1.6. Концепція самоорганізації фгмс

1.6.1. Поняття самоорганізації

Існує декілька дефініцій самоорганізації рельєфу. Їх наведено, зокрема. Г.Скрильником ³². Ми надалі будемо дотримуватись визначення, що належить авторові цього тексту. Воно сформульоване ним у 80-і рр. ХХ ст.²⁶ і дещо модифіковане тут:

- самоорганізація – це сукупність процесів, у ході яких створюється, відтворюється й удосконалюється організація складної динамічної системи, котра прагне до динамічної рівноваги, але її не досягає, бо баланс речовини-енергії порушується самою системою. В разі досягнення рівноваги така система втратила б подальший імпульс саморозвитку.

Фізична географія і геоморфологія довгий час опікувалися пізнанням структури, історії розвитку і розміщенням об'єктів. Поняття функціонування, дослідження функцій об'єктів як складових, як частин цілісної системи земної поверхні прийшло в науки про Землю порівняно недавно і продиктоване необхідністю прогнозування і керування географічними процесами, неможливими без розуміння "фізіології природи" ⁴⁸. Хотілося б тут зосередити увагу на основних поняттях, трактування яких стосовно до предмета нашого дослідження найбільш істотне.

1.6.2. Просторово-структурні відносини

Носієм стійкості рельєфу, тобто його здатності протистояти зовнішнім впливам, є інваріантна структура рельєфу. Без інваріанта немає структури, а без структури немає і рельєфу, тому що немає організованого упорядкованого руху речовини, немає саморегулювання, отже, немає порядку. Без усього цього земна поверхня була б безладним і безформним накопиченням нерівностей, як, наприклад, поверхня інших небесних тіл, а не рельєфом – закономірною послідовністю елементів і форм.

Якщо розглядати тенденції часової зміни рельєфу, то найбільш характерною здається антиентропійна тенденція, що виявляється в зростанні ступеня анізотропії, виникненні усе більш складної структури, спрямованих потоків речовини, можливо, усе нових форм саморегулювання, тобто підвищенні упорядкованості. З цих розумінь, варто критично відноситися до існуючого в науковій літературі твердження, начебто рельєф прагне до вирівнювання і спрощення структури (зростання ентропії).

Рельєф створюється рухами, що хоча і відбуваються в рамках сформованої структури, але в той же час мають певну самостійність. Співвідношення між формою і рухами, процесом (літодинамічним потоком), можливо, являє собою основне протиріччя розвитку рельєфу як матеріальної системи. Тут немає можливості детально обговорювати це питання, але здається, що зазначене протиріччя має головні властивості ведучого: перманентність та іманентність. Тому розуміння ролі форми в динаміці відкриває можливості для конструктивного рішення задач керування геоморфологічним процесом, "приборкання" ґрунтової і лінійної ерозії, запобігання деградації водойм в умовах усе більш агресивного землеробства, рішення задач рекультивації земель і ін.

Пізнання розвитку рельєфу земної поверхні повинне будуватися насамперед на глибокому осмислюванні процесу комплексної взаємодії різних процесів поміж ними і з формами рельєфу, а також і між самими формами рельєфу. Рельєф визначає хід рельєфоутворюючих процесів, а самі ці процеси змінюють форми рельєфу. Пізнання зазначеного механізму може призвести до побудови строгої моделі реальних процесів і форм рельєфу, що необхідно для розвитку геоморфології - науки морфологічної. Дещо з цього буде показано у 2-й частині цієї книжки.

Організація найчастіше не "пронизує" весь рельєф, а має більш-менш локалізоване поширення, деяке ядро (для флювіального рельєфу це мережа стоку) і передній фронт - зону "завоювання" системою простору. Якщо умови рельєфоутворення змінюються стрибкоподібно, то починається новий етап формування ФГМС тим же способом, що описаний вище. Нова система виникає шляхом відторгнення ділянок рельєфу, що сформувалися раніше, і їх переформування. Так історія рельєфоутворення відбивається в структурі рельєфу.

Співвідношення у вивченні рельєфу динамічного й історичного, інакше кажучи, співвідношення організації й еволюції, є, можливо, самою що не на є жагучою проблемою геоморфології. Її розробка могла б усунути певний розрив між традиційним генетичним (історико-генетичним) і новітніми (структурним, системно-структурним, структурно-функціональним) підходами. Тенденція до об'єднання цих напрямків, орієнтованих, якщо узяти до уваги шкалу часу, протилежно (історико-генетичний ретроспективно пояснює те, що вже відбулося; новітні ж інтерспективні, тому що поєднують минуле і майбутнє шляхом вивчення сучасного), характерна для сучасної комплексної фізичної географії у цілому, актуальна для геоморфології як науки істотно географічної, що прагне стати конструктивно-перетворюючим знанням.

Функціонування системи - власне процес енерго-масонереносу - відбувається в умовах видимої незмінності структури і стану ФГМС. Цей процес спрямований на підтримку в системі незмінного стану, що в умовах відкритої системи, взаємодіючої із середовищем, може досягатися тільки через дисипативний процес, тобто коли енергія надходить ззовні й витрачається у ФГМС, що й становить енергетичну сутність функціонування. При цьому, ФГМС здобуває певного порядку функціонування за рахунок споживання упорядкованої енергії зовнішнього середовища, а витрачає вже знецінену й невпорядковану механічну й теплову енергію.

В часовому відношенні рамки функціонування дуже вузькі. Система переходить у новий стан, як тільки механізм негативного зворотного зв'язку (що підтримує гомеостазис) стане недієздатним для даних умов. Якщо говорити про характерний час явища, то правомірно буде зазначити, що функціонування укладається в один елементарний інтервал "життя" системи. Тому в моделях функціонування, побудованих у характерному часі, останнім можна взагалі зневажати, рахуючи, що він "не тече" (як власний час явища), хоча фізичний час, природно, тече неухильно.

Послідовності переходів від одного стану системи до іншого складають динаміку ФГМС. Динаміка в рамках цих уявлень складається з етапів функціонування (незмінності характерного часу) і перехідних процесів між суміжними станами, тобто має безупинно-переривчастий характер. Динаміка оборотна в тому відношенні, що ті самі стани можуть повторюватися багаторазово (наприклад, сезонна динаміка геоморфологічних процесів), тобто вона не спричиняє необоротності змін. Однак динаміка, виявляючись у процесах зміни функціонування рельєфу, обумовлює періодично виникаючі конфлікти в геоморфологічній системі, що супроводжуються стрибкоподібними глибокими її перебудовами. Вони мають в основному необоротне значення, призводять до появи в рельєфі якісно нових морфологічних елементів і обумовлених ними процесів (що первинне чи вторинне - сказати ніяк не можна).

Сукупність необоротних, спрямованих від простого до складного стадій формування ФГМС становить її розвиток. Останній, з одного боку, являє собою реакцію цієї системи на зовнішні впливи: зміни складових клімату і стоку, стану грунтово-рослинного покриву, тектонічних рухів, евстатичних коливань рівня Океану і т.п.; з іншого боку - закономірну послідовність змін, тобто проявляється як саморозвиток.

Рельєфоутворення не може бути розглянуте інакше як послідовність різновікових зрізів рельєфу, тобто у власній морфохронологічній шкалі. Для зіставлення з геологічними подіями ця шкала повинна корелюватися з геохронологічною, а в задачах моделювання - з фізичним часом як незалежною перемінною.

Нарешті, час саморозвитку виступає фактором історичного процесу формування ФГМС, "запам'ятовуючись" у рельєфі вже в іншій характерній рисі - послідовній ієрархії структурних мереж.

Дослідники динамічних аспектів рельєфоутворення, механізмів саморегулювання геоморфологічного процесу, факторів і явищ геоморфогенезу неодноразово звертали увагу на ту обставину, що в ряді випадків рельєф земної поверхні поводиться як цілісна система, тобто відповідає на зовнішні впливи певним чином, закономірно, хоча й не передбачувано, що відрізняє це поводження від випадкового. Наприклад, знижуючись, рельєф одночасно ускладнюється (хоча з загальних розумінь здавалося б природним, якби зі зменшенням потенційної енергії за рахунок зниження висот деградувала б і структура). При збільшенні поверхневого стоку на схилі формується ерозійна мережа, якої раніше не було, що є засобом більш ефективно відводити зі схилу стік. У літературі відомі приклади виникнення в рельєфі систем позитивного і негативного зворотного зв'язку, адаптації до нових зовнішніх умов, що змінилися з певних причин, і т.ін.

ФГМС демонструють яскравий прояв здатності рельєфу бути доцільно організованим. Йдеться про наявність єдиної ерозійної мережі на значній території суходолу, де з кожної точки мережі є лише один-єдиний шлях до відповідного морського (озерного) басейну. Дослідження показали, що така мережа топологічно та функціонально подібна кровоносній системі високорозвиненого організму в тому відношенні, що вона рівномірно дренує територію (як кровоносна мережа – живі тканини), забезпечує погоджений потік речовини (як правило, без розривів і переповнення в нормальних умовах стоку). Односпрямований, детермінований її рух відбувається протягом шляху, вимірюваного, часом, тисячами кілометрів, і на всьому протязі супроводжується дисипацією енергії поверхневого стоку. Дослідження показують, що навіть на обмеженій території важко спроектувати таку штучну мережу, маючи навіть усі можливості науково-технічного прогресу.

З пізнавально-психологічного боку, вся ця вражаюча організація земного рельєфу через ієрархічну ФГМС не здається нам дивною тільки через те, що вона звична і відома нам з малолітства. На інших планетах її немає. Їхня поверхня представляється нам, судячи з наявних матеріалів, хаотичним скупченням нерівностей. Вище вже зазначалося, що через колосальну складність земного рельєфу зусилля геоморфології досі витрачаються переважно на інвентаризацію форм і ще частіше – територіально значних комплексів форм рельєфу. Цей необхідний етап будь-якої науки, забезпечуючи систематичність знання, не може в той же час вважатися заключним у пізнавальному процесі.