашей планеты в целом. Одним из факторов такого влияния является изменение количества углекислого газа в атмосфере.
Предположение о том, что в результате сжигания больших количеств угля, нефти и других видов топлива масса углекислого газа в атмосфере начала увеличиваться, высказывалось ещё во второй половине XX века.
Эти наблюдения показали, что наряду с заметным годовым ходом концентрации углекислоты у земной поверхности (уменьшение концентрации летом в связи с усилением фотосинтеза) существует отчетливая тенденция роста концентрации от года к году. За период с 1958 по 1998 г. ежегодное увеличение концентрации углекислоты составляло приблизительно 0,2% количества углекислого газа, содержащегося в атмосфере.
Учитывая, что эти наблюдения проведены в очень удаленных друг от друга районах земного шара, можно не сомневаться, что они правильно отражают существующую тенденцию изменения концентрации атмосферной углекислоты.
Из данных указанных наблюдений следует, что в атмосфере задерживается приблизительно половина углекислого газа, создаваемого в результате деятельности человека. Вторая половина этого количества, повидимому, поглощается океаном и в меньшей степени – живыми организмами.
244
Вопрос о механизме поглощения добавочной углекислоты водоемами и живыми организмами в количественном плане изучен недостаточно. Хотя океаны потенциально имеют большую емкость и могут поглотить громадное количество углекислого газа, фактическая скорость поглощения углекислоты морскими водами значительно уменьшается из-за медленного обмена между поверхностными и глубинными слоями океанов.
При увеличении концентрации углекислоты скорость фотосинтеза возрастает, однако создаваемое при этом дополнительное количество органического вещества через ограниченное время минерализуется, освобождая затраченный на его создание углекислый газ.
Построение полной количественной теории, позволяющей учесть влияние буферных процессов в. океане и биосфере на изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, является делом будущего.
За последние сто лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 0,003%, т.е. примерно на 10% его современной концентрации, причем основная часть этого увеличения содержания углекислого газа относится к последним десятилетиям.
Принимая во внимание приведенную выше оценку влияния концентрации углекислоты на температуру воздуха у земной поверхности, полученную в работе Манабе и Везеролда, можно предположить, что обусловленное хозяйственной деятельностью человека увеличение концентрации углекислоты могло повысить среднюю глобальную температуру у поверхности Земли на 0,2° С.
Атмосферный аэрозоль. В результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу поступает большое количество частиц, заметно увеличивающее концентрацию атмосферного аэрозоля.
Количество пыли в единице объема верхних слоев снега значительно возрастало по сравнению с более глубокими слоями, возникшими раньше верхних слоев. По мнению Ф.Ф. Давитая, указанное различие соответствовало резкому повышению концентрации пыли – в атмосфере, произошедшему в последние десятилетия.
Снижение прозрачности безоблачной атмосферы за последние несколько десятилетий, обусловленное ростом концентрации атмосферного аэрозоля.
Имеющиеся оценки указывают, что масса антропогенного аэрозоля, ежегодно поступающего в атмосферу в современную эпоху, примерно равна 200-400 млн. т, что составляет 10-20% общего количества аэрозольных частиц, поступающих в атмосферу. Только небольшая часть общей, массы антропогенного аэрозоля выбрасывается в атмосферу в виде твердых и жидких частиц, главным же источником его образования являются создаваемые человеком газообразные примеси – сернистый газ,
245
окислы азота и другие, из которых в результате различных химических реакций создаются частицы аэрозоля.
Антропогенный аэрозоль заметно увеличивает общую концентрацию аэрозольных частиц не только в городах и отдельных промышленных районах, но и на больших территориях, что придает современному процессу загрязнения атмосферы глобальный характер.
Влияние стратосферного аэрозоля на термический режим воздуха у земной поверхности определяется уменьшением потока коротковолновой радиации, поступающей в тропосферу.
Частицы аэрозоля в стратосфере играют роль экрана, изменяющего в большей или меньшей степени метеорологическую солнечную постоянную. Поглощение радиации на этих частицах может вызывать местное нагревание стратосферы, однако такое нагревание мало влияет на термический режим у земной поверхности из-за незначительной плотности воздуха в стратосфере и слабого теплообмена между стратосферой и тропосферой. Однако, увеличение концентрации аэрозоля в стратосфере неизменно приводит к понижению температуры у земной поверхности.
Более сложное влияние на термический режим оказывают аэрозольные частицы, находящиеся в тропосфере. Эти частицы ослабляют поток коротковолновой радиации, приходящей к земной поверхности, в результате обратного рассеяния и из-за поглощения радиации на аэрозольных частицах. Если первый из этих процессов увеличивает альбедо системы Земля – атмосфера, то второй может его уменьшить.
Перераспределение поглощенной радиации по высоте в пределах тропосферы, где существует интенсивный вертикальный теплообмен, сравнительно мало влияет на среднюю температуру тропосферы или среднюю температуру воздуха у земной поверхности. Поэтому влияние тропосферного аэрозоля на термический режим в основном определяется зависимостью от концентрации аэрозоля альбедо системы Земляатмосфера, увеличение которого приводит к понижению температуры у земной поверхности, а уменьшение – к повышению температуры.
Очевидно, что изменение альбедо системы Земля – атмосфера под влиянием аэрозоля должно зависеть от альбедо земной поверхности. Чем ниже это альбедо, тем вероятнее, что атмосферный аэрозоль будет увеличивать альбедо системы. При больших альбедо земной поверхности (снег, лед) вероятность уменьшения альбедо системы Земля – атмосфера под влиянием аэрозоля возрастает.
Таким образом, при безоблачной атмосфере аэрозоль, как правило, снижает температуру воздуха над поверхностями, свободными от снега и льда, альбедо которых обычно не превосходит 0,20, и повышает температуру воздуха над снежным покровом, альбедо которого обычно больше 0,60.
246
Снежный покров занимает малую часть общей поверхности земного шара и что в зоне его размещения солнечная радиация в среднем меньше её средней глобальной величины, получим заключение о преобладании тенденции к снижению средней температуры воздуха при наличии аэрозоля для свободной от облаков части земной атмосферы.
Значительный интерес представляет вопрос о влиянии аэрозоля на среднюю температуру воздуха при наличии облаков. Альбедо облаков принято равным 0,70, что является возможной величиной для отдельных мощных облачных образований, но не может считаться соответствующим среднему глобальному альбедо облаков.
Величина среднего глобального альбедо облаков, равна 0,46, что почти совпадает со средней величиной эффективного аэрозольного альбедо.
Антропогенный аэрозоль в основном сосредоточен над районами городов в нижних слоях тропосферы. Поэтому его влияние на радиацию, достигающую земной поверхности, при наличии облаков значительно – меньше аналогичного влияния в условиях безоблачного неба. Как указано выше, между изменениями прямой радиации в результате ее рассеяния на частицах аэрозоля и соответствующими изменениями суммарной радиации существуют определенные соотношения, используя которые можно рассчитать изменения суммарной радиации по данным о колебаниях величин прямой радиации.
Изменение прямой радиации под влиянием увеличения антропогенного аэрозоля характеризуется прямой линией, проведенной через точки кривой векового хода, соответствующие максимумам прозрачности атмосферы в отдельные годы. Можно думать, что, при повышениях прозрачности атмосферы стратосфера полностью или почти полностью освобождалась от аэрозольных частиц, что подтверждается данными прямых наблюдений за стратосферным аэрозолем. Найденная при этом оценка уменьшения радиации антропогенным аэрозолем соответствует условиям безоблачного неба. В случае если средняя для земного шара облачность равна 0,5, то при облачном небе влияние антропогенного аэрозоля на суммарную радиацию мало по сравнению с его влиянием при безоблачном небе.
Изменения прямой радиации при безоблачном небе зависят не только от колебаний концентрации аэрозоля в стратосфере, но и от обусловленного деятельностью человека изменения количества аэрозоля в тропосфере. Влияние изменений количества тропосферного аэрозоля на радиацию постепенно увеличивается и в настоящее время превосходит влияние изменений массы аэрозоля в стратосфере.
Наряду с этим в последние десятилетия на температуру воздуха у земной поверхности оказывает влияние увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Выше приведен вывод о том, что по этой причине средняя температура у земной поверхности за последние десятилетия возросла приблизительно на 0,2°.
247
Увеличение концентрации антропогенного аэрозоля снижает прямую радиацию в северном полушарии примерно на 6%. Суммарная радиация при безоблачном небе в таком случае уменьшается. приблизительно на 1%. При наличии облаков влияние тропосферного аэрозоля на суммарную радиацию невелико, и принимая во внимание, что средняя планетарная облачность примерно равна 0,5, величина среднего уменьшения суммарной радиации равна 0,5%. Такое уменьшение суммарной радиации приводит к снижению средней температуры у земной поверхности на 0,75°. Этот результат соответствует случаю влияния аэрозоля только на рассеяние радиации без ее поглощения на аэрозольных частицах. В ряде исследований было указано, что эффект поглощения коротковолновой радиации частицами тропосферного аэрозоля может в некоторой мере компенсировать снижение температуры, достигаемое в результате обратного рассеяния радиации на частицах аэрозоля.
Изменение на 1 % притока энергии, получаемой Землей от Солнца, изменяет среднюю температуру у её поверхности на 1,5°.
Считая, что производство тепла в результате деятельности человека составляет сейчас около 0,006% общего количества радиации, поглощенной атмосферой Земли, соответствующее этому количеству тепла повышение средней температуры равным примерно 0,01°.
Влияние атмосферной циркуляции значительно ослабляет соответствующие повышения температуры, причем это ослабление тем больше, чем меньше площадь, на которой сконцентрировано производство дополнительной тепловой энергии.
248
Глава 10 ЗАКОНЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Блок законов, определяющих динамику развития естественных наук по направлениям: существование материального мира, системная целостность, внутреннее развитие систем, термодинамика систем, иерархия систем и взаимодействие система-среда.
Законы (аксиомы, правила) выражают общие, существенные, относительно устойчивые и повторяющиеся связи реального мира, которые при наличии соответствующих условий определяют характер направленного развития.
10.1.Законы существования материального мира
1.Закон существования материи. Вещество объективного мира, не возникает из ничего и не исчезает бесследно, она только переходит из одного состояния в другое.
2.Закон формы существования материи. Основной формой существования материи является единство материи, движения, времени и пространства.
3.Первый закон диалектики - закон единства и борьбы противоположностей, В любой системной совокупности (природе, обществе, мышлении) постоянно существуют противоположности. Борьба противоположностей составляет внутреннее содержание развития.
4.Второй закон диалектики - закон отрицания отрицания. Всякое новое отрицает старое, ушедшее в прошлое, а само преодоление старого новым, возникающим на основе старого, называется отрицанием.
5.Третий закон диалектики - закон перехода количества в новое качество. Незначительные изменения до поры до времени остаются незамеченными. Постоянно накапливаясь, эти изменения могут привести к качественно новому содержанию.
6.Четвертый закон диалектики - закон развития по спирали.
Прогрессивный характер развития материального мира, характеризуется не как прямолинейное движение, а как чрезвычайно сложный спиралеобразный процесс с определенным повторением пройденных ступеней на более высоком уровне.
7.Формула науки - раскрывать причинно-следственные связи, чтобы предвидеть, предвидеть - чтобы действовать.
8.Аксиома научного знания. Условия научного познания: объективность, системный подход, логическая доказательность причинноследственных связей.
249
9.Аксиома атеизма. Во Вселенной нет, и не может быть сверхъестественных сил, богов, духов, загробной жизни. Некомпетентность в науках порождает непонимание происходящих процессов, суеверие, веру в богов и сверхъестественные силы.
10.Аксиома необходимости буржуазного общества в религии,
теологии. Религия нужна правительствам для того, чтобы народ держать в повиновении, а народу, потерявшему всякую надежду на лучшее, для снятия стрессовых ситуаций.
11.Аксиома борьбы за существование. Снижение уровня жизни усиливает борьбу за существование.
12.Закон жизни. Жизнь - это упорядоченный обмен веществ внутри организма и с окружающей средой. Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии и информации.
13.Закон начала эволюции жизни. Эволюция жизни началась в неживом веществе с возникновением форм преджизни, а затем праорганизмов. Без этого возникновение жизни было бы невозможно.
14.Роль электромагнитной энергии Солнца в возникновении жизни. Без электромагнитной энергии Солнца превращение неживого вещества в живое было бы невозможным.
15.Аксиома неразрывного единства белков и нуклеиновых кислот. Белки регулируют обмен веществ в клетке, образование ферментов, а нуклеиновые кислоты (молекулы ДНК, РНК) обеспечивают наследственную преемственность.
16.Закон эволюции человека. В процессе эволюции человек прошел все стадии развития, присущие животному. Его можно отнести по типу - к хордовым, по подтипу - к позвоночным, по классу - к млекопитающим, по отряду - к приматам, по роду - к гомо, виду - гомосаппиенс (человек разумный).
17.Аксиома смысла человеческой жизни. Смысл человеческой жизни не только в продолжение рода, но и в его совершенствовании.
18.Аксиома сознания и психики человека. Сознание - это высшая форма отражения головным мозгом человека объективной действительности, а психика - регулятор взаимоотношений человека с окружающей средой.
19.Правило новых теорий. Новые теории ограничивают сферу применимости старых (теорий), но не отвергают их полностью.
10.2.Законы системной целостности
250
20. Закон подобия части и целого. Все части одного уровня иерархии системы похожи друг на друга, но это не означает их абсолютную идентичность.
21.Аксиома эмерджентности. Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его частей - подсистем.
22.Закон необходимого разнообразия. Никакая система не может быть сформирована из абсолютно идентичных элементов.
23.Закон полноты составляющих. Число функциональных составляющих системы и связей между ними должно быть оптимальным, без недостатка или избытка, в зависимости от условий среды.
24.Закон «жестких» систем. «Жесткие» системы имеют более фиксированный лимит составляющих. При потере 1-2 элементов система теряет свои функциональные свойства.
25.Закон «мягких» систем. «Мягкие» системы не теряют своих свойств даже при потере 2-3-х жизнеобеспечивающих элементов.
26.Закон избыточности системных элементов при минимуме числа вариантов организации - динамические системы стремятся к относительной избыточности основных своих составляющих при минимуме вариантов организации.
27.Принцип перехода избыточности в самоограничение -
избыточность элементов может быть заменена повышением качества ее составляющих.
28.Правило конструктивной эмерджентности - надежная система может быть сложена из подсистем, не способных к индивидуальному существованию.
29.Закон оптимальности. С наибольшей эффективностью система функционирует в некоторых характерных для нее пространственновременных пределах.
30.Закон баланса консервативности и изменчивости. Любая развивающаяся система состоит из двух рядов структур (подсистем), одна из которых сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные свойства, а другая способствует видоизменению и даже саморазрушению системы с образованием новой функционально-морфологической специфики, соответствующей обновляющейся среде существования системы.
31.Закон увеличения степени идеальности. Гармоничность отношений между частями системы историко - эволюционно возрастает.
32.Закон системного сепаратизма. Ослабление и разрыв связей между элементами приводят к разрушению данной системы.
10.3.Законы внутреннего развития систем
251
33.Закон необратимости эволюции. Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.
34.Биогенетический закон. Онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида.
35.Геогенетический закон. Минералогические процессы в короткие интервалы времени как бы повторяют общую историю геологического развития Земли. Например, при извержении вулканов происходит превращение пород магматических в метаморфические, метаморфических - в осадочные.
36.Закон последовательности прохождения фазы развития. Фазы развития системы могут следовать лишь в эволюционно и функционально закрепленном порядке, без выпадения промежуточных этапов.
37.Системогенетический закон. Природные системы в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной форме эволюционный путь развития своей системной структуры.
38.Закон анатомической структурной корреляции. В организме,
как в целостной системе, все его части соответствуют друг другу, как по строению, так и по функциям.
39.Закон согласования строения (функции) частей подсистемы.
Всистеме индивидуальные характеристики подсистем согласованы между собой. Выпадение одного из звеньев меняет структуру и функцию всей системы.
40.Закон аллометрии. В системе одновременно присутствуют подсистемы, бурно прогрессирующие, стабильные и регрессирующие.
10.4.Законы термодинамики систем
41.Закон неуничтожаемости энергии. Энергия из ничего не возникает и не исчезает бесследно, она превращается из одной формы (например, света) в другую ( например, потенциальную энергию пищи).
42.Принцип энергетической проводимости. Поток энергии, в
системе должен быть сквозным, охватывающим всю систему, иначе система не будет иметь свойства единства.
43.Закон сохранения массы. Сумма массы вещества системы и массы эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой, постоянна.
44.Первый принцип термодинамики. Закон сохранения энергии -
любые изменения в изолированной системе оставляют ее общую энергию постоянной.
252
45. Второй принцип термодинамики включает три принципиально важных тезиса:
1)энергетические процессы могут идти самопроизвольно только при условии перехода энергии из концентрированной формы в рассеянную;
2)потери энергии в виде тепла всегда приводят к невозможности стопроцентного перехода одного вида энергии в другую;
3)энергетические процессы в изолированных (в тепловом и механическом отношении) равновесных системах остаются неизменные.
46.Принцип Ле-Шателье-Брауна. При внешнем воздействии,
выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие системы смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабевает.
47.Принцип экономии энергии. При вероятном развитии процесса
внекотором множестве направлений реализуется то, которое обеспечивает минимум диссепации (рассеивания) энергии.
48.Принцип максимизации мощи. Системы с мощной энергетикой вытесняют системы с более низкой энергетической мощью.
49.Правило основного обмена. Любая динамическая система в своем эволюционном развитии использует приход энергии, вещества и генетическую информацию.
10.5.Законы иерархии систем
50.Принцип иерархической организации. Любая система является частью другой более высокоорганизованной системы и сохраняет свойство эмерджентности с переходом от одного уровня иерархии к другому.
51.Периодический закон химических элементов Д.И.Менделеева
Свойства химических элементов, проявляющиеся в простых веществах и соединениях, находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.
52.Закон гомологических рядов и наследственной изменчивости Н.И. Вавилова. Сходство гомологических генов и порядков генов в хромосомах систематических категорий (вид, род, семейство) тем полнее, чем эволюционно ближе сравниваемые родственные формы и их наследственная изменчивость.
53.Закон экологической устойчивости видов. Виды, длительное время развивающиеся в стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность к вариациям факторов внешней среды.
54.Периодический закон географической зональности А.А.Григорьева-М.И. Будыко. Со сменой климатических поясов Земли,
253
меняются ландшафты. Периодичность смены климатических поясов. влечет за собой и периодичность в смене ландшафтных зон.
10.6.Законы «система-среда»
55.Принцип (общей) дополнительности Н.Бора. Две взаимосвязанные материальные системы дополняют друг друга в своем единстве и противоположности.
56.Принцип торможения развития. В период наибольших потенциальных темпов развития системы эффекты торможения максимально возрастают.
57.Закон развития системы за счет окружающей среды. Любая система может развиваться только за счет использования материальноэнергетических возможностей окружающей ее среды. Абсолютно изолированное развитие системы невозможно.
58.Принцип преломления действующего фактора в иерархии систем (и внутри системы). Фактор, действующий на систему, преломляется через всю иерархию ее надсистем.
59.Закон функциональной системы неравномерности. В
развитии системы темпы происхождения фаз развития системы закономерно неравномерны, они то усиливаются, то ослабляются в ответ на действие внешних факторов.
60.Правило затухания процессов. Насыщающиеся системы с увеличением степени равновесности с окружающих их средой характеризуются затуханием в них динамических процессов.
61.Закон растворения системы в чужой среде Г.Ф. Хильми.
Малые системные образования в чужой среде растворяются.
62.Правило экологического «бумеранга». Стрела, выпущенная в природную среду, возвращается. Человек, загрязняя природную среду, погибает сам.