3.6. Проблеми синергетичного підходу

Самоорганізація в природі. Синергія і синергетика. Зміст синергетичного підходу. Ентропія. Стохастичні процеси. Стійкість, біфуркація, дисипація. Організація і самоорганізація Флуктуація. Хаос і нестійкість. Синергетика в біології, геології, геоморфології, загальному землезнавстві, фізичній географії, геохімії ландшафтів. Емерджентність ландшафтних утворень. Синергетичні знання в геоекологічному застосуванні. Наукознавче узагальнення синергетичного досвіду. Природничо-географічна евристичність синергетичних досліджень.

Синергетика за Г.Хакеном

Самоорганізація в живій і неживій природі. Питання про те, як можна узгодити висновок про зростання з часом ентропії в замкнутих системах (зростання невизначеності, хаосу) із процесами самоорганізації в живій і неживій природі, що відбуваються у відкритих системах, - це питання постало перед природознавцями з часу сформулювання другого закону термодинаміки Рудольфом Клаузіусом (1850 р.).

За сучасними уявленнями, у формуванні яких істотну роль відіграла кібернетика, процес самоорганізації є автоматичним процесом, при якому реалізуються комбінації подій, що з певного ряду причин є вдалими, "вигідними" для природи. Якщо говорити про біотичні системи, то їх виживання забезпечують комбінації, вигідні з точки зору адаптації всього виду і окремих організмів [Хакен Г., 1980, с. 5]. Однак при цьому залишається відкритим питання про фізичні процеси, що відбуваються у ході самоорганізації в найрізноманітніших за сутністю системах - фізичних, хімічних, біотичних, метеосистемах та інших. Ці процеси, як правило, дуже складні.

Дослідження сил, що діють разом. Практично у всіх різнорідних природних системах процес самоорганізації протікає обов'язково за участю великої кількості об'єктних складових (атомів, молекул, складніших утворень -тіл, речовина яких перебуває у різних агрегатних станах) і, відповідно, відзначається сукупною, кооперативною дією. Щоб підкреслити цю обставину, професор Г.Хакен (Штутгартський університет, ФРН) запровадив спеціальний термін "синергетика". Ця назва походить від грецького - спільна, або кооперативна дія, - діючий разом. Вперше цей термін було

запроваджено, і саме в такому розумінні, англійським фізіологом Шеррінгтоном у другій половині XIX ст. в ході досліджень м'язевих систем та управління ними спинним мозком [Хакен Г., 1980, с. 6].

Книга Г.Хакена — перша спроба глибокого, систематизованого викладу широкого кола питань, об'єднаних загальною назвою "Синергетика". Глави книги, названі знайомими поняттями - "Ймовірність", "Інформація", "Випадковість", "Необхідність", "Хаос" - розкривають загальні закономірності процесу самоорганізації у системах різної природи.

Одне із найбільш вражаючих явищ, одна з найбільш інтригуючих проблем, з якими зустрічаються вчені, - це спонтанне утворення високовпорядкованих структур із зародків або навіть із хаосу. Так розвиваються складові біоти -особини й угруповання рослин і тварин, а спостереження за цими та іншими явищами підштовхують учених до питання про можливість виявлення процесів самоорганізації у значно простіших системах неживої матерії. Є свідчення, що функціонування усіх таких відмінних між собою систем відбувається за одними і тими ж фундаментальними принципами.

Дослідницькі завдання синергетики. Взаємозумовлене коло дослідницьких завдань синергетики Г.Хакен розкриває у такій послідовності: "Оскільки в багатьох випадках самоорганізація виникає із хаотичних станів, спочатку ми повинні розвинути методи адекватного опису таких станів. Очевидно, що хаотичні стани містять у собі невизначеність. Якби ми знали всі величини, ми могли б принаймні виписати їх, знайти деякі правила їх розташування і, таким чином, упорались би із хаосом. Замість цього ми повинні мати справу із невизначеностями, або, точніше, із імовірностями... Наступне питання полягає в тому, як описувати системи, відносно яких є дуже мало відомостей. Це природним чином приводить нас до основних концепцій теорії інформації. Застосовуючи їх до фізики, ...отримуємо основні співвідношення термодинаміки. Тут ми приходимо до поняття ентропії, до того, що з її допомогою можна зробити і які проблеми залишились невирішеними. Потім перейдемо до динамічних процесів. Почавши із простих прикладів процесів, зумовлених випадковими подіями, розвинемо... математичний апарат для їх розгляду. Після вивчення "випадковості" перейдемо до "необхідності", розглядаючи повністю детерміновані "рухи". Сюди відносяться рівняння механіки, а також багато інших процесів, що описуються детерміністськими рівняннями. Центральною фігурою є визначення рівноважних конфігурацій (або мод), а також вивчення їх стійкості. Коли змінюються зовнішні параметри..., старі конфігурації (моди) стають нестійкими. Ця нестійкість -необхідна умова появи нових мод. Дивне те, що часто зустрічаються ситуації, коли для здійснення рішення потрібна наявність випадкової події. ...В реальній ситуації еволюція системи визначається як детермінованими, так і випадковими факторами ("силами") або, за виразом Монода, "випадковістю та необхідністю"... Після цього... ми перейдемо... до центрального питання -

самоорганізації. ...Обмірковується також фундаментальна роль флуктуацій у самоорганізованих системах...

В ході викладу матеріалу стане ясно, що зовсім різні системи ведуть себе цілком аналогічно. Ця поведінка підкоряється кільком фундаментальним принципам" [ХакенГ., 1980, с. 34-35].

Визначення та зміст синергетичного підходу

Принцип синергізму. При застосуванні цього пізнавального підходу реалізують загальнонауковий методологічний принцип синергізму, означений у підрозділі 2.1 (с. 56). Тут вище також є доповнення до розкриття принципу. Принцип синергізму орієнтує дослідника на поєднане, спільне, кооперативне врахування недетермінованостей, тобто всього того, що не зумовлене видимими причинами, — і випадковостей, як таких, що заслуговують уваги й теоретичного осмислення.

Зокрема, досліджуючи нелінійні процеси в складних нерівноважних утвореннях, слід вивчати альтернативні шляхи та біфуркації розвитку складних об'єктних систем, самокерованість розвитку, враховувати хаос як можливий механізм еволюції, бути готовим до несподівано великої ефективності малих зусиль у нестійких системах, до резонансних результатів малих впливів на складні системи.

Синергетика руйнує звичні уявлення, вражає незвичайними, нестандартно осмисленими ідеями. Крім Г.Хакена ідеї синергетики опрацював, узагальнив і опублікував засновник нерівноважної термодинаміки, Нобелівський лауреат Ілля Пригожий (нар. 1917 р.) у співтворчості з продовжувачами і колегами із Брюссельського Вільного університету. їхні імена - Г.Ніколіс, І.Стенгерс, А.Баблоянц.

Відповідно до загальної логіки синергетичного дослідження, його об'єктом має бути певний вибірковий простір (вибірка), яку утворюють вибіркові точки -елементарні події ймовірнісної природи. У кожному випадку ми можемо приписати вибірковій точці числові значення її функції як випадкової величини, бо і сама точка вибирається випадково. Визначається ймовірнісна міра об'єктного вибіркового простору та функція розподілу числових значень окремих вибіркових точок, випадкові величини, щільність імовірності досліджуваних сутностей, розподіл імовірностей тощо.

В синергетиці відіграє дуже важливу роль центральна гранична теорема [Хакен Г., 1980, с. 63]. Вона встановлює розподіл імовірностей для граничного випадку. її застосовують тоді, коли наслідки різних подій сумуються. З іншого боку, якщо центральна гранична теорема виявляється неприйнятною, це означає, що випадкові змінні вже не є взаємно незалежними і корелюють одна з одною, виявляючи тим самим кооперативну поведінку, дію разом – синергізм.

Ентропія. Ентропію дослідної системи, міру її розупорядкованості, розглядають аддитивно, сумуючи ентропії підсистем, що утворюють об'єктну систему. Далі переходять до термодинаміки незворотних процесів.

Закони збереження, наприклад енергії, вимагають, щоб зменшення чи збільшення енергії в одній системі відбувалось за рахунок потоку енергії між різними системами [Хакеи Г.₉ 1980, с. 83-84]. Цей автор зазначає, що формалізм добре відомих результатів термодинаміки незворотних процесів застосовний і до інших наукових дисциплін - за умови, що там можна ввести аналог локальної рівноваги.

Як свідчать математичні викладки [Хакеи Г., 1980, с. 89], локальне продукування ентропії призводить до змін ентропії з часом і до змін потоку ентропії. Важливе також наступне. В термодинаміці незворотних процесів при виведенні рівняння руху для потоків використовується кілька додаткових гіпотез. Звичайно приймають такі припущення:

1. система є марківською, тобто потоки в даний момент залежать тільки від узагальнених сил, взятих в той самий момент часу;

2. розглядаються тільки лінійні процеси, для яких потоки пропорційні силам [Хакеи Г., 1980, с. 90].

Основні співвідношення термодинаміки природним чином витікають із концепції інформації. Однак самі поняття інформації та ентропії ховають у собі багато дослідницьких питань, доступних для розгляду лише вузьким фахівцям.

Стохастичні процеси. Від фіксованої імовірнісної міри Г.Хакен переходить до розкриття стохастичних процесів, у яких імовірнісна міра змінюється з часом. Запровадження все більшого числа обмежень, наприклад, у формалізмі кінетичного рівняння, робить стохастичний процес дедалі більше детермінованим. Розглядається зміст випадкових процесів, стаціонарні стани флуктуації, обмеженість термодинаміки незворотних процесів. Отримано досить загальні висновки щодо ряду реалій. Це сукупність подій як вибірка (вибірковий простір); в термодинаміці така сукупність називається "ансамблем". Це також з'ясування, якщо система бере участь у випадковому процесі протягом тривалого часу, - чи співпадає середнє за часом із середнім за ансамблем, чи знаходиться система в стаціонарному стані. З'ясовують суперечність між незворотним процесом, що протікає лише в одному напрямі (до рівноважного стану), і флуктуаціями, які здатні повернути окрему систему навіть до вихідного стану: вона може бути усунута. Можуть мати місце обидва процеси, і який із них відбувається насправді, залежить від імовірності, що визначається тим, як підготовлено початковий стан. Термодинаміка незворотних процесів справедлива лише у випадку, коли кореляції між двома підсистемами неістотні й можуть бути враховані на макроскопічному рівні в наближенні самоузгодженого поля [Хакен Г., 1980, с. 132]. У повністю детермінованих процесах центральну роль відіграє питання про стійкість руху. При зміні певних параметрів стійкий рух може стати нестійким і з'являються

зовсім інші типи руху (чи структури). Хоч при розгляді таких об'єктів багато неминучих запозичень із механіки, всі вони застосовні і до інших дисциплін.

Стійкість, біфуркація, дисипація. В реально існуючих системах відзначається багато варіантів забезпечення стійкості систем, збереження та порушення певних елементів симетрії при збереженні інваріантності. Стійкий стан може стати нестійким, і нестійкість, яка виникає, може бути нестійкістю, що порушує симетрію. Процес переходу від стійкої точки до точки нестійкої із можливою стійкою точкою можна зобразити у вигляді розвилки (&гк), через що таке явище називається біфуркацією. Важливість біфуркації полягає в тому, що навіть невеликі зміни параметра призводять до істотних змін у системі. У простих випадках деформація потенціалу викликає нестійкість первинного стану і через біфуркацію приводить якусь абстрактну частку до нового рівноважного стану. На макроскопічному рівні подібні зміни зумовлюють появу нових структур.

Реалістична модель фізичної системи описує її через дисипацію і флуктуації. Флуктуаційно-дисипаційна теорема гласить: величина флуктуації визначається швидкістю дисипації (лат. /Іисіиаїіо - хвилювання, безперервний рух; сііззіраііо - розсіюю). Флуктуації в системі повинні зникнути, коли температура наближається до абсолютного нуля. Проте із квантової теорії відома важливість квантових флуктуацій. А реальна, середня температура системи залежить від величини дисипативних сталих.

Особливу важливість складає вивчення нестійких точок, у яких виявляється критична поведінка. Один мінімум, наприклад, може розділитися на два мінімуми (біфуркація) чи може бути досягнута гранична точка, в якій система повністю втрачає свою стійкість. Виникнення гексагональних гідродинамічних структур - типовий приклад явища, яке називають "досягнення точки біфуркації"".

Організація та самоорганізація. Флуктуація. Центральною темою синергетики Г.Хакен вважає організацію та самоорганізацію. Синергетична теорія самоорганізації застосовна до широкого спектру різних систем, що охоплюють і соціальні системи - і фізичні, хімічні, біотичні, ландшафтні тощо. При цьому в математичній формі знаходять свій вираз причини (у соціальній організації їм відповідають вказівки керівника) і дії, ефекти як наслідки впливу причин. Самоорганізацю можна описати, включивши зовнішні сили як частини повної системи. При цьому зовнішні сили слід розглядати не як задані величини, а як змінні, що підпорядковані рівнянням руху.

Щоб самоорганізація виникла, потрібний певний початковий поштовх чи випадково повторювані поштовхи. Такі поштовхи виконуються випадковими силами, вони пов'язані із флуктуаціями. В лазерах це спонтанне випромінення світла, в гідродинаміці - гідродинамічні флуктуації, в еволюційній системі -мутації.

Після того як самоорганізація відбулась і система перебуває в певному стані </^а\ саме флуктуації переводять систему в нові стани. Флуктуації та добір приводять до еволюції систем. Можливо, що в природі еволюція здійснюється шляхом зміни зовнішніх параметрів, і процес переходу від одного стану системи до іншого відіграє роль у розвиткові нових видів. Відповідно величина флуктуації параметру порядку (впорядкованості) справляє вирішальний вплив на функціонування системи, Надійність і адаптивність системи можна контролювати, міняючи число підсистем.

Хаос і нестійкість

Хаос. Слово хаос у спеціальному фізичному розумінні означає нерегулярний рух. Щоб охарактеризувати це явище, Г.Хакен визначив хаос як нерегулярний рух, що описаний детерміністськими рівняннями. Правда, в літературі є дещо інші визначення хаосу. Складність полягає в основному в проблемі адекватного визначення поняття нерегулярний рух.

Тепер дослідження хаосу в багатьох випадках виконується за допомогою ЕОМ. Хакен розглядає один із найвідоміших прикладів - так звану модель турбулентності Лоренца, в якій виявляються деякі найцікавіші властивості хаосу. Одна з таких властивостей - зв'язок хаосу із порушенням принципу підпорядкування параметрові порядку. Цей принцип дав можливість Хакенові значно скоротити число ступенів свободи. При певному пороговому значенні стаціонарне вирішення стає нестійким. В такій точці нестійкості можна розрізнити стійкі та нестійкі моди.

Хаотичний рух в означеному тут розумінні вивчають у різних дисциплінах. У минулому столітті Пуанкаре виявив нерегулярний рух, вивчаючи проблему трьох тіл. Хаос також спостерігається в електронних приладах - факт, відомий радіоінженерам. Недавно були розвинуті численні моделі хімічних реакцій, в яких є прояви хаосу. Він може виникати в моделях, побудованих як із урахуванням дифузії, так і без неї. Хаотична поведінка виникає також і в хімічних реакціях при модуляції їх іззовні, наприклад, із допомогою фотохімічних ефектів. Інший приклад - рівняння, що описують зміни магнітного поля Землі, які також виявляють риси хаотичного руху. У певних моделях, що описують динаміку популяцій, виходять зовсім нерегулярні зміни популяцій. Схоже, що такі моделі можуть пояснити певні флуктуації в популяціях комах. Деякі з цих моделей прості, описуються однією змінною #, яку вибирають не у вигляді безперервної функції часу, а як величину, що набуває значення в дискретні моменти часу.

Можна сподіватись, що моделі хаотичних змін можуть також отримати застосування в економіці і навіть у соціології. Через широку розповсюдженість явищ хаосу можна поставити запитання: чому ж біотичні системи напевно здатні уникати хаосу? Ця проблема, на думку автора "Синергетики", на час написання його книги все ще не була вирішена [Хакен Г., 1980, с. 378].

Нестійкість. Дивними є ті глибокі аналогії, які виявляються між зовсім різними системами при проходженні ними точки виникнення нестійкості. Нестійкість, що виникає внаслідок змін зовнішніх параметрів, призводить врешті решт до утворення нової макроскопічної просторово-часової структури системи. Детальний механізм цього в багатьох випадках можна описати таким чином. Поблизу точки виникнення нестійкості можна провести розділ між стійким і нестійким колективними рухами (модами). Стійкі моди підлаштовуються під нестійкі і можуть бути виключені. В загальному випадку це призводить до колосального зменшення числа ступенів свободи. Нестійкі моди, що залишаються, слугують параметрами порядку, що визначають макроскопічну поведінку системи. Рівняння для параметрів порядку, що отримують у результаті такої процедури, можна згрупувати в кілька універсальних класів, які описують динаміку параметрів порядку. Деякі з цих рівнянь дуже нагадують рівняння, що описують фазові переходи першого і другого роду в рівноважних фізичних системах. Однак виникають і нові класи, наприклад ті, що описують пульсації чи коливання. Спільна дія стохастичних і детермінованих "сил" ("випадковість і необхідність") переводить системи із вихідних станів у нові, визначаючи при цьому, які саме нові конфігурації реалізуються.

Вивчення моделей хімічних реакцій, що приводять до утворення просторових чи часових структур, було ініційоване фундаментальною роботою Тюринга і продовжене Пригожиним і його співробітниками. В цих роботах центральну роль відіграла концепція продукування надлишкової ентропії, яка дає можливість виявлення нестійкості. Викладений Хакеном синергетичний підхід у кількох відношеннях виходить за рамки цих концепцій. Зокрема, в ньому досліджуються явища, що відбуваються в точці нестійкості, і визначається та нова структура, яка виникає за порогом нестійкості.

Синергетика як міждисциплінарна галузь знання. Деякі з щойно названих проблем можна розглядати, вдаючись до математичної теорії біфуркації, або, в більш загальному випадку, до теорії динамічних систем. Однак у багатьох випадках у книзі Хакена розглянуто і складніші проблеми. Наприклад, враховані флуктуації, повільні зміни тощо. Таким чином, синергетика встановила зв'язок між теорією динамічних систем і статистичною фізикою.

За визнанням Г.Хакена, після осмислення того факту, що кооперація багатьох підсистем якої-небудь системи підпорядковується одним і тим же принципам незалежно від природи підсистем, він дійшов висновку, що настав час шукати і досліджувати ці аналоги на стиках різних наук - у тій галузі досліджень, яку він назвав синергетикою. Почавши із фізики, він перейшов потім до розгляду хімії та біології. Потім виявилось, що в соціології та економіці вже давно використовували поняття синергетики, наприклад, коли

вивчали спільну роботу різних частин колективу з точки зору підвищення продуктивності праці.

Можна сподіватися, що синергетика зробить свій внесок у справу взаємопорозуміння і подальшого розвитку зовні зовсім різних наук.

Г.І.Швебс [1998, с. 46-48] стверджує, що синергетика - це шлях від науки до езотерики. При всій дискусійності цього твердження, за ним - ще одна грань універсалізму синергетики, але вже дещо іншого порядку.

Отже, синергетика дає можливість: обгрунтувати, що слабкі флуктуації випадкового, одиничного людського зусилля можуть мати видимий вплив на хід еволюції; створює передумови - для відмови від класичних уявлень про зв'язки причини й наслідку і, що важливо для практики, - для розуміння ефекту управління, який далеко не завжди тим більший, чим більше вкладено енергії.

Синергетика демонструє можливості хаосу як чинника творення. Вона стверджує, що існують умови для встановлення стану системи, не лише виходячи із її минулого, але і майбутнього, а також "відкриває принципи суперпозиції, збирання складного еволюційного цілого із частин" [Князева Е.К, Курдюмов С.П., 1992, с. 5], підкреслює те, що розкривав ще даосизм Лао-цзи: слабке перемагає сильного, м'яке перемагає твердого, тихе перемагає голосного, тобто малі, але організовані резонансні системи, впливаючи на складні системи, можуть бути надзвичайно ефективні.

У складних систем існує кілька альтернативних шляхів розвитку. При цьому "теперішній стан системи визначається не лише її минулим, її історією, але й будується, формується з майбутнього, відповідно до майбутнього порядку" [Князева Е.К, Курдюмов С.П., 1992, с. 5]_? а також, як зазначає Г.І.Швебс, - "відповідно до свого егрегору".

Застосування синергетики до біології за Г.Хакеном

Питання про кооперативні ефекти та самоорганізацію займають центральне місце в теоретичній біології. Типовими прикладами представлено три великі розділи біологічних знань: екологію і динаміку популяцій, еволюцію та морфогенез.

Екологія та динаміка популяцій. Тут розглянуті питання про розподіл та численність видів, а саме: які фактори контролюють численність популяції? Як багато різних популяцій можуть існувати?

Найперша характеристика, що представляє якусь одну популяцію, - число особин у популяції. Таке число відіграє роль параметра порядку, бо воно керує долею особин, принаймні "в середньому". Швидкості народження і смерті залежать від числа наявних особин, хоч є певні зовнішні фактори, які впливають на народжуваність і смертність у популяції не залежно від її численності. Серед таких зовнішніх факторів - кількість доступної їжі, температура, клімат загалом, інші фактори навколишнього середовища. Якщо

ці фактори тримаються постійними, то можливе або експонентне зростання, або експонентне зникнення популяції - і, відповідно, неможливий її стаціонарний стан. Врешті доводиться визнати обмеженість зовнішніх факторів, зокрема кількості їжі, вичерпність джерел живлення, що і впливає на стан популяції.

При розгляді кількох популяцій можуть зустрітися кілька основних ситуацій: конкуренція і співіснування; стосунки "хижак - жертва"; сімбіоз.

Конкуренція і співіснування. Якщо різні види не живляться однією і тією ж їжею і не взаємодіють один з одним (наприклад, особини одного виду не вбивають особин іншого виду і розмножуються в різних місцях тощо), вони можуть співіснувати. Ситуація складніша, коли види конкурують - живуть чи намагаються жити за рахунок одного й того ж джерела їжі та (чи) вони залежать від одних і тих же умов життя. Це, наприклад, рослини, що вилучають фосфор із фунту, причому одні рослини своїми листками закривають інших, позбавляючи їх сонячного світла, або птахи, які будують гнізда в одних і тих же дуплах і т. д. При цьому виживає найпристосованіший вид, із найбільшою швидкістю зростання популяції. Рідкісна, але можлива ситуація - коли всі швидкості зростання чи зникнення конкуруючих популяцій однакові.

Як добре відомий приклад співіснування і конкуренції Г.Хакен наводить розподіл рослинності за висотою в горах, коли сукупності різних видів рослин утворюють добре виявлені висотні пояси. Як зазначено ним, "докладним вивченням таких явищ займається біогеографія".

Стосунки "хижак - жертва". Зупинившись на прикладі зайців і рисів, Г.Хакен дав докладний математичний опис і тлумачення цієї міжпопуляційної системи. Розкрито умови, коли хижаки занадто розмножуються і жертви знищуються ними дуже швидко. "Тому запаси їжі у хижаків зменшуються і відповідно зменшується чисельність хижаків. В результаті число тварин-жертв збільшується і відповідно ростуть запаси доступної їжі у хижаків, які знову починають розмножуватися. Стохастичне трактування цієї проблеми викликає серйозну складність: виявляється, що обидві популяції вимирають" [Хакен Г., 1980, с. 339].

Сімбіоз. Із численних прикладів того, як кооперація різних видів полегшує їхнє існування, наводиться — моделюється — приклад кооперації дерев і бджіл. Підкреслено, що швидкість розмноження одного виду залежить від наявності іншого, враховано складові внутрішньовидового утиску. Означено варіанти стаціонарного випадку, коли популяції виявляють стійкість. Наголошено, що при досить великих початкових чисельностях популяцій завжди має місце експонентне, лавиноподібне зростання популяцій.

За стохастичною моделлю системи хижак - жертва (з використанням методів кінетики хімічних реакцій) Г.Хакен отримав висновок про вимирання обох видів, навіть якщо спочатку вони обидва співіснували. Математики називають

таку схему розвитку подій пов'язаною із "нейтрально стійкими" траєкторіями. Флуктуації викликають перехід із однієї траєкторії на іншу, сусідню. Якщо випадково жертви вимирають, то у хижаків нема шансу вижити, тобто нульова перспектива виявляється єдино можливим стаціонарним станом.

У природі таке справді може відбуватися, хоча біологи вказують на іншу можливість виживання жертв: тварини-жертви можуть знайти сховище, так що певна мінімальна кількість їх виживе. Наприклад, вони можуть перебратися в інші райони, куди хижаки не можуть втрапити досить швидко, або в місця, взагалі недоступні хижакам.

Моделювання процесів еволюції та морфогенезу. Математичному описові еволюції передує уточнення сутністого змісту модельованих явищ. А саме: в процесі еволюції знову і знову з'являються нові види. Гени, наприклад, можуть зазнавати мутацій, випадкових за своєю природою. Але частоту появи мутацій можна збільшити за рахунок зовнішніх факторів, наприклад, підвищенням температури, ультрафіолетовим опроміненням, доданням хімічних агентів тощо. Внаслідок мутації виникає певний "мутаційний тиск", завдяки якому всередині конкретного виду можуть виникати особини нових типів - через механізм утвердження рецесивних властивостей, які після кількох етапів розмноження можуть стати домінантними.

Для моделювання Хакен припускає, що випадковим чином створюються нові типи особин певної популяції. Оскільки вони можуть мати нові властивості, у загальному випадку показники їхніх народження та загибелі відрізняються від старих показників. Нова популяція може виникати лише при наявності флуктуацій, тому в математичній моделі враховуються флуктуючі сили. Враховується також роль попередньої популяції, що існувала до флуктуацій, та роль факторів навколишнього середовища. Враховується, що система різних "підвидів" зазнає "тиску добору". Якщо швидкість мутацій у певних мутантів мала, то тільки ті мутанти виживають, котрі мають найбільший коефіцієнт приросту і найменший коефіцієнт втрат, тобто "найпристосованіші" мутанти.

Стосовно застосування моделювання для вивчення синергетики. У кожної дисципліни є своя модельна система, найвідповідніша для вивчення певних сутнісних рис об'єктів. Сучасне моделювання морфогенезу ґрунтується на ідеї про те, що завдяки дифузії і реакції певних хімічних речовин утворюється прообраз структури ("морфогенетичне поле"). Воно впливає на гени, викликаючи диференціацію клітин. Подібні моделі частково підтверджуються прямими спостереженнями певних хімічних речовин, наприклад ферменту росту нейронів. З іншого боку, враховують також інші механізми міжклітинної комунікації, наприклад контакти між клітинами з використанням розпізнавання місць їхнього розташування.

Підкреслена важлива відмінність розгляду біотичних об'єктів від систем фізичних чи хімічних, що знаходяться далеко від теплової рівноваги. А саме: якщо у фізичних та хімічних системах при вилученні потоку енергії чи матерії система руйнується, то в біотичних системах значна частина структури зберігається протягом помітного часу. Таким чином, є імовірність, що біотичні системи поєднують у собі недисипативні та дисипативні структури. Крім того, біотичні системи спрямовані на певні цілі та завдання. Тому більш прийнятно розглядати їх як функціональні структури, для вивчення і математичного моделювання яких потрібно опрацьовувати свої адекватні методи.

Синергетика в геологічних дослідженнях

Вихідні теоретичні положення. Основи синергетики закладались широким колом природознавців. Серед багатої літератури з синергетики і проблем самоорганізації переважають роботи фізиків, які присвячені аналізу фізичної сутності об'єктних явищ. Більша частина геологічних об'єктів є системами з хімічною взаємодією, де в ході фізико-хімічних процесів утворюються скупчення мінералів. Проте статистичний підхід до проблем самоорганізації дає можливість підійти до аналізу самоорганізації відкритих систем, критеріїв відносного ступеню їх впорядкованості.

Значення продукування ентропії стійких і нестійких станів відкритих систем уперше зіставлені Ю.Л.Климонтовичем [1989]. Дуже важливою є відмінність у застосуванні поняття еволюції. Якщо в фізиці еволюція - це шлях до рівноважного стану, то у відкритих системах - це перехід до стаціонарних станів. Самоорганізація при цьому є одним із можливих шляхів еволюції, і не всякий еволюційний процес веде до самоорганізації системи. Самоорганізація системи виявляє себе на віддаленні від рівноважного стану в особливих специфічних умовах.

Підкреслюючи думку про те, що продукування ентропії (поряд із самою ентропією) може служити критерієм для порівняння ступеню впорядкованості станів відкритих систем, Ю.Л.Климонтович [1989] сформулював принцип самоорганізації за критерієм продукування ентропії. Його принцип гласить, що при нерівноважних фазових переходах, які формують процес самоорганізації, система йде шляхом зменшення продукування ентропії.

Кілька важливих положень загальнонаукового змісту сформулював А.М.Жаботинський, зокрема: 1) одна із причин ієрархічної організації складних систем - це їхнє еволюційне походження; 2) давніші елементи в середньому повинні брати участь у більшій кількості реакцій [Летников Ф.А., 1992].

Практично всі геологічні об'єкти є дисипативними. Найточніше визначення дисипативних структур дав В.Ебелінг [1979]: це просторові чи просторово-часові структури, які можуть виникати на віддаленні від рівноваги в нелінійних умовах, коли параметри системи перевищують критичні значення.

Є складність термодинамічного аналізу геологічних об'єктів, бо в них зворотні й незворотні процеси, які розглядаються в рамках нерівноважної термодинаміки, не мають чітких обмежень: такі системи існують за рахунок взаємодії зовнішніх зворотних і внутрішніх незворотних потоків.

Багатоманітність умов кристалізації мінералів у природних умовах зводиться до двох ситуацій: кристалізації в нерівноважних і в рівноважних (квазірівноважних) умовах. В їхній основі лежать рівноважні та нерівноважні фазові переходи, які в тому й іншому випадках описуються узагальненим рівнянням Гінзбурга — Ландау. Але в практиці розшифрування природи скупчень мінеральних агрегатів дуже важко знайти критерії віднесення тих чи інших мінеральних асоціацій до продуктів кристалізації в рівноважних чи нерівноважних умовах. Головним критерієм є ступінь рівноваги між мінералами, тобто відсутність реакційних взаємовідношень, але для суджень про систему в цілому чітких критеріїв нема і висновки такого роду часто інтуїтивні або просто декларуються.

Багато рис подібності в розвиткові живої й неживої природи дають підстави використовувати поняття і терміни біології при осмисленні геологічних об'єктів. Так, введені Д.П.Григор 'євим [1961] біологічні терміни "онтогенез" - індивідуальний розвиток і "філогенез" - історичний розвиток, дали можливість пізніше Д.С.Рундквісту [1971] в рамках цих понять дати опис греизенових родовищ як просторово-часових самоорганізованих структур.

Методи нерівноважної термодинаміки поступово входять у практику геологів, головним чином при вивченні процесів структуроутворення в нелінійних середовищах, з розглядом питань стійкості динамічних систем, структурної нестійкості та біфуркацій у нерівноважних умовах.

Ф.А.Лєтніков [1992] ставив своїм завданням створення понятійного апарату для реконструкції умов виникнення і розвитку самоорганізованих геологічних об'єктів у широкому діапазоні змін фізико-хімічних умов. Складність вирішення проблеми полягала в тому, що розмірність геологічних об'єктів варіює в гігантських діапазонах, від мікрокристалів і металоколоїдних утворень до загальнопланетарних систем, коли об'єктом дослідження стає Земля як єдина самоорганізована система. Тому і діапазон побудов аналізованих систем та відповідних напрямів науки великий: від фізикохімії розчинів, полімерів і фізики твердого тіла до глобальних тектонічних, петрологічних і геологічних узагальнень на тривалому шляху планетарної історії Землі.

Одна з головних вимог при аналізі самоорганізованих систем -установлення природи процесу самоорганізації, виявлення головних факторів, що впливають на його перебіг, слідування принципові підпорядкування (в ієрархії систем) і параметрам порядку.

Оскільки всі процеси в геологічних об'єктах незворотні, то їх слід аналізувати із застосуванням апарату нерівноважної термодинаміки. Складність

полягає в тому, що в термодинаміці нерівноважних процесів добре опрацьована система нерівностей, що вказують лише напрям протікання процесу, правила чи заборони на розвиток нерівноважних систем у цілому чи їхніх фрагментів. Але за цими рівняннями не можна розрахувати енергетичні потенційні й кінетичні параметри для реальних геологічних об'єктів. Виходячи з принципу локальної рівноваги (щодо стану, при якому в кожному малому елементі системи ентропія залежить від локальних макроскопічних змінних, як і в рівноважному випадку, і не залежить від їхніх градієнтів), у відповідності з уявленнями про зворотність процесів на локальних ділянках системи і з ідеалізованими уявленнями про їхню рівноважність, можна розрахувати незворотні нерівноважні системи. Такі розрахунки виконують за законами рівноважної термодинаміки, вважаючи лише, що процес реалізується як безперервна послідовність зворотних рівноважних станів [Летников Ф.А., 1992].

Геологічні трактування самоорганізації. Одна з головних особливостей еволюції нерівноважних геологічних об'єктів - протікання в них незворотних процесів на тлі мозаїки градієнтів, коли одні з них існують протягом усього часу еволюції об'єкту, а інші виникають і зникають. Макроскопічний опис таких систем у нерівноважних станах довгі роки послуговувався методами термодинаміки нерівноважних процесів, що ґрунтуються на гіпотезі локальної рівноваги в рамках лінійного режиму розвитку. Але необхідність опису загальніших систем із застосуванням нелінійних рівнянь термодинаміки незворотних процесів привела до створення узагальненої термодинаміки незворотних процесів. Звичайно з допомогою нелінійних рівнянь термодинаміки незворотних процесів аналізуються ефекти просторових варіацій вищого порядку, коли нерівноважна ентропія є функцією всіх змінних у досліджуваному просторі.

В різних галузях природознавства синергетика вивчає процеси, які виявляють себе під впливом суми чинників, але які не зводяться до суми цих процесів. Кооперативний зміст таких явищ очевидний, але ступінь впливу кожного чинника чи комбінації чинників неоднозначний і здебільшого важко передбачуваний. Незворотність станів - обов'язкова властивість відкритих нерівноважних систем, бо такі системи можна повернути до вихідного стану, лише змінивши навколишнє середовище і затративши додаткову енергію на її перетворення.

Одна з обов'язкових умов вияву синергізму в геологічних об'єктах -цілісність системи, її неподільність. Це означає, що будь-яка певна система надр еволюціонує як єдине ціле, хоча, за мозаїчною рівновагою, окремі її ділянки можуть бути локальними підсистемами зі своїми просторово-часовими структурами самоорганізації.

При аналізі процесів самоорганізації геологічних об'єктів досить важким завданням є проблема визначення меж об'єктних систем із їхнім середовищем. Для відкритих геологічних об'єктних систем тривалість функціонування і

ступінь самоорганізації при інших рівних умовах визначаються надходженням енергії із зовнішнього джерела і ступенем термостатування системи. Одна з важливих причин самоорганізації природних систем - взаємодія із зовнішнім середовищем, що призводить до виникнення потоків обміну енергією за спрямуванням: зовнішнє джерело - концентруюча його дисипативна система -зовнішнє середовище, в яке перетікає потік енергії (чи речовини та енергії) [Летников Ф.А., 1992].

Ю.М Романовський [1984] ввів поняття синергетичних ступенів свободи, в яких фізичні ступені свободи об'єднуються в результаті кооперативних взаємодій. Система еволюціонує в тому випадку, коли в ній здійснюється взаємодія між синергетичними ступенями свободи і йде добір найістотніших ступенів свободи. Стійкість системи з великим числом синергетичних ступенів свобод буде вищою, ніж із малим. У другому випадку можлива вторинна втрата стійкості і вияв синергетичного ефекту на нижчих ступенях самоорганізації.

Рівні опису та організації геологічних об'єктних систем. Г. Хакен [1985] запропонував три класифікаційні рівні опису системи: мікроскопічний, мезоскопічний і макроскопічний. Мікроскопічний - атоми, іони, молекули; мезоскопічний - ансамблі елементів, де фігурують їх характеристики: температура, щільність, концентрація, тиск і т. і., неприйнятні при мікроскопічному описі. На макроскопічному рівні розглядаються сукупності ансамблів, що утворюють просторово-часові структури. Макроструктури характеризуються величинами, які є інтегральними похідними від змінних величин мезорівня. Виходячи із принципів локальної рівноваги, розгляд складної геологічної об'єктної системи іде по лінії від мікрорівнів (локальна рівновага) до макрорівня (еволюція в цілому нерівноважної системи). Змінюється не лише концептуальна основа, а й методика, і апарат дослідження цих кооперативних явищ.

Розкриття сутності синергетичних явищ відбувається з переходом від дискретної моделі на мікрорівні до континуальної моделі на макрорівні, з базуванням на статистичній теорії нерівноважних процесів. Геологічні об'єктні системи характеризуються такими ознаками просторово-часової організації: 1) це завжди високоенергетичні системи, в яких кінетичні бар'єри не є неподоланними обмеженнями в утворенні синергетичних структур; 2) це завжди відкриті системи із рухомими компонентами, надходженням енергії та речовини іззовні й частковою дисипацією їх у навколишні породи чи назовні на поверхню Землі; 3) система є цілісною, тепло- й масообіг між частинами системи здійснюються за рахунок потоків високомобільних флюїдних чи мінерально-флюїдних утворень. Синергетика геологічних об'єктних систем перш за все базується на з'ясуванні механізмів структурування, бо лише у випадку з'ясування механізму процесу можна використати аналітичний апарат для оцінки впливу різних факторів на процеси самоорганізації [Летников Ф.А., 1992].

Г.Хакен [1980] акцентував увагу на відмінності між організацією та самоорганізацією. Організація системи потребує організуючого впливу іззовні.

Самоорганізація зовнішнього впорядковуючого впливу не має. Аналіз процесів у геологічних об'єктах показує, що часто не можна провести чітку грань між цими двома явищами, бо великі за розмірами тіла надр мають велику інерцію і продовжують функціонувати в режимі системи "зі входом" навіть після припинення потоку речовини та енергії ззовні. Розбиття мезосистеми на підсистеми ще більше ускладнює завдання віднесення тих чи інших процесів структуроутворення до одного із типів, що розглядаються.

Із введеного Г.Хакеном принципу підпорядкування випливає, що в самоорганізованих системах існує ієрархія змінних, яка визначає стан конкретної системи. На верхніх щаблях ієрархії змінні характеризуються найдовшими періодами релаксації, які якраз і є параметрами порядку. Ці параметри визначають стан системи, а змінні нижчих рангів пристосовуються до них і функціонують як залежні від них. Ця обставина дає можливість описувати макросистеми, оперуючи змінними, які відносяться до параметрів порядку, що істотно спрощує вирішення завдання. В кожній системі визначення параметрів порядку закладає реальну основу для її вирішення з використанням невеликого числа змінних.

Теза Г.Хакена - "довготривалі системи підпорядковують собі короткотривалих" - знаходить своє аналітичне втілення у використанні принципу конкуренції мод. Нелінійність систем зумовлює ситуацію, коли окремі моди ростуть значно швидше від інших, які звичайно або прямують до затухання, або до монотонного повільного зростання. При цьому "виживають" і зміцнюються найшвидші і довготривалі моди, які й підпорядковують собі всіх інших. Такі моди створюють стійку впорядковану структуру відкритої нерівноважної системи [Лепгнжов Ф.А., 1992].

Синергетичне структурування геологічних об'єктних систем. За І.Пригожиним, у відкритих системах, що отримують із зовнішньогосередовища негативну ентропію і речовину, можуть виникати стаціонарні нерівноважні системи з високим ступенем упорядкованості. Інтегративний структурний ефект реалізується за рахунок елементарних актів структурування на нижчих ступенях самоорганізації, а в цілому процес має кооперативний характер. Ступінь відхилення системи від рівноваги фіксується застосовуваним математичним апаратом: при великих відхиленнях це нелінійні рівняння з урахуванням можливості кількох стаціонарних станів. Із цих станів найімовірніший той, який стійкий відносно флуктуацій і має мінімум вільної енергії в порівнянні з аналогами системи. У станах, близьких до рівноважних, застосовний феноменологічний апарат рівноважної термодинаміки, і системи описуються в термінах лінійних диференціальних рівнянь.

Важливі пояснення процесів самоорганізації та структурування речовини в нерівноважних системах містить монографія В.Ебелінга [1979]. Він проводить градацію між структурами, розділивши їх утворення: а) у випадку термодинамічної рівноваги; б) при малих відхиленнях від рівноваги; в) при значних відхиленнях від рівноваги. У часовому режимі всі структури можна розділити на стаціонарні, квазістаціонарні і нестаціонарні (таблиця 2).

Таблиця 2. Схема фізичних процесів (за В.Ебелінгом, 1979)

Системи	Стани та процеси
	Рівноважні	Близькі до рівноважних	Далекі від рівноважних
Стаціонарні та квазістаціонарні	Тверді, рідкі й газоподібні стани	Лінійні потоки, ламінарні течії	Дисипативні структури
Нестаціонарні		Процеси збільшення і зменшення	Турбулентні потоки, процеси горіння, вибуху, еволюції

В далеких від рівноваги системах грань між стаціонарними і нестаціонарними станами досить умовна, бо перехід від одного стану до іншого в геологічних об'єктах — звичайне явище.

І.Пригожин підкреслив, що дисипативні системи можуть перейти в стан термодинамічної рівноваги лише шляхом стрибка, котрий є кінетичним фазовим переходом. Для розуміння особливостей розвитку дисипативних геологічних об'єктних систем показове введене Шригожиним поняття термодинамічних гілок, тобто станів, які можуть бути отримані із рівноважного стану за рахунок збурюючих впливів. При цьому слід розділити стійкі й нестійкі стани.

Виділяються такі типи дисипативних структур: а) просторово-неоднорідні (структури Тюринга), прообраз більшості геологічних дисипативних об'єктів; б) періодичні в часі (автоколивання); в) просторово-часові періодичні (хвилі). На іншій понятійній основі класифікація може бути іншою, але не кожна нерівноважна система буде характеризуватися утворенням дисипативних структур; процес їх формування є функцією багатьох змінних [Летников Ф.А., 1992].

За В.Ебелінгом [1979], у процесі формування структур мають значення: 1) постійне надходження негативної ентропії; 2) велике відхилення від рівноваги; 3) нелінійність рівнянь, що описують систему; 4) кооперативна поведінка підсистем; 5) посилення відхилень від нестійких станів; 6) добір і спонтанна самоорганізація в макромолекулярних системах; 7) еволюція за принципом Пригожина - Гленсдорфа, який дає таке визначення поняття структура: "...спосіб організації елементів і характер зв'язку між ними. При цьому неістотно, яка природа елементів..., які елементи складають систему, ...[істотна] лише сукупність відношень між ними. Структура системи, означена як сукупність відношень, дає зв'язок між елементами системи" [Летников Ф.А., 1992, с. 43].

Виділяються просторові та часові структури. Просторові структури загальновідомі й на них базуються ті галузі наук, які вивчають статичні взаємовідношення між атомами, іонами, молекулами, полімерами тощо. Часові структури виникають у динамічних системах і характеризують їх стан на якомусь відтинку часу, по суті, це галузь макрокінетики природних систем. Тому обов'язковим атрибутом нерівноважних систем є просторово-часові структури, коли поєднання просторових елементів характеризують часову структуру в динаміці розвитку всієї системи.

Найповніше феноменологічну основу теорії структуроутворення при незворотних процесах опрацював В.Ебелінг [1979]. Всі пізніші автори опирались на це фундаментальне дослідження або просто цитували його відповідно до своїх систем. Для процесів, що їх вивчають геологи, особливий інтерес складають різкі стрибкоподібні переходи систем до іншого якісного стану. В основі таких переходів лежать кооперативні явища. Той випадок, коли один із факторів чи їх поєднання відіграють роль "детонатора", що призводить до вибухоподібної зміни системи, особливо цікавий, бо фактори не можна прогнозувати на базі класичної хімічної термодинаміки. Найтиповішими для геопроцесів є механізми подібного роду, що виражаються у вибухових явищах, фазових переходах, у виявах періодичних автоколивальних процесів тощо. Для опису подібних процесів використовуються нелінійні диференціальні рівняння, теорія катастроф Тома, теорія біфуркацій. Біфуркація означає появу у системи нової якості, що призводить до множинності, розгалуженості рішень [Летников Ф.А., 1992].

Управління й емерджентність у геологічних об'єктах. Розвиток ідей синергетики в біології, особливо у вченні про онтогенез, яке результативне і в геології, відкриває перспективи для перенесення на геологічні об'єктні системи ідей і принципів параметричного і силового управління, що опрацьовані Л.В.Бєлоусовпм та ін. [1985]. Суть поняття про силове управління системами зводиться до того, що будь-яка зміна динамічної системи визначається окремою силою, що еквівалентна цій зміні і є її причиною. Кожна сила (причина) локалізована в просторі й часі, і число сил відповідає числу змін у системі, але при цьому воно не перевищує числа причин і повинне відповідати принципу Кюрі, за яким порядок симетрії наслідків не може бути нижчим від порядку симетрії причин. Такі поняття прийнятні для аналізу відкритих геологічних об'єктних систем, бо для них вплив із зовнішнього енергетичного джерела є типовим. Вияв синергетичного ефекту полягає у взаємному посиленні сукупного впливу в напрямку переходу породи в цілому в новий для неї стан.

Всі ендогенні системи надр - це відкриті системи з силовим управлінням. Параметричне управління характеризується тим, що поряд із динамічними змінними, які є силовими факторами, система включає в себе і набір параметрів, значення яких змінюються на порядок повільніше від динамічних змінних. Якщо представити об'єм гірської породи, на яку впливають стрес і теплове поле, то вплив стресу може закінчитися порівняно швидко, але процеси перетворення мінерального каркасу породи будуть протікати повільніше на 1 порядок і більше [Летников ФА,_У 1992].

У процесах самоорганізації геологічних об'єктів велику роль відіграють зворотні зв'язки, ефективність впливу яких у підсумку визначає тривалість функціонування всієї самоорганізованої системи. Цілісністю системи зумовлена кооперативність процесів структурування. Існують оптимальні межі самоорганізації, поза якими цілісність системи порушується, а зворотні зв'язки міняють знак на протилежний, що призводить до втрати стійкості, деструкції системи та до швидкої її консервації.

Особливої уваги заслуговують системи високого ступеню самоорганізації, де чітко встановлюється прояв емерджентного ефекту, який можливий при високому рівні кооперативних зв'язків. Такий ефект полягає у вияві емерджентних властивостей, не властивих тому чи іншому окремо взятому елементу поза цією системою. Іншими словами, це результат взаємоузгодженого поєднання параметрів нерівноважної системи. Більше того, вияв емерджентного ефекту в геологічних об'єктних системах вказує на високий ступінь синергетичних зв'язків між елементами системи, зумовлених таким же високим рівнем кооперативної взаємодії всіх елементів цієї системи.

ГЛ.Бистрай і Д.ВЛивоваров [1989], розглядаючи емерджентні ефекти з позицій системного аналізу, підкреслили, що емерджентні ефекти виникають внаслідок незведення властивостей і характеристик системи в цілому до властивостей і характеристик підсистем, які взаємодіють, відображаючи сутність кооперативних ефектів у складних системах. Саме максимальна поєднаність вияву всіх елементів системи зумовлює високу ефективність її дії і самоорганізації. Збільшення числа потоків енергії та речовини, що еквівалентне зростанню ступеня свободи нерівноважної системи, зумовлює "виживання" системи, її вищу здатність до самоорганізації і до вияву емерджентного ефекту.

Ієрархія самоорганізації геологічних об'єктних систем. Для процесів самоорганізації різних структур Землі характерна сувора ієрархічна підпорядкованість, що відповідає енергетичній потужності та масоємності потоків енергії й речовини, які породили ці системи. Очевидність такої ієрархії не викликає сумнівів і є основою для геологічних реконструкцій.

Так, літосферна плита може складатися з дрібніших блоків різного складу і сформованих у різний час. На них будуть розмішуватись магматичні вулкано-плутонічні комплекси із підпорядкованим розташуванням окремих вулканічних апаратів і великих магматичних тіл. Нижчі рівні ієрархії вулканічних геологічних об'єктів займають окремі тіла тріщин і дайок, а найнижчі відповідають постмагматичним флюїдним тілам.

Перехід від загальнотеоретичних міркувань до аналізу реальних систем наштовхується на значні феноменологічні труднощі, бо дослідники до цих пір не володіють єдиною теорією, в рамках якої можна було б розглянути всю багатоманітність процесів, які є об'єктами геологічних досліджень. Ця складність значною мірою визначається великим діапазоном масштабів згаданих процесів - від загальнопланетарних до явищ, які реалізуються на атомарному рівні. Тому, перш за все, потрібно хоча б у першому наближенні розмежувати всю різноманітність геологічних об'єктних ситуацій та умов за просторовими масштабами їх вияву, в контексті з їхніми часовими і енергетичними параметрами існування. Ця вимога реалізується дослідниками в кожному конкретному випадку - і має загальне вирішення. Йдеться про поділ геологічних об'єктів на гіперсистему (вся Земля як планета в цілому, з урахуванням кількох десятків і сотень кілометрів углиб, тисяч кілометрів на поверхні); мегасистеми - об'єкти до тисячі кілометрів протяжністю, завширшки до сотень кілометрів; мезосистеми - десятки кілометрів протяжністю, сотні метрів завширшки; а ще мікросистеми, наносистеми і т. д. [Летников Ф.А., 1992].

Періодичні явища. Геологія нагромадила величезну кількість емпіричних матеріалів та експериментальних даних, які дають можливість розглядати багато процесів формування геологічних об'єктів з позицій синергетики. Оскільки одна з ознак самоорганізованих систем - періодизація явищ, то узагальнюючим критерієм може бути періодичність як міра самоорганізації.

Основи уявлень про пульсаційний розвиток Землі закладені в працях В.Бухера, М.М.Тетяєва, В.А.Обручева. В узагальнюючій праці В.П.Казаринова [1979] зроблена спроба об'єднати з позиції пульсаційного розвитку Землі ендо-та екзогенні процеси в таксономічні групи, що виявляються синхронно в земній історії фанерозою. Цей автор дійшов висновку, що синхронно з пульсаціями Землі відбувалась і еволюція життя на планеті. Трансгресивному етапу відповідають розширення біосфери і вдосконалення її форм шляхом спеціалізації. Регресивному етапові властиві скорочення біосфери і вдосконалення її форм шляхом родо- та видоутворення. З'ясована В.П.Казариновим залежність з позицій синергетики відповідає двом полярним тенденціям. Трансгресія - збільшення варіантності в розвиткові біосистем і вдосконалення видів на окремих гілках біфуркацій, часто поза зв'язком одного з іншим. Регресія - зниження варіантності за рахунок звуження фізико-хімічного діапазону існування життя, а також боротьба за виживання, в ході якої перемагають енергетично найстійкіші для нових умов макро- і мезоформи (роди й види).

В.Г.Трифонов [1990] запропонував етапи, характерні пануванням регресій на континентах, процесами горотворення, різко вираженою кліматичною зональністю аж до появи зледенінь, іменувати геократичними епохами в історії Землі. їм протиставляються таласократичні епохи з континентальними трансгресіями, зі зниженням інтенсивності перенесення продуктів руйнування гір, зі зменшенням кліматичних контрастів і загальним зростанням середньорічних температур. З позицій ендогенної флюїдизації літосфери, з одного боку, як головного фактора виявлення процесів метаморфізму, гранітизації й плавлення речовини кори та мантії, а з іншого - як головного джерела поповнення океанів та атмосфери газовими компонентами і водою, є обгрунтованим зіставлення ендогенних і екзогенних процесів, виконане рядом дослідників, геологів і географів [Летников Ф.А., 1992].

Синергетичні висновки геолога. З усієї різноманітності розглянутих ситуацій чітко вирізняються потокові системи, характерні риси яких є в тектонітах, метаморфітах, вулканітах, смугастих жилах, дайках тощо.

В глобальному масштабі є очевидною головна закономірність саморозвитку літосфери - дегазація та ущільнення (функція мантії), флюїдизація та розущільнення (функція кори). В геологічних об'єктах на всіх ієрархічних рівнях відбувається протиборство між кооперативними процесами самоорганізації та природним добором найстійкіших фаз.

Багато дисипативних систем є первинними своєю дисипативністю, а процеси самоорганізації в них є вторинними. Нерівноважні системи найбільше схильні до структуроутворення, а за умов біфуркації різноманітність структурних форм є максимальною.

Співпадання спрямування процесів самоорганізації нерівноважних геологічних об'єктів за двома термодинамічними параметрами - зростанням ентропії та мінімізацією термодинамічного потенціалу - дає можливість оцінити спрямованість розвитку досліджуваних систем.

Для розуміння шляхів еволюції нелінійних систем важливе визначення критеріїв стійкості, бо навіть невелика зміна одного з параметрів може привести до біфуркації і переходу системи в зовсім інший якісний стан.

Стійкість будь-якої природної системи визначається її реакцією на зовнішні, в тому числі й хвильові, впливи. Хвилі збудження, що виникають у зовнішньому середовищі навколо будь-якої дисипативної системи, можуть матеріалізуватися в конкретну автоколивальну структуру.

Найважче завдання при аналізі реальних геологічних об'єктів -установлення критеріїв самоорганізації, правильніше - критеріїв ступеню впорядкування відносно якогось обраного стандартного стану.

Емерджентний ефект виявляється як мірило ступеню результативності кооперативної взаємодії та впливу всіх структурних і функціональних елементів системи, коли поза системою в окремо взятому елементі подібні результати впливу не відзначаються. Це властиво для великої кількості геологічних об'єктів, які є сукупністю різноманітних структурних, речовинних і функціональних елементів, що дають у сумі реальну геологічну об'єктну систему з характерними її ознаками.

У високоенергетичних системах емерджентний ефект досить чіткий; його визначає сукупність кооперативної дії всіх елементів системи. Чим далі система від рівноважного стану, тим сильніший у ній емерджентний ефект, навіть при незначних змінах одного чи кількох факторів стану.

Фактично вся різноманітність геологічних об'єктних ситуацій зводиться до виявлення зворотних зв'язків у відкритих нерівноважних системах. В одних випадках зворотний зв'язок очевидний і оцінити ступінь його виявлення можна за багатьма ознаками, в інших - такого явного зв'язку нема і він може лише вгадуватися чи встановлюватися за сумою непрямих ознак. Однак завжди діє один невблаганний закон природи: потоками речовини й енергії знищуються термодинамічні сили, які викликали їх до життя [Летников Ф.А., 1992, с. 219].

Синергетичний досвід геоморфологів

Синергетичне бачення геоморфогенезу. У багатомірному просторі-часі розвитку та існування рельєфу, становлення і вияву всього спектру його сутнісних властивостей, із виявами синергізму пов'язані самоорганізація, саморозвиток, саморегуляція процесів рельєфоутворення та форм рельєфу. Дослідницьке поле означеної проблеми велике, науково-евристична та науково-прикладна перспективність досліджень значна. Вже є цільові наукові праці, присвячені окремим проблемним питанням синергетичного дослідження рельєфу. Це недавні (1980-1990-і рр.) публікації Г.С.Ананьєва, А.В.Позднякова, І.Г.Черваньова, О.П.Ковальова, небагатьох інших дослідників. Є також геоморфологічні узагальнення тих же літ, теоретичні та регіональні, де питання синергетики не згадуються. Представимо головніші складові багатоаспектного змісту наявних синергетичних трактувань об'єктів геоморфології. Для початку наведемо вислів із монографії, присвяченої таким трактуванням, - своєрідне синергетичне визначення рельєфу:

"Рельєф Землі є чудовим прикладом виникнення і саморозвитку порядку із хаосу нерівностей земної поверхні, тобто антиентропійного процесу в складній абіогенній системі. Як система морфологічна, він має гіпертрофований механізм підтримання і ускладнення порядку через розвиток і ускладнення морфологічної структури, якою детерміноване функціонування. Система поверхневого стоку - найбільш організована функціональна і структурна ланка ландшафтної оболонки, в якій рельєф і стік здійснюють нисхідний літодинамічний потік у механізмі масоенергопереносу^и [Поздняков А.В., Черванев КГ._У 1990, с. 194].

Найглибше і вже порівняно давно опрацьоване питання самоорганізації рельєфу. "Квінтесенцією концепції самоорганізації рельєфу служить утвердження його відносної самостійності як складної системи, здатної не лише відображати співвідношення ендогенних та екзогенних сил, але й такої, що розвивається самодовільно і у власному просторово-часовому масштабі, тобто живе за законами, специфічність яких переплітається з загальністю всезагальних законів природи" [там же, с. 3].

Дослідження самоорганізації рельєфу опирається на структурно-функціональний аналіз, який дає можливість розглядати рухи в системі рельєфу перш за все як частину загального процесу енергомасоліеренесення в ландшафтній оболонці, для якої поверхня рельєфу служить функціональним "фокусом" (засвоюється сонячна радіація, відбувається поверхневий стік, результуються інші динамічні вияви).

Проблема синергетики, кооперативної дії елементів системи складна, багатоаспектна, не про всі її сторони у геоморфодинаміці можна говорити однозначно на сьогоднішньому рівні пізнання. Частина потенційних застосувань потребує подальшого опрацювання.

Більше опрацьованими є питання динамічної рівноваги у функціонуванні та динаміці рельєфу, в рельєфоутворенні загалом [Поздняков А.В._У 1988 та ін.] -і методи розрахунків ерозійно стійкого рельєфу на основі моделей динамічної рівноваги [Поздняков Л.В., Черванев И.Г., 1990]. Складнішими і тому менше податливими виявились питання механізмів самопідтримки нерівноважного стану рельєфу, пов'язані з малими стійкими відхиленнями від станів рівноваги та еволюційними аспектами, зокрема з ускладненням, самовдосконаленням рельєфу.

Як зазначили геоморфологи А.В.Поздняков та ІТ.Черваньов [1990], оволодіння механізмами самоорганізації є необхідною, але ще недостатньою умовою вдосконалення природокористування, зокрема землекористування, бо несприятливі процеси відбуваються на землях, які використовуються в сільському господарстві, гірничовидобувній промисловості та інших "землемістких" галузях господарювання. Крім знань про ці механізми, потрібна зважена, переконлива цільова установки на їх використання. Без того всього не можна сподіватися на коеволюцію ландшафтів, з рельєфом включно, та господарської діяльності.

А пізнання закономірностей саморозвитку рельєфу потребує спеціальних досліджень з виявлення конкретних кількісних залежностей між морфологією рельєфу та рельєфотворчим процесом, що їй відповідає. Розвиваючи уявлення про саморозвиток рельєфу, ІТ.Черваньов [1978] дійшов висновку, що його рушійною силою є суперечність між формою, що склалася, та рельєфоутворюючим процесом.

Динамічна рівновага рельєфоутворення. Динамічно рівноважні форми рельєфу утворюються при наявності зворотного негативного зв'язку і саморегуляції в рельєфоутворюючих процесах. А.Д.Арманд відзначив велике методологічне значення цієї закономірності в своїй публікації ще 1963 р. і показав, що зовнішнє середовище не лише визначає умови розвитку геоморфосистеми, а й дає початковий імпульс її розвиткові. Саме зміна зовнішніх умов є причиною порушення рівноважного стан}' в системі. Після того система відновлює свій стан, але на новому рівні, що відповідає зміненим умовам.

Встановлення динамічної рівноваги при стані автомодельного режиму здійснюється за рахунок процесів авторегуляції, тобто за умов здатності системи самостійно повертатися в попередній, порушений якимись збуреннями стан, відновлюючи його [Петрушенко Л.А., 1967, с. 242]. Авторегуляція неможлива без дії зворотних зв'язків. Зворотний зв'язок є відношення виходу та входу системи. Вплив виходу повертається назад на вхід або на якийсь інший елемент цієї системи. Виділяють позитивні та негативні зворотні зв'язки. Наприклад, позитивний зв'язок діє при вивітрюванні порід: швидкість його наростає в міру збільшення ступеню звітрення. За законом позитивних зв'язків при вивітрюванні відбувається зростання площі поверхні уламків. У розвиткові форм рельєфу позитивні зв'язки діють разом із негативними.

Негативні зворотні зв'язки також завжди пов'язують вихід системи з її входом чи з одним із складових елементів системи — основним її регулюючим параметром. Наявність зворотного негативного зв'язку між процесом вивітрювання гірських порід на схилі та потужністю рихлого покриву призводить до підтримання цієї системи в динамічній рівновазі, що виявляє себе "у збереженні деякої середньої потужності елювіально-делювіального покриву при безперервному продовженні обох протилежно спрямованих процесів і постійній зміні речовини рихлого покриву" [Арманд А.Д., 1963, с. 59]; цитовано за АВЛоздняковим та І.Г.Черваньовим [1990, с. 15]. Зворотний негативний зв'язок зменшує кількість енергії або маси, що надходить на вхід системи. Причому зменшуючий, негативний вплив за своєю силою (інтенсивністю) змінюється залежно від рівня наближення системи до стану динамічної рівноваги. Виведені з рівноваги геоморфосистеми, завдяки дії зворотного негативного зв'язку при незмінних умовах автоматично повертаються до попереднього стану.

Дослідження механізмів саморегулювання рельєфоутворення, через які реалізується самоорганізація, дало можливість виявити два стани, що стійко виявляються в системах рельєфу: динамічну рівновагу та автомодельність [Поздняков А.В., 1976].

Загалом для повноти дослідження самоорганізації рельєфу потрібно розглядати і тло цього процесу, самоорганізацію суперсистеми - ландшафту в цілому, куди входить рельєф як підсистема. Більше того, "на оброблюваних чи інтенсивно використовуваних землях - ще й з урахуванням зовнішніх впливів на ландшафт з боку господарської діяльності" [Поздняков А.В., Черванев И.Г., 1990, с. 18].

Процеси рельєфоутворення незворотні. їх незворотність виявляється в однобічній спрямованості самочинного вирівнювання рельєфу та зростанні ентропії (зворотний процес утворення нерівностей на місці рівнини без підведення додаткових енергії та речовини неможливий).

Зміни ентропії при рельєфоутворенні можуть бути різноспрямованими залежно від рангу утворюваних форм. Утворення геоморфосистеми найнижчого ранту супроводжується зниженням ентропії. Одночасно підвищується ентропія в геоморфосистемі вищого рангу. Це означає, що підвищення рівня організованості в підсистемах у кінцевому підсумку збільшує сумарну величину ентропії в цілій системі.

Людська діяльність призводить до дезорганізації геосистем, до їх руйнування, тобто лише до зростання ентропії. Спосіб уповільнення і припинення руйнування геосистем один: він полягає в установленні динамічної рівноваги в балансі речовини та енергії при деякому прийнятному рівні ентропії. В цьому випадку геосистеми з усіма їхніми складовими частинами, в тому числі й геоморфосистемами, протягом певного часу зберігаються, повторюючись за всіма своїми характеристиками. Цим і визначається програма дій з раціонального використання природного середовища, його збереження від руйнування. Стосовно до процесів рельєфоутворення негентропійні заходи повинні зводитись перш за все до збереження балансу речовини в літопотоках. Особливо це стосується ділянок поверхні, що використовуються під сільськогосподарське виробництво, районів гірничорудної промисловості, будівництва гідротехнічних споруд на ріках, берегах морів і водосховищ, будівництва залізничних і шосейних магістралей і зон рекреації [Поздняков А.В., Черваиев И.Г., 1990, с. 64].

Процеси самоорганізації структури з утворенням геоморфосистем різних рангів виявляють себе в результаті існування об'єктивних причин. По-перше, елементи природного середовища мають властивості, які самочинно в силу дії всезагальних законів матерії (гравітаційної взаємодії, законів термодинаміки тощо) вибірково вступають у функціональні відносини, утворюючи системи вищих порядків з якісно іншими новими властивостями. По-друге, неаддитивні системи всіх порядків володіють властивостями вступати у функціональні взаємодії з елементами, що їх складають, і підсистемами нижчих порядків, викликаючи протилежно спрямовані зміни кількісних характеристик вихідних параметрів (зворотні негативні та позитивні зв'язки). Установлено [Поздняков А.В., 1987], що в процесах геоморфодинаміки тенденції до саморегуляції здійснюються через внутрішні скеровуючі взаємодії та зовнішні впливи, що теж мають скеровуючий зміст.

В геоморфосистемах у процесі самоорганізації може виникнути один із двох станів: динамічної рівноваги з відносно незмінною в часі та просторі ентропією; статичної рівноваги з максимальною ентропією.

При функціонуванні геоморфосистем здійснюється просторовий перерозподіл речовини у великих обсягах. Саме це служить причиною зміни гравітаційного потенціалу на поверхні. В ролі регулятора, що здійснює перехід потенційної енергії в кінетичну, в процесах геоморфодинаміки виступає швидкість вивітрювання гірських порід, що змінюється у певних межах. Швидкість переходу потенційної енергії в кінетичну не може бути більшою за швидкість вивітрювання гірських порід. Ця особливість виділяє процеси геоморфодинаміки в ряду природних процесів.

Авторегуляція в процесах геоморфодинаміки, як і в інших типах систем, здійснюється внаслідок одночасної взаємопов'язаної дії позитивних і негативних зворотних зв'язків. Дії зворотних зв'язків здійснюються через літопотоки і параметри, що характеризують морфологію, похили профілю, площу поверхні схилів, висоту форм, потужність прошарків тощо.

Вивчення механізмів саморегулювання та самоорганізації має важливе значення в опрацюванні принципів оптимального природокористування, бо дає можливість регулювати процеси, наприклад, збільшувати чи зменшувати швидкість їх протікання, змінювати напрям їхнього розвитку [Поздняков А.В., ЧерваневИТ., 1990, с. 65].

Геоморфосистеми серед інших самоорганізованих геосистем.

Зіставлення різних виявів високого ступеню організованості систем, що спонтанно розвиваються - об'єктів географічних, біологічних, технічних наук та інших - дає можливість припускати певну спільність тих фундаментальних законів природознавства, які ними керують. В кібернетиці та фізиці головну властивість таких систем означують терміном синергізм, а в біології частіше говорять про самоорганізацію. Самі системи такого роду І. Пригожий назвав дисипативними структурами, маючи на увазі, що вони живуть за рахунок використання, відторгнення енергії зовнішнього середовища для власних потреб - для підтримання власної організації.

Термін самоорганізація отримав перевагу з таких причин. По-перше, у ньому підкреслюється спонтанність організації, відсутність зовнішнього стосовно до системи організуючого начала. По-друге, очевидна його лінгвістична спільність із такими термінами, як саморегулювання, саморозвиток, що вкорінились у природничій літературі. Поняття саморегулювання є складовою частиною поняття самоорганізація, а саморозвиток - парною категорією самоорганізації (враховуючи співвідношення організації та еволюції).

Самоорганізація вивчається як сукупність процесів, у ході яких створюється, відтворюється, вдосконалюється організація складної динамічної системи. Цей процес є особливістю складної динамічної системи, що прагне до стану динамічної рівноваги. Він майже досягається або порушується зовнішніми факторами чи автоколивальними процесами.

У процесах самоорганізації абіогенних та біотичних систем відзначається глибока спорідненість. Н.Н.Моісєєв, досліджуючи єдність процесу розвитку в різних системах, узагальнив: "Виникнення життя є природним етапом саморозвитку матерії, однією з форм її самоорганізації. ...Ми починаємо поступово здогадуватись, що між живим і неживим, можливо, і не існує настільки різкої межі, яка припускалася до цих пір. Межа між живою і неживою речовиною, мабуть, розмита, а багатоманітність форм самоорганізації матерії, можливо, містить відносно стійкі утворення, які важко віднести до живої чи лише неживої матерії"" [Моисеев Н.Н., 1987, с. 17-18; цитовано за: Поздняков А.В., Черванев И.Г., 1990, с. 189]. Як зазначили ці автори, стверджуване Н.Н.Моісєєвим важливе у зв'язку з тим, що і ландшафтна оболонка, і ґрунт -"шкіра" рельєфу земної поверхні на значному її протязі, і значною мірою сам рельєф є системами тією чи іншою мірою біомінеральними, що не завжди беруть до уваги при їх вивченні.

Самоорганізація виявляє себе різними способами: шляхом утворення чи втрати зв'язків, які існували раніше, виникнення нових структурних елементів чи втрати їх, істотної зміни при цьому всієї системи сукупності системоутворюючих зв'язків і відношень. Загальною тенденцією розвитку самоорганізованої системи буде зростання ступеню незалежності її від навколишнього середовища, "вивищення" системи над середовищем. Відомі визначення життя з точки зору фізика як спосіб отримання впорядкованості із навколишнього середовища (тобто як антиентропійний процес). Те ж, очевидно, стосується будь-якої самоорганізованої системи, бо в ній відбувається той же процес наростання порядку, самовдосконалення, тобто все більшого віддалення від стану хаосу і наближення до порядку, що супроводжується зменшенням ентропії.

Три стадії процесу самоорганізації. Аналізуючи геоморфосистеми, А.В.Поздняков та І.Г.Череаньое [1990] у процесах самоорганізації рельєфу розрізняють три стадії.

1. Самозародження організації, яке полягає у виникненні з деякої сукупності об'єктів певної їх цілісності, яка потім удосконалюється. Приклад -формування системи стоку на первинній рівнині, від примітивної до такої, що рівномірно дренує всю територію і зумовлює певну організацію всього рельєфу. Локальним прикладом самоорганізації є утворення яру і його саморозвиток за схемою С.С.Соболева: первинна ложбинка стоку призводить до його концентрації, посилення еродуючої здатності, поглиблення ложбини, порушення суцільності ґрунтово-рослинного покриву, збільшення площі водозбору, подальшої концентрації стоку за принципом позитивного зворотного зв'язку.

За І.Пригожиним [1986] зародження самоорганізації відбувається в нерівноважній системі. Рівноважна система, за його теорією, прагне до одного й того ж стаціонарного стану. При яроутворенні рівновага буде здійснюватись тоді, коли процес видалення ґрунту зі схилу відповідає темпові ґрунтоутворення, а рослинність перевкорінюється, "не помічаючи" вимивання ґрунту.

Нерівноважність виникає тоді, коли одна із складових балансу (у цьому випадку видалення ґрунту) стане більша, ніж інша. Буде відбуватися нарощування процесу за схемою, описаною вище, що призведе до руйнування суцільності ґрунтово-рослинного покриву, в результаті чого із ложбини стоку утвориться промоїна. Стрибкоподібну зміну процесу І.Пригожин називає біфуркацією. У прикладі з яром біфуркацією процесу є утворення промоїни.

Вважається, що виникнення біфуркації призводить до незворотності процесу, бо система "не пам'ятає" стану, який передував біфуркації.

Біфуркація як незворотний процес призводить до виникнення нової структурної організації системи, яка зумовлює і перебудову організації функціональної. Виявами самоорганізації є виникнення промоїн-приток, тобто утворення ієрархізованої мережі концентрованого стоку, чим ускладнюється її організація.

Подальша доля системи, в якій виникла самоорганізація, залежить значною мірою від того, чи знайдеться механізм, що зберігає її основну функцію концентрації енергії процесу ради вдосконалення системи. Мова йде про самопідтримання організації.

2. Самопідтимання певного рівня організації є, по суті, системою негативного зворотного зв'язку. Така система характеризується протидією (протифазою) вихідного впливу системи входу. Наприклад, чим більша ерозія, тим насиченіший потік наносами, отже, тим менша його ерозійна здатність у подальшому.

Механізм негативного зворотного зв'язку - страж природних рівноваг -забезпечує постійність основних параметрів функціонування, або стеження за темпом процесів масоенергообміну. Якби цей процес, що відносно живих систем називається гомеостазом, був єдиним, то система з цим процесом була б приречена на незмінність, на відсутність прогресу її структури та ускладнення функцій. Приходилось би думати, що спочатку хтось чи щось організованіше. ніж ця система, повинне було її створити з тим ступенем організації, який спостерігається, а потім уже механізм гомеостазу, включившись, підтримував її незмінною. Приблизно так відбувається з живим організмом, який формується за програмою, що міститься в генетичному коді, а також із технічними пристроями, які створюються і саморегулюються через механізми, раніше задумані, спроектовані та реалізовані інженерно.

Стосовно неживої природи - все не так. Тут нема зарання створено: програми, а організація системи лише частково спадковується. У неживії природі геоморфосистем, наприклад, є механізми спадкування гомеостазису що склався в попередньому рельєфі, на заново створеній, молодшій поверхи гірських порід, де відбувається новоутворення рельєфу та його організація.

Якщо говорити про організацію природи загалом, то найбільш значимо еволюційним процесом є зміна цієї організації в часі у бік зростання складності Тому не можна пояснити світ, в тому числі світ геоморфосистем, не враховуючи тенденцій тимчасового ускладнення організації та наростанні порядку. Для флювіального рельєфу цей процес супроводжується утворенняіу усе складнішої системи стоку.

3. Ускладнення організації. Організація геоморфосистеми може спрощуватися: поряд із прогресивною зміною можливий регрес. Відомш терозійний цикл рельєфу за Девісом закінчується стадією старіння рельєфу Часто рельєфоутворення за цією схемою розглядається як стадійний циклічниі процес.

В основі ускладнення організації системи лежить криза всередині ціє системи. Криза може мати зовнішню або внутрішню причину. Зовнішні причина кризи - зміна умов, у яких перебуває система, або зміні масоенергообміну. Найтиповішою причиною зовнішніх змін тепер є господарська діяльність, яка видозмінює рослинний покрив, стан ґрунту, режим зволоження. В історичному плані найістотнішим була зміна клімату і тих його складових, що як фактори геоморфогенезу виявляють на рельєф найбільший вплив.

Внутрішні причини ускладнення організації пов'язані з тим, що механізми саморегуляції процесів, які склалися в рельєфі, виявляються неефективними. В системі виникає конфлікт, порушення балансу, яке спрацьовує врешті решт як спусковий механізм - за принципом снігової кулі, тобто системи з позитивним зворотним зв'язком.

Ускладнення організації має значною мірою адаптивний характер. Адаптація полягає в підлаштуванні системи до навколишнього середовища. І.Пригожин стверджує, що здатність до адаптації залежить від ступеню нерівноважності стану, в якому перебуває система: адаптивність тим вища, чим більша нерівноважність цієї системи.

В процесі "адаптивної організації"" системи визначальне значення має її здатність реагувати на флуктуації зовнішніх умов, що залежить від ступеню нерівноважності. Значення флуктуацій особливо істотне для флювіального рельєфу.

Самопристосування рельєфу до умов зовнішнього середовища виявляється не лише в малому, але і в великому, тобто в масштабі континентів. Це дає можливість за зовнішнім виглядом рельєфу судити про умови геоморфогенезу. Однак є небезпека недоврахування історичного чинника геоморфогенезу, тобто гетерохронності, гетерогенності видимого рельєфу, в якому завжди поєднуються або просто сусідять різновікові утворення [Поздняков А.В., Черванев И.Г., 1990, с. 189-194].

Загальне землезнавство про самоорганізацію ландшафтної оболонки

Самоорганізація ландшафтної оболонки. Здатність ландшафтної оболонки самоорганізовуватись, тобто зберігати свої параметри у певних обмежених рамках змін, є важливою властивістю. При її відсутності ця система виявилась би нестійкою, зруйнувалась би чи перетворилась би в іншу систему. Висвітлення механізму такого переходу порівняно давно увійшло до вузівського підручника [Черванев КГ., 1984].

Впродовж мільярдів років існування ландшафтної оболонки Землі, при всіх змінах її складових зберігалася попередньою сутність цієї оболонки як середовища контакту між геокомпонентними "сферами", особливого межового прошарку, в якому взаємодіють зовнішня (космічна і сонячна) та внутрішня енергія Землі. Навіть при найбільш крайніх змінах свого стану (розвиток вулканізму і пов'язана з ним різка зміна прозорості атмосфери; утворення зледеніння, гороутворення тощо) ландшафтна оболонка завжди зберігала свої основні властивості: присутність води в трьох агрегатних станах; наявність стійких меж (поверхонь розділу) між компонентними геосферами та всередині них; радіаційний і тепловий баланси, постійність сольового складу океану при зміні об'єму вод та сталість інших констант приповерхневої земної природи.

Отже, при істотних змінах входів і виходів системи ландшафтна оболонка залишається геостатом (за аналогією з хемостатом, термостатом, біостатом, гомеостатом - системами, які автоматично підтримують певний стан параметрів).

В історичному розгляді ландшафтна оболонка є самоорганізованою системою. Самоорганізація ландшафтної оболонки певною мірою відрізняє її від систем фізичних, хімічних і наближає до класу біотичних систем. Живі організми, як відомо, завдяки певній фізіологічній організації вдаються до гомеостазису. Деякі вчені [Лебедев В.Л. и др., 1974, с. 3] вважають, що Світовий океан - чи не найістотніша частина ландшафтної оболонки - подібний до живої клітини і має властивості самоорганізації. І.Г. Черваньов [1984] з такої точки зору розглядає всю ландшафтну оболонку (називаючи її при цьому "географічною").

Відмінність самоорганізованої системи від систем фізичних (зокрема, термодинамічних) полягає в тому, що вона не підкоряється принципам термодинаміки - не прагне до максимуму термодинамічної (Больцмана) ентропії, тобто до хаосу, безладу. В цьому розумінні вона подібна до живої речовини, яка, зокрема, може бути визначена як "організація, підтримувана видобуванням впорядкованості із навколишнього середовища" [Шредингер 3., 1972, с. 75].

Процес "видобування впорядкованості" призводить до того, що система, якій властива самоорганізація, в ході розвитку підвищує свою організацію, все більше відрізняється від середовища, "вивищується" над ним організаційно, збільшує стійкість своєї організації щодо зовнішніх впливів, "стресів".

Нестаціонауність геопроцесів і прогнозування. Останні 10-20 років ознаменовані розвитком теорії нерівноважних, нестаціонарних процесів, які відносно стаціонарних є швидкоплинними та важко спостережуваними в просторі й часі. Географи добре знайомі з такого роду процесами: найяскравіші їх прояви - зсуви, селі, лавини, землетруси тощо. Якщо подумки оцінити площу, охоплену процесами такого типу, то можна приблизно оцінити і середній вклад нестаціонарних перетворень у просторі й часі. І хоч цей вклад відносно невеликий, велика творча й руйнівна роль таких процесів очевидна. З прагматичної точки зору людство в першу чергу хвилює саме передбачення нестаціонарних процесів, бо зі стаціонарними, і тим більше рівноважними, людина навчилась поводитись досить вправно.

Завдання прогнозування траєкторії системи при нестаціонарному процесі за достатньо великий інтервал часу в принципі не має вирішення. Однак можна передбачити для певних умов ризик втрати стаціонарності чи можливість розвитку подій за нестаціонарним сценарієм. Ще проблематичніші можливості прогнозу, коли ми маємо справу з відкритими системами. Ті системи здатні реалізувати стани, які ніколи не спостерігаються - такі стани, що про них не можна добути ніякої інформації ні зі структури, ні з функцій системи, ні з умов середовища. До цього класу систем відносяться всі біотичні та соціальні системи. Прогноз кардинальних змін таких систем і умов їх перетворень взагалі неможливий.

Слід звернути особливу увагу на те, що при подібному підході людина неминуче стає одним із компонентів природи. Виокремлення її з природи з методологічної точки зору прийнятне лише у випадку рівноважних або стаціонарних відношень. На думку Ю.Г.Пузаченка, завдання прогнозування змінюється завданням управління і виживання в умовах невизначеності, для вирішення якої важливо не лише вміти на деякому лагові часу передбачити можливість змін і можливі їхні варіанти, а і в позитивному плані використати несподівані виходи [Салтьїковская Л.В., Савваитова И.Б., 1993].

Постнекласичне синергетичне бачення глобального геопроцесу і ролі людини в ландшафтному просторі-часі розвиває О.П.Ковальов [1997]. Правда, він невдумливо означив і геопроцес (земний процес), і ландшафтний час-простір прикметником "географічний". О.П.Ковальов визначив геопроцес як зміну структури та режиму функціонування "географічного" простору-часу в напрямку його оптимізації та підвищення його організованості з деякою метою, як рух "географічного" простору-часу до свого термінального стану. Метою еволюції "географічного" простору-часу він вважає створення спрятливих умов для реалізації і стійкого відтворення когнітивної (пізнавальної) функції геопростору. На думку дослідника, саме на цьому етапі найбільшою мірою проявляється дія антропічного чинника, "а ідея Д.Бома про Ноіотоуетепі як всеохоплюючий рух цілісного світу" стає дедалі дієвішою, відповідаючи реаліям у пізнанні природи людиною [О.П.Ковальов, 1997, с. 46]. Геопростір при цьому слід розглядати як природне утворення, когнітивна функція якого стійко відтворюється поряд із іншими функціями. О.П.Ковальов припускає, що формування глобальної структури "географічного" простору-часу завершується зі становленням ноосфери.

Фізико-географічне трактування самоорган ізації та саморегулювання

Вихідні положення. А.Д.Арманд визначив саморегулювання і самоорганізацію як здатність систем змінюватись чи зберігати свій стан не в узгодженні зі змінами середовища, а швидше "наперекір" їм, за своїми власними "правилами". Це не заважає тому, що як перша, так і друга властивість служать найчастіше якраз завданню пристосування систем до навколишньої обстановки. При цьому саморегулювання дозволяє досягати пристосування із збереженням структури систем, а самоорганізація - в процесі її зміни. Самоорганізація виявляє себе у виникненні чи вдосконаленні саморегульованих систем. Саморегулювання, в свою чергу, дає знати про себе через деяку автономію геосистеми по відношенню до навколишнього середовища, що сприяє збереженню системи від дії "шуму".

Проблеми саморегулювання і самоорганізації постали як предмети цільового послідовного вивчення кілька десятиліть тому паралельно з розвитком кібернетики. Пізніше естафету підхопила ширше сформульована наука про системи, системологія. Згодом з'явилась і також пригодилася географам синергетика - дисципліна, об'єктом якої власне і є системи, що самоорганізуються. В географію поняття синергетика було впроваджене І.Шмітхюзеном, але він розумів синергію ландшафту як синонім розвитку.

По мірі зростання уваги до цієї проблеми стає дедалі очевиднішим, що вона невіддільна від питань нагромадження, передачі та зникнення інформації в оточуючому нас матеріальному світі Jantsch Е., 1980]. Механізми саморегулювання і самоорганізації в більшості випадків не можуть бути досить повно зрозумілими та приведеними до спільного знаменника, якщо не залучати уявлень про передавання інформації каналами прямого і зворотного зв'язку. В рамках інформаційного підходу, на думку А.Д.Арманда, "самоорганізація може бути визначена як процес виникнення нової інформації, яка раніше не існувала, а саморегулювання зводиться до збереження існуючої інформації в умовах шуму" [AрмандА.Д., 1988, с. 5].

Завдання А.Д.Арманда, сформульоване ним самим - представити новий інформаційно-системний підхід до вивчення геосистем як речовинно-інформаційних об'єктів і показати деякі можливості його використання для вирішення географічних завдань. Цей підхід дає можливість проаналізувати механізм виникнення і "роботу" саморегульованих і самоорганізованих геосистем. У свою чергу, аналіз цих властивостей дає можливість нетрадиційним чином пояснити ряд відомих "географічних" закономірностей (тенденцію до регулярного розташування точкових об'єктів, природну зональність) і вивести деякі нові закономірності (тенденцію до підвищення числа рівнів ієрархії у складних системах, чергування однорідних і додаткових геосистем в ієрархічній "драбині" тощо).

Крім того, інформаційно-системний підхід дає можливість із більшою чіткістю виявити далеко не очевидну на перший погляд єдність процесів самоорганізації і саморегулювання в системах абіотичного, біотичного та соціального рівнів, їхню фундаментальну гомологію, за виразом Е.Янча Jantsch Е., 1980]. Можна стверджувати, що саме глибока єдність, яку виявляє інформаційно-системний підхід, дає можливість вивчати комплекси природних і соціально-технічних об'єктів не як чужі один одному явища, а як частини органічно єдиних геосистем, об'єктів комплексної географічної науки.

Відомо, що ціле - не сума частин, а щось більше (така властивість цілого зветься емерджентністю). Це означає, що кількість інформації в системі може бути більшою, ніж в усіх її складових елементах разом. Поява нових (емерджентних) властивостей, а з ними і нової інформації математично описується як збільшення розмірності ознакового простору, за допомогою якого моделюється система. Додання нових осей у цьому просторі означає додання нової інформації.

Три типи взаємодій (зв'язків) між елементами системи. Перший тип взаємодій (зв'язків) між елементами системи полягає в тому, що від одного об'єктного матеріального тіла до іншого передається деяка кількість речовини, яка входить у об'єкт і трансформується в ньому в форму, що відповідає новим умовам. Це речовинний зв'язок. Вивчення його зводиться до аналізу балансу речовини в системі - загального балансу чи за окремими видами субстанції.

Другий тип взаємодій ~ енергетичний - полягає у передачі від одного тіла до іншого різних видів енергії. Енергія в формі хімічних зв'язків, тепла тощо передається в потоках речовини. Окремо від речовини відбувається передача енергії у формі радіації та силових взаємодіючих полів. Метод балансових рівнянь і в цьому випадку є дійовим у вивченні зв'язків.

Третій тип взаємодій і зв'язків - інформаційний. Інформаційні впливи одного матеріального об'єкта на інший здійснюються лише при наявності речовинного чи енергетичного зв'язку між ними. Але в кількісному плані наслідки передачі інформації дуже мало залежать від того, скільки пройшло речовини та енергії між тілами. Так званий безентропійний, гранично рівномірний у часі потік може не містити в собі майже ніякої інформації, не зважаючи на велику потужність потоку. З іншого боку, досить слабкі в енергетичному плані сигнали іноді справляють дуже сильний вплив на об'єкт, який їх приймає. Вирішальним тут виявляється не кількість грамів чи калорій, а величина обмеженої при цьому різноманітності.

Сучасна наука не володіє відомостями про які-небудь інші способи взаємодії між об'єктами матеріального світу. Відповідно всі відомі зміни навколишньої дійсності можна звести до змін у кількості та якості речовини, енергії та інформації. Таким чином, системологія відбиває у своїй методології філософські уявлення про триєдину природу матеріального світу, що об'єднує собою речовину, енергію та інформацію [Арманд А.Д., 1988, с. 12-13].

Міру для процесу обмеження різноманітності знайшов К.Шеннон [1963]. Вона отримала назву ентропійноїміри кількості інформації.

Кількість переданої інформації чи величина обмеженої різноманітності характеризують не що інше, як ступінь залежності між двома об'єктами. Математична статистика пропонує для вимірювання сили чи щільності зв'язку ще ряд показників: коефіцієнт кореляції, кореляційне відношення та ін. Всі вони також дають уявлення про кількість переданої інформації, але тільки міра Шеннона володіє властивістю аддитивності і дає можливість складати отримані величини (якщо вони незалежні/ Принципова відмінність інформаційних зв'язків від речовинних та енергетичних полягає ще і в тому, що різноманітність (інформація) не підлягає закону збереження і тому не може бути досліджувана балансовим методом [Арманд А.Д., 1988, с. 13].

Інформація здатна руйнуватися. Відповідно до закону спадання різноманітності [Зшби У.Р., 1959] кожний матеріальний предмет, залишений без впливу ззовні, з часом втрачає свою організованість. Структура його деградує, наближаючись до хаотичного стану. Це результат впливу навколишнього середовища, яке не залишається незмінним і в якому завжди знайдуться чинники, що перевищать межу міцності внутрішніх зв'язків системи і зруйнують її. Але зовнішні сили - не єдина причина деградації. Іншим джерелом порушень може бути неповна внутрішня узгодженість системи, або відносна самостійність її елементів. Ніколи не дорівнює нулю ймовірність того, що випадкове поєднання зовнішніх і внутрішніх відхилень від норми досягне руйнівної сили.

Безперервний процес руйнування матеріальних систем близький до постійно триваючого знецінення і розсіювання енергії, яке постулюється другим законом термодинаміки. Близька до цих процесів і деградація інформації, тому на неї також поширюється термодинамічне поняття ентропії: руйнування систем супроводжується збільшенням ентропії - міри розупорядкування.

Як показав К.Шеннон [1963], неминучі втрати мають місце при передачі інформації від однієї системи до іншої, при перетворенні інформації із однієї форми до іншої (перекодування), при користуванні рукотворними засобами комунікації і при реалізації природних інформаційних зв'язків. Причину втрати частини інформації в процесі її передачі трактують як "шум". Отже, будь-який процес у природі та суспільстві, пов'язаний із передачею та перетворенням інформації чи із збереженням її в незмінній формі неминуче пов'язаний із втратами інформації, із зростанням ентропії під дією шуму, із деяким руйнуванням системи.

Самоорганізація. Природа винайшла засіб протидії руйнівній силі -самоорганізацію. Отже, крім руйнівних впливів на кожну систему, можна виділити і впливи організовуючі. За результатами вони взаємно протилежні. Є ще нейтральні, векторизуючі впливи, які лише переводять систему в новий стан, ніяк не впливаючи на її організованість. Просторове положення, структура систем, розміри, форма та багато інших властивостей зберігаються завдяки силам організації. Вони завжди стабілізують стани. В один бік зростає хаос, збільшується ентропія, а в інший - збільшується чи принаймні підтимується порядок [АрмандЛ.Д., 1988, с. 14-18].

Системологія надає великого значення явищу зворотного зв'язку. Негативним зворотним зв'язком зумовлюється стабілізація мінливих станів системи, яка таким чином протистоїть шумові, нейтралізує шкідливі, небажані впливи. Це і є саморегулювання.

Системи, що мають механізм зворотного зв'язку, набувають деякої автономії стосовно навколишнього оточення. Поведінка таких систем уже не повністю залежить від зовнішніх впливів, а ніби спрямовується власною програмою, створюючи подобу доцільної поведінки саморегульованих систем, хоч справжню мету можуть мати далеко не всі системи. Саморегульована система залишається у своїй старій якості до тих пір, поки функціонують її регулюючі механізми. Руйнування, загибель системи, а отже і зникнення прихованої в ній інформації, співпадає з виходом із ладу структур зворотного зв'язку.

Протилежна картина спостерігається в явищах самоорганізації. Самоорганізація починається там, де відбувається заміна старих структур на нові. Відповідно до уявлень фахівців-кібернетиків, цей процес розпадається на дві складові частини: формування варіантів та добір.

Творче начало природи, що проявилося в утворенні великого числа видів живого, полягає в безконечному повторенні акту самоорганізації. За теорією Ч.Дарвіна, функцію утворення множин випадкових варіантів виконують мутації, а добір виконується природним чином у результаті загибелі особин, менше пристосованих до навколишнього середовища, в тому числі й до конкуренції з іншими організмами.

Перший етап самоорганізації - створення набору варіантів - пов'язаний із випадковістю. Випадкове поєднання до того окремих матеріальних чи мислених об'єктів - це результат дії тієї самої стихії, яка постійно загрожує існуванню будь-яких систем, результат шуму: шум та інформація мають одну природу і можуть переходити одне в друге залежно від обставин. Сили всезагального руйнування можуть стати творчими за двох умов: 1) нова система не повинна бути зруйнована тим же шумом, що її створив; 2) вона повинна з'явитися в такому місці і в такий час, щоб навколишні умови сприяли її подальшому існуванню. Отже, наявність організованості (тобто теж інформації) в суперсистемі "навколишнє середовище" - обов'язкова умова виникнення нової інформації в усіх відомих людині випадках [Армаид А.Д., 1988, с. 19-23].

Зворотні зв'язки. Негативний зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок -основний механізм саморегулювання. Зворотний зв'язок може вести систему до стабілізації та відводити її від точки рівноваги, викликати коливання з дедалі меншою або більшою амплітудою, реагувати на стан середовища та нівелювати відхилення. Загальне в усіх випадках одне: динаміка системи, контрольована зворотним зв'язком, не підпорядкована повністю змінам навколишніх умов (див. щес. 178).

Негативний зворотний зв'язок - це програма, яка керує переходом системи у стан рівноваги із будь-якого іншого стану, не дуже відмінного від рівноважного. В реальному світі зберігаються від швидкого руйнування лише ті системи, влаштування яких дає можливість достатньо знизити рівень внутрішньої ентропії, різноманітності станів. Це рівнозначно збільшенню кількості інформації в системі. Потоки енергії (а також речовини та інформації), необхідної системам для нейтралізації шуму, самі несуть шум, коливання. Зворотний зв'язок сприяє знаходженню найвигіднішого співвідношення між взаємно доповнюючими характеристиками: рівнем регулювання та приходом енергії. Разом з тим внутрішні коливання, властиві

механізмам негативного зворотного зв'язку, - це теж шум, який слід обмежити. Із усіх цих показників складається динаміка ентропії системи: вільна енергія веде до зниження рівня ентропії, а внутрішній і зовнішній шум - до підвищення. Найбільший виграш отримують системи, рівень ентропії яких близький до оптимального. Деяка невизначеність, випадковість у будові та поведінці систем сприяє збільшенню їхньої життєздатності.

У звичному розумінні терміна "зворотний зв'язок" присутнє уявлення про те, що вплив, який поступає від якогось об'єкта, через певний час повертається до нього ж, тобто у вихідну точку простору. Але всіма властивостями зворотного зв'язку можуть володіти і процеси, розімкнуті в просторі. При цьому вплив передається не на вихідний об'єкт, а на аналогічний йому. До зворотних зв'язків, де відбувається розділ не тільки в часі, а і в просторі, відносяться ланцюгові реакції, зокрема ядерні, взаємодія потоку і русла в процесі меандрування русла, спадкування мутацій дітьми від батьків, передавання знань між поколіннями. Те, що кожне покоління в результаті завершення циклу зворотного зв'язку передає збільшені знання (чи мутації, чи традиції) не самому собі, а своїм нащадкам, не міняє суті справи. Процес приводить до таких же результатів і описується тими ж рівняннями, що якби зв'язок був замкнутий у просторі.

В природі часто трапляються випадки нелінійних залежностей. Нелінійність зворотних зв'язків може призвести до того, що гармонійні осциляції змінних будуть замінені неправильними коливаннями навколо однієї чи кількох точок із виникненням так званого ефекту "дивних атракторів". Траєкторія перестає замикатися після кожного циклу, в одних випадках не виходячи за межі поля стійкості, а в інших - усе більше віддаляючись від початкової точки [Арманд А.Д., 1988, с. 35-38].

Є ще кілька типів зворотних зв'язків Щружинин В.В., Конторов Д.С., 1976]. Регулятор може грунтуватися на детермінованій чи випадковій залежності. Випадкова залежність може бути статистично стійкою чи нестійкою. Зворотний зв'язок може бути адаптивним, тобто виникати в ході навчання (умовний рефлекс). Розрізняють згладжені та порогові зв'язки. В останньому випадку регулятор починає діяти лише після того, як змінна стане більшою чи меншою деякого порогового значення. Іноді зворотний зв'язок реагує лише на збільшення чи лише на зменшення змінної.

Різноманітність типів негативних зворотних зв'язків та конкретних реалізацій їх у навколишній дійсності достатньо свідчить про важливість самого принципу такого регулювання. Жива і нежива природа, суспільні структури, техніка багаторазово "запатентували" регулятори, що ґрунтуються на зворотному зв'язку. Перевага, яку дає цей механізм, - збільшення шансів вижити в обстановці шуму, включаючи шум з боку конкуруючих систем [АрмандА.Д., 1988, с. 38-40].

Позитивний зворотний зв'язок. Системи з позитивним (автокаталітичним) зворотним зв'язком зустрічаються значно рідше, ніж системи з негативним зворотним зв'язком. Часто системи, керовані автокаталітичним зв'язком,

виглядають "самогубцями". Вони існують якісь миті, з величезною швидкістю поглинають накопичену за тривалий час енергію чи інший вид ресурсу і, вичерпавши запаси, зникають. Так відбувається електричний розряд у формі блискавки, так "розряжають" атмосферну нестійкість тропічні циклони. Так у ланцюговій реакції знищує себе ядерний заряд. Не так стрімко, але так же неухильно знищують себе екосистеми мілководних озер, заповнюючи котловину органічними залишками. Автокаталітичний ріст горбів-булгуньяхів (гідролаколітів) закінчується розтріскуванням крівлі, нерідко з вибухом, виливанням ґрунтових вод, після чого ці утворення вступають у фазу поступового руйнування.

Проте позитивний зворотний зв'язок виконує ряд важливих функцій у динаміці природи й суспільства, а також у техніці. Цей механізм виявляється незамінним там, де потрібно за мінімальний час розгорнути якийсь процес на повну потужність і потім підтримати його в цьому стані, не даючи спадати напруженню. У фізіології це мобілізація організмів на готовність до дії, підтримання стану сну чи неспання. Це також здатність організмів до експонентного збільшення чисельності популяцій, названа В.І.Вернадським "тиском життя". Для видів живих організмів така здатність має велике пристосувальне значення, бо дає можливість за невеликий час захопити чомусь іще не зайняту нішу, "нічийну" територію.

Позитивним зворотним зв'язком значною мірою керується саморозвиток системи ґрунт - рослинність, особливо на перших стадіях формування біогеоценозів. Кожен із партнерів у цьому тандемі стимулює розвиток іншого і через нього - свій власний. Надалі цей зв'язок іноді переходить у негативний. Такий повний цикл триває кілька тисячоліть, що в масштабах планетарного часу - миттєвість.

Зв'язками автокаталітичного типу зумовлене порівняно швидке відновлення природних ландшафтів після різних порушень ~ за умов, що порушення оборотні й швидкість повторних порушень не перевищує швидкості природної реставрації.

Ні рослинам, ні тваринам, які збільшують свою чисельність за автокаталітичною схемою, самознищення, як правило, не загрожує. Для розмноження організми використовують відтворювані природні ресурси, швидкість надходження яких обмежує зростання популяції. Зовнішнє обмеження не дає системі розвиватися безконечно. Досягнувши можливого максимуму, процес підтримується потім на тому рівні як ланцюгова реакція в ядерному реакторі.

Однорідні системи. Принцип найщільнішої упаковки. Більшість однорідних систем об'єднана розгалуженою мережею конкурентних зворотних зв'язків. У розвинутому біоценозі завжди не вистачає світла, місця, інших життєво важливих ресурсів. В таких умовах неминуча конкуренція.

В абіотичних системах спостерігається деяка схожість, хоч вони не здатні розмножуватись. Йдеться про множини водозбірних і снігозбірних басейнів суші, про системи турбулентних вихорів на воді та в атмосфері. Достатні опади та поверхневий стік формують русла і водозбори всюди, де вони ще не встигли виникнути. Такі процеси також створюють "натиск" однотипних утворень, подібний тискові живих організмів. Так само заповнюється саморегульованими системами весь доступний простір, вони все тісніше сусідять один з одним, вступаючи у взаємодії, подібно конкуренції живих істот. "Конкуренція" річкових басейнів може бути виявлена у зміщенні вододілів у бік менш потужного водотоку чи навіть у перехваченні верхів'їв. "Конкуренція" серед хвиль піщаних брижів чи пасом виявляється у поглинанні менше розвинутих форм більш розвинутими.

В результаті взаємодії елементів однорідних систем виникає тенденція до їх рівномірного розподілу у просторі. Потреба у певному мінімумі простору, очевидно, є фундаментальною властивістю саморегульованих систем.

Проблема знаходження компромісу між вимогою максимально ослабити негативні взаємовпливи і тенденцією до зближення приводить в однорідних системах до реалізації принципу найщільнішої упаковки. За пропозицією Ю.М. Свірєжева [Свирежев Ю.М., Логофет Д.О., 1978] цей принцип названий іменем Мак-Артура, який найчіткіше сформулював його стосовно до завдань екології.

Приклади та закономірності найщільнішої упаковки на двомірній поверхні (на поверхні Землі) є окремим виявом того ж правила в його багатомірному вираженні. У застосуванні до систем соціального рівня цей принцип відіграє немалу роль як провідна нитка при дослідженні процесу саморегулювання. Зокрема, проблемам найщільнішої упаковки присвячена теорія центральних місць Кристаллера-Леша.

Саморегулювання та самоорганізація. Саморегулювання та множинність зв'язків є способами збереження систем в умовах шуму. Саморегулювання здійснюється до тих пір, поки існує структура, яка здатна нейтралізувати шкідливі впливи. Однак можливості внутрішніх механізмів систем у будь-який момент можуть виявитись недостатніми і система буде зруйнована. Негативним чинником-шумом, спрямованим на ландшафтну систему, можуть бути космічні, тектонічні, кліматичні впливи, принципово не обмежені у своїй інтенсивності, хоч із збільшенням їхньої сили зменшується частота прояву. Тим більш руйнівними виявляються випадкові поєднання двох і більше впливів.

Збереження систем із подоланням звичайних та великих імпульсів забезпечується копіюванням, численним дублюванням інформації (у біотичних системах - розмноженням) та самоорганізацією. Ці дві властивості взаємно доповнюють одна одну і майже не існують одна без іншої, хоч виникли вони, ймовірно, в різний час. Властивість копіювання інформації з використанням уже усталених поєднань елементів як матриць властиве кристалам, складним органічним молекулам.

Самоорганізація як процес добору стійких варіантів із різноманіття, створеного шумом, є скрізь, де існує більш-менш організована в структури матерія. Результати самоорганізації, відокремленої від розмноженння, -самоорганізовані конструкції - досить вразливі для процесів дезінтеграції.

Процес ускладнення самоорганізації (атоми - молекули - складні молекули -кристалічні структури і т. д.) робить ускладнені системи менш міцними, тому цей процес не міг зайти далеко. В живій речовині вдало поєднались здатність до самоорганізації із можливісю генотипного відтворення біотичних структур. Ланцюги вдосконалення біотичних сіруктур, що підлягають самоорганізації, надзвичайно подовжились, ідучи в нескінченність. Окремі епізоди самоорганізації злились у конвеєр еволюції.

Системи, які вивчає сучасна географія - природно-соціальні, вони переважно відносяться до найскладніших. їх виникнення прийшлося на кінець еволюції ландшафтної оболонки Землі. Це був ніби підсумок послідовних самоорганізацій протягом мільярдів років.

Еволюція самоорганізованих систем постає як діалектичний двоєдиний процес. З одного боку, спостерігається послідовне підвищення автономії систем. Процес створення нової інформації все менше залежить від зовнішніх умов, від сприятливого випадку. Умови для самоорганізації все більше готуються раніше створеними структурами. З іншого боку, збільшується потреба створених структур у вільній енергії, у "будівельній" речовині певної якості та у вільному просторі для забезпечення обміну речовин і розмноження. Підвищується захищеність систем від зовнішнього шуму, але одночасно зростає породження шуму внутрішніми джерелами. Паралельно зі "звільненням" від впливу середовища йде посилення залежності від нього за іншими зв'язками [Арманд Л.Д., 1988].

Синергетичний досвід геохіміків-ландшафтознавців

За визначенням А.І.Перельмана, наука, сформована в працях І.Пригожина, Г.Хакена та інших, синергетика - вивчає процеси самоорганізації в різних системах. У природі самоорганізація найяскравіше виражена у тварин, у яких вона забезпечується багатьма зворотними зв'язками на основі нервової, кровоносної та інших систем.

Застосування синергетичного підходу до вивчення ландшафтно-геохімічних систем ґрунтується на ототожненні геохімічного ландшафту із самоорганізованою системою. Геохімічний ландшафт - це складна, відкрита, динамічна, різко нерівноважна, але впорядкована система земної поверхні з багатьма позитивними і негативними зворотними зв'язками [Перельман А.И., 1995, с.10]. Самоорганізація геохімічого ландшафту знаходить вираз у його цілісності, емерджентності, нелінійності співвідношень, відносній самостійності - здатності зберігати основні властивості при зміні зовнішніх умов (у першу чергу макроклімату). Процесами самоорганізації визначається стійкість ландшафту, сталість його структури і функцій. У геохімічному ландшафті реалізуються головні особливості дисипативних структур -відкритість, наявність зворотних зв'язків і кооперативна взаємодія компонентів [Перельман А. И, 1995; Перельман А.К идр., 1996].

Відносна самостійність ландшафту, що виникає у процесі самоорганізації, характеризується збереженням ландшафтної структури і функцій при зміні зовнішніх факторів - тектоніки, клімату тощо. Цим пояснюється існування реліктових ландшафтів, як, наприклад, соснових борів у степах - реліктів більш вологої епохи. Хоч макроклімат і став сухішим, у лісі підтримується велика вологість повітря, сніг тане повільніше і лісова рослинність сберігається, тобто ландшафт "чинить опір" зміні макроклімату.

Сутність самоорганізації природних геохімічних ландшафтів. Процеси самоорганізації призводять до узгодженості (когерентності) основних компонентів ландшафтів: організмів, приземної атмосфери, поверхневих і ґрунтових вод, ґрунтів і кір вивітрювання. Це визначає цілісність (емерджентність) ландшафту: його керованість, стійкість, саморегульованість, постійність структури і функцій. Ці процеси найбільше вивчені в природних умовах, тобто в тайгових, тундрових, степових, пустинних та інших ландшафтах, які є основними об'єктами спеціального ландшафтознавчого вивчення і загального ландшафтознавства, а також геохімії ландшафтів. Понятійна модель геохімічного ландшафту охоплює згадані взаємодіючі підсистеми, на які, і на ландшафт у цілому, діють потік сонячної енергії, гравітаційне поле, вертикальні та горизонтальні тектонічні рухи.

Головним механізмом самоорганізації природних ландшафтів і біосфери в цілому слугує біотичний кругообіг атомів. В геохімічній роботі живої речовини - у біотичному кругообігові атомів - полягає сутність самоорганізації природних геохімічних ландшафтів. Такий обіг атомів складається із двох протилежних процесів: утворення живої речовини - і розкладу органічних речовин. Провідна роль біотичного кругообігу визначається тим, що при фотосинтезі в рослинах акумулюється сонячна енергія, яка в ході розкладання органічних речовин перетворюється в енергію геохімічних процесів. Чим більше в ландшафті живої речовини, чим енергійніші процеси розкладу органічних сполук, тим більше вільної хімічної енергії поступає в ландшафт, тим енергійніше ґрунтоутворення, вивітрювання та інші процеси, тим міцніші зв'язки між компонентами ландшафту, - і тому вища його самоорганзація.

Продукти розкладу органічних речовин поступають у ґрунтові, підземні та поверхневі води, збагачують їх фульвокислотами, вуглекислим газом та іншими активними сполуками. Так, води збагачуються трансформованою сонячною енергією, поглинутою при фотосинтезі, і водна міграція пов'язує між собою фунти, кору вивітрювання, континентальні відклади, ландшафти привододільних просторів, схилів, долин, водойм. В результаті утворюється єдина динамічна система, яку Б.Б.Полинов назвав геохімічним ландшафтом [1956]. У зв'язку з тим, що розкладання органічних речовин протікає безперервно, вільна хімічна енергія постійно поступає в ландшафт і здійснює геохімічну роботу. Ентропія ландшафту зменшується. Отже, чим більше розкладається геохімічних речовин, тим інтенсивніше відбувається взаємодія підсистем ландшафтного утворення і тим більша цілісність ландшафту.

Ступінь самоорганізації біогенного геохімічного ландшафту. В загальному випадку самоорганізація системи тим вища, чим більше треба докласти зусиль для виведення системи із стаціонарного стану, для порушення зворотних зв'язків. З цих позицій великою є самоорганізація у вологих тропіках із їхніми/потужними зворотними зв'язками і малою - в тундрі, в пустинях, природа яких вразлива і важко відновлюється при порушенні. Це дає можливість увести поняття про ступінь самоорганізації геохімічного ландшафту і розглянути шляхи його кількісного оцінювання. З огляду на те, що в геохімічному ландшафті провідне значення мають елювіальні (автономні) елементарні ландшафти, А.І.Перельман розглядав саме їх властивості, які багато в чому визначають і своєрідність підпорядкованих елементарних ландшафтів, тобто зв'язки за латераллю.

Тайговий, тундровий, степовий, гірсько-лучний та інші типи ландшафтів -це в першу чергу різні типи біотичного кругообігу, різні рівні самоорганізації. Рівновага в фізико-хімічному значенні можлива лише на окремих ділянках як локальна рівновага, а система в цілому при цьому залишатиметься нерівноважною. Чим більше в ландшафті створюється органічних речовин, тим далі він від рівноваги, тим вища його самоорганізація. Найвища вона в лісових ландшафтах, серед яких максимальна - у вологих тропіках; мала - в пустинях, високогір'ях та інших ландшафтах, які особливо бідні органічною речовиною. Звідси витікає необхідність визначення кількості живої речовини в ландшафтах і пов'язаних з нею закономірностей [Перельман А.И. и др._у 1996].

Біомаса Б і щорічна продукція П - це основні кількісні характеристики живої речовини ландшафту та найважливіші параметри самоорганізації природних ландшафтів [Перельман А.И., 1995]. Із зростанням Б збільшується і самоорганізація систем, до яких входить компонентом Б. Але Б визначає ступінь самоорганізації С не повністю, принаймні прямої залежності тут нема. Наприклад, у тундрах і степах біомаса часто однакова, але ступінь самоорганізації різко відмінний. С залежить також від щорічної продукції П:

Геохімічні та інші природні чинники самоорганізації А.І.Перельман наголошував, що найважливішим чинником самоорганізації є біотичний кругообіг атомів, який, у свою чергу, залежить від клімату, будови надр, рельєфу. "Ці фундаментальні природні фактори визначають термодинамічні умови міграції хімічних елементів, кібернетичні характеристики процесів, геохімію природних вод та інші особливості міграції. При цьому майже кожному фактору, що посилює самоорганізацію, протистоїть його протилежність, яка послаблює величину С (таблиця 3) [Перельман АЖ, 1995, с. 12].

Важливим лімітуючим чинником самоорганізації є надходження до ландшафту біотично важливих елементів. їх джерелом можуть бути гірські породи, атмосферні опади, продукти вулканізму, поверхневий і ґрунтовий стік. У біотичному кругообігові атомів давно встановлено значення азоту, фосфору, калію, кількох рідкісних елементів.

Таблиця 3. Чинники посилення та послаблення самоорганізації ландшафтів (за А.І.Перельманом, 1995)

Посилюють самоорганізацію Послаблюють самоорганізацію

Кібернетичні та термодинамічні фактори

Зростання негативних зворотних Зростання позитивних зворотних зв'язків,

зв'язків, нерівноважності, лінійних зменшення нерівноважності, нелінійності,

співвідношень; зменшення ентропії зростання ентропії

Вплив геохімічних особливостей вод

Посилення окислювальних процесів Посилення відновлювальних процесів

Нейтральне і слаболужне середовище Сильнокисле або сильнолужне

середовище

Кліматичні зміни

Тепла гумідизація Аридизація, холодна гумідизація

Зміни в будові надр

Тектонічні опускання, послаблення Тектонічні підняття,

ерозії в умовах збереження посилення ерозії

окислювального середовища у водах

Одноманітність гірських порід і Різноманітність порід, складна тектоніка і

тектоніки стратиграфія

Особливо наочна їх роль у багатьох гумідних ландшафтах із характерним для них кислим вилугуванням. Такі, наприклад, вологі тропічні й тайгові ландшафти, сформовані на безкарбонатних породах. Тут рослини і тварини, як правило, знаходяться на "голодному мінеральному пайку" і саме тому надходження в ландшафт ззовні дефіцитних елементів призводить до різкого зростання ПтаБ- важливих складових самоорганізації ландшафтних утворень.

Особливо різко виражений дефіцит елементів у районах поширення кварцевих пісків - у поліських ландшафтах помірного поясу, в падангах тропіків, де дефіцит кальцію та інших елементів знаходить вираз і в малій біомасі рослинності, і в бідності тваринного світу. Будь-яке додання до біотичного кругообігу атомів елементів, яких недостатньо, призводить до "вибуху біотичної продуктивності", до збільшення видової різноманітості, тобто до зростання самоорганізації. Особливо наочне це при формуванні ландшафтів на карбонатних породах: і в тропіках і в помірному поясі енергійна міграція та акумуляція типоморфного елемента - кальцію - викликає справжню "геохімічну революцію". Такі продуктивні ландшафти освоювалися в першу чергу: ліси вирубувались, швидко росло населення, виникали міста, розвивалась культура. Різко змінювався навіть зовнішній вигляд місцевості: антропогенні ландшафти класу кальцієвих (на карбонатних породах) у лісовій зоні помірного поясу характериз>югься відкритістю і в порівнянні з навколишніми тайговими ландшафтами класу кислих справля^враження далекого півдня. А.І.Перельман наводить приклади: це іжорські ландшафти силурійського плато південніше Петербурга, район міста Каргополя в Архангельській області, ландшафти на пермських червоноколірних відкладах у Приураллі та ін. Тут виявляє себе загальний геохімічний закон: кисле еилугування ґрунтів зменшує самоорганізацію, а надходження в ландшафт кальцію та інших біотично важливих елементів збільшує її [Перельман А.И., 1995, с. 13].

Надходження в ландшафт біотично важливих елементів характерне також для дельт рік і районів вулканізму: у вологих тропіках, наприклад, ці ландшафти відзначаються високою родючістю ґрунтів, густим населенням, ефективним сільським господарством. В дельтах рік поживні для рослин речовини доставляються регулярно з родючим намулом і тому не випадково в дельтах Янцзи в Китаї, Меконгу і Червоної ріки в Індокитаї, Гангу в Індостані ще в давнині виникли держави з густим населенням. Велика також роль вулканізму: незважаючи на небезпеку вивержень, що нерідко призводять до загибелі великих мас людей, ці райони відзначені винятковою густотою населення. Причина полягає в постійному оновленні ґрунтів завдяки вулканічному попелу, який легко вивітрюється і забезпечує надходження кальцію та інших елементів у ландшафт. В результаті - висока родючість ґрунтів, здатних прогодувати велику кількість людей. Класичний приклад -острови Індонезії Ява і Суматра. Для Яви характерний активний вулканізм, розвинуте сільське господарство, висока густота населення, в той час як на Суматрі вулканізм слабший, нижча родючість зольних грунтів і освоєна вона менше [Перельман А.И., 1995, с. 15].

Періодична система природних геохімічних ландшафтів. Така система вибудувала АІ.Перельманом на матричній основі, з використанням як координат матриці термосерій та гідросерій ландшафтів. Автор відзначив, що подібні побудови мають свою історію. Досвід попередників - це опрацювання А.А.Григор'євим і М.ІБудико [1956] періодичної системи типів ландшафтів та ЦТ.Віденським [1961] - періодичної системи типів ґрунтів. Комбінаторно використавши ряди ландшафтів гідросерій (вологі ліси - змінно-вологі ліси -ксерофтні ліси та рідколісся - типові саванни і степи - сухі саванни і степи -опустинені саванни і степи - пустині) і термосерій (тропічні - субтропічні -помірно теплі - помірно холодні ландшафти), автор зміг опрацювати ґрунтовнішу систематику ландшафтних відмін, ніж у попередників. У межах однієї термосерії ряди ландшафтів характеризуються великою різноманітністю ступеня самоорганізації: тропічні ландшафти вологих лісів мають найбільшу самоорганізацію, ландшафти тропічних пустинь - найменшу. Подібна картина спостерігається у кожній гідросерії. Ландшафти-аналоги із близьким ступенем зволоження, але різко відмінні за термічними умовами, теж мають різну самоорганізацію; її ступінь спадає в такій послідовності: вологі тропіки і субтропіки - широколистяні ліси помірної смуги - ландшафти помірно континентальної тайги. Найважливіша особливість матричної систематики -прогнозування нових процесів. Це шлях інтерполяції та екстраполяції, що дає можливість прогнозувати нові типи і родини ландшафтів та відповідний їм ступінь самоорганізації.

Аналіз параметрів Б, /7 і С дав можливість сформулювати основний закон самоорганізації природних ландшафтів: самоорганізація тим більша, чим більше в ландшафтах живої речовини (біомаси) Б, щорічної продукції П, чим енергійніший біотичний кругообіг атомів, і тим менша, чим енергійніші рельєфоутворюючі процеси, чим різноманітніша будова надр (гірські породи, тектоніка, стратиграфія) [Перельман А.И., 1995; Перельман А.К и др., 1996]. Автор цього визначення (формулювання його підредаговане з метою уникнути неточних термінологічних означень понять) вважає, що цей закон поширюється і на самоорганізацію інших систем біосфери.

Ступінь самоорганізації та класи геохімічних ландшафтів.

Б.Б.Полинов довів, що міграція хімічних елементів, так званих водних мігрантів, може визначати найважливіші геохімічні особливості ландшафтів: "Міграція цих елементів накладає яскравий відбиток і на грунти, і на місцеві води, і на рослинність, і пов'язує всі ці "риси ландшафту" між собою міцним причинним зворотним зв'язком" [Полынов Б.Б., 1956, с. 430]. Пізніше такі хімічні елементи були названі типоморфними, був сформульований принцип рухомих компонентів, згідно з яким до типоморфних відносяться елементи поширені (з високими кларками), що енергійно мігрують і нагромаджуються у ландшафті [Перельман А.К, 1975].

Типоморфними можуть бути і іони, і окремі сполуки. Так, у більшості ландшафтів тайги та вологих тропіків типоморфний водневий іон ("кислі" ландшафти), в чорноземних степах - кальцій, у солончаках - іони натрію, хлору та сірки (SО₄^2-). Типоморфні елементи визначають геохімічний клас ландшафту в межах відділу і типу: в тайзі та вологих тропіках ландшафти відносяться до класу кальційових (на деяких вапняках), кислих (на безкарбонатних породах, особливо на кварцевих пісках), кислих глейових (заболочені низовини). В гумідному кліматі ландшафти класу кальційових поступово збіднюються кальцієм і протягом тривалого часу перетворюються в ландшафти класу кислих. Цим визначається існування ландшафтів перехідного класу воднево-кальцієвих (Н - Са), які характерні, наприклад, для європейської тайги, в районах поширення карбонатної морени.

Ландшафти кожного класу характеризуються особливим ступенем самоорганізації, причому в гумідному кліматі ступінь самоорганізації С зменшується в послідовності від класу кальційових до класу кислих глейових (у вологих тропіках, широколистяних лісах, тайзі, тундрах):

Са > Н = Са > Н⁺ = Fе²⁺.

В аридних ландшафтах найбільша самоорганізація характерна для класу кальційових, менша - для класу кальційово-натрійових із солонцюватими і солончакуватими ґрунтами, ще менша - для солонців і мінімальна для шорових солончаків. Це аридний ряд чорноземних, сухих, субтропічних степів, саванн і пустинь [Перельман А.К идр., 1996]:

Са²⁺ > Сa²⁺ = Na⁺ > Nа⁺ = ОН > Nа⁺ Сl^- = SО₄^2-

ботанічної систематики, а вона в свою чергу - правильність геохімічного підходу. Цінність геохімічного Геохімія ландшафтів і суміжні наукові знання. Аналіз параметрів самоорганізації БтаП дав можливість А.І.Перельману виділити великі таксони геохімічних ландшафтів — групи, які загалом відповідають таксонам геоботанічної систематики. Це, очевидно, пояснюється тим, що ліси, степи, луки та інші виділи ботанічної систематики є різними типами біотичного кругообігу атомів і геохімія ландшафтів, таким чином, підтверджує правильність підходу полягає в тому, що він дав можливість установити об'єктивні й зокрема кількісні критерії вичленування таксонів - груп, типів і відділів геохімічних ландшафтів (на основі величин Б, П та відношення логарифмів їх - К).

Важливими складовими ландшафту є геохімічні бар'єри. Вони, як правило, збільшують його самоорганізацію, зменшують ентропію; можливі й зворотні співвідношення, наприклад, при засоленні ґрунтів, тому використання теорії геохімічних бар'єрів при аналізі процесів самоорганізації є перспективним. Особливо важливе створення штучних техногенних бар'єрів при вирішенні екологічних завдань, оскільки ці бар'єри дають можливість локалізувати забруднення навколишнього середовища.

Процеси денудації, пов'язані в першу чергу з діяльністю рік, призводять, як відомо, до еволюції рельєфу гірських країн до стадії майже рівнини (пенеплену). Цей цикл, названий іменем Девіса, загалом спрямований на збільшення самоорганізації ландшафту за умов незмінності кліматичних умов і збереження окислювального середовища в елювіальних ландшафтах (якщо пенепленізація призводить до заболочення, то самоорганізація може зменшуватись). Але щодо загальної тенденції А.І.Перельман відзначає, що зменшення енергії рельєфу, площинного змиву та ерозійного розчленування підвищує головні параметри самоорганізації - Б і Я.

А.І.Перельман розглядає геохімічний ландшафт як модель біосфери в цілому: адже сутність біосфери також полягає в роботі живої речовини - в біотичному кругообігові атомів, процесах утворення і розкладу органічних речовин. Тому поняття про самоорганізацію, про параметри Б та Я може бути поширене і на біосферу. Звідси витікає роль геохімії ландшафту як найважливішої складової геохімії біосфери. Ландшафт займає порівняно обмежений простір і легко піддається дослідженню, чого не можна сказати про біосферу в цілому. Важливе значення має і велика різноманітність ландшафтів, що також повинне сприяти виявленню різних геохімічних особливостей біосфери. Для пізнання геохімії біосфери найбільше значення має характеристика самоорганізації ландшафтів із максимальною величиною Б та Я Інакше кажучи, особливо велике значення для вивчення геохімії біосфери має аналіз геохімії лісових ландшафтів вологих тропіків із їхньою найдосконалішою самоорганізацією.

Самоорганізація антропогенно змінених ландшафтів. На думку А.І.Перельмана, оптимальний техногенний (антропогенно змінений) ландшафт характеризується високою самоорганізацією, що забезпечує його цілісність і стійкість. За типом параметрів самоорганізації техногенні ландшафти чітко поділяються на дві великі сукупності.

До першої сукупності відносяться агроландшафти, лісогосподарські, пасовищні, деякі рекреаційні ландшафти, в яких, як і в місті, головними параметрами самоорганізації є біомаса Б та щорічна продукція живої речовини Я. Самоорганізація тут в основному визначається біотичним кругообігом атомів, ландшафти підлягають основному закону самоорганізації, з таким доповненням: самоорганізація антропогенно змінених ландшафтів першої сукупності тим більша, чим більша їхня біомаса, щорічна продукція, чим інтенсивніший їхній біотичний кругообіг, і тим менша, чим енергійніші рельєфотворчі процеси, різноманітніша будова надр і деструктивніша господарська діяльність (ерозія грунтів, антропогенне засолення та заболочення тощо). Обсяги параметрів Б та П тут можуть дуже відрізнятися від природних умов, тому, наприклад, є агроландшафти з вищою самоорганізацією, ніж у природі (оазиси в пустині, осушені болота тощо), і зворотні співвідношення, коли самоорганізація змінених ландшафтів різко зменшується в порівнянні з вихідними природними (антропогенний бедленд на місці колишніх лісів). Те ж стосується лісогосподарських, пасовищних та деяких інших змінених ландшафтів. Методологія і конкретна методика вивчення їхньої самоорганізації відомі: через характеристики параметрів Б, П та їхніх похідних - різних коефіцієнтів (К, Б/П та ін.). Це чергове завдання вивчення геохімії конкретних ландшафтів.

Для другої сукупності, для власне техногенних ландшафтів характерні принципово відмінні процеси самоорганізації. Параметри Б і П тут не мають визначального значення. Такими є міста, дорожні, гірничопромислові та інші подібні ландшафти. Механізм їхньої самоорганізації поки що не вивчений, хоч навряд чи можна сумніватися в застосуванні до них цього поняття. Майже в усіх ландшафтах тут є біогенні компоненти - сади і парки в містах, на рудниках і т. д. В цих функціональних зелених смугах процеси самоорганізації аналогічні ландшафтам першої сукупності. Важливо, щоб такі смуги відзначалися високою самоорганізацією і одним із завдань геохімії техногенних ландшафтів є створення теорії формування таких смуг [Перельман А.И. и др., 1996].

Загалом на шляху використання поняття про самоорганізацію, синергетичного дослідження самоорганізації на основі законів нерівноважної термодинаміки А.Шерельман вбачає можливість подальшого опрацювання не лише теорії природного геохімічного ландшафту, але й актуальної проблеми оптимізації техногенного ландшафту, вирішення екологічних завдань боротьби із забрудненням навколишнього середовища.

Емерджентність ландшафтних утворень

Мало вивченій властивості емерджентності, зокрема ландшафтних утворень і їхніх геоі&їпонентних складових присвячено небагато публікацій. Але в них, як правило, простежується чіткий зв'язок емерджентних властивостей об'єктів дослідження та інших сутнісних рис і особливостей, які звичайно є в полі зору при синергетичному дослідженні.

Просторово-часова емерджентність. Просторово-часову емерджентність розглянув В.А.Боков [1993], називаючи нею набуття геосистемою нових якостей під впливом просторових і часових властивостей. "Аналіз усієї сукупності фактів про вплив просторових і часових характеристик на властивості геосистем дав можливість установити, що основі цих виявів відповідає кілька головних принципів: некомутативності, компенсації, додатковості, неінваріантності відносно перетворення масштабу, симетрії -дисиметрії, "тиску місця". "Уречевлення" просторово-часових відношень реалізується різними шляхами, однак в усіх випадках виявляють себе структурно-інформаційні ефекти" [Боков В.А., 1993, с. 47].

Згрупувавши ефекти, пов'язані з просторово-часовою емерджентністю геосистем, В.А.Боков виділив серед них такі, що координуються, зокрема, з розмірами геосистем (довжиною, шириною, площею, об'ємом). Вони мають визначальне значення при самоорганізації поверхневого стоку і водних потоків, при формуванні випаровування з водної поверхні чи зволоженої поверхні суші (нелінійна залежність, пов'язана з дією крайових ефектів), а також при переміщенні речовини в ландшафтній оболонці, в якому знаходить яскравий вияв принцип компенсації [Мильков Ф.Н._У 1988].

Розміри об'єктів виявляють себе в ефектах континентальності, які зростають із збільшенням розмірів материків і є максимальними в Азії.

Від площ чи розмірів геосистем у поперечнику залежить багато ландшафтних характеристик. Відомі дані, які свідчать про вплив розмірів островів на розвиток деревостанів на них, на кількість видів рослин і тварин; розміри та форми гірських країн впливають на трансформацію повітряних мас. Саме такі факти свідчать про вияв принципу неінваріантності відносно перетворення масштабу [Боков В.А., 1993]. В ландшафтній оболонці найістотнішим виявом дії цього принципу є співвідношення вертикальних і горизонтальних розмірів ландшафтних утворень. Із збільшенням розмірів геосистем зростає наближення їхньої стереометрії до пластино- і плівко-подібності. Теоретичне обгрунтування цієї закономірності виконали Н.А.Флоренсов [1978] і В.Н.Солнцев [1981].

Відповідно до принципу додатковості, найповніше опрацьованого в публікаціях В.А.Школаєва [1979 та ін.], додатковими є не лише явища, протилежні за знаком, але і явища різних рівнів (структур), які в сукупності утворюють деяке єдине ціле. Такими є, наприклад, елементи водозбору: водозбірна воронка, ерозійний канал, конус виносу (гирло).

Зв'язок просторових явищ із часовими дає багато прикладів переходу кількісних змін у якісні, що реалізується через порогові ефекти. Вони виявляють себе у стрибках, у переході інформації, закодованої у просторі, в інформацію часову. Такими стрибками є зміни феностанів, зміни станів геосистем у цілому, зникнення снігового покриву і відповідна різка зміна оптичних властивостей поверхні.

Інші емерджентні ефекти пов'язані з формою і орієнтацією геосистем відносно певних потоків та полів, що добре ілюструє річковий басейн із його конкретною площею, формою, висотою над рівнем моря, розчленуванням поверхні тощо та властивими для нього виявами дії принципу симетрії - дисиметрії [Боков В.А., 1993]. Зміна орієнтації довгої осі геосистеми відносно потоків і полів призводить до змін властивостей геосистеми. Зокрема, широтна орієнтація довгої осі невеликого водозбору в умовах середніх широт через неспівпадіння часу сніготанення схилів північної та південної експозиції формує згладжений максимальний весняний стік, а в меридіонально орієнтованих водозборів, де сніготанення схилів східної та західної експозиції практично одночасне, пік весняного стоку - різкий.

Роль форми геосистем в усталенні їхніх властивостей дослідив А.Ю.Ретеюм [1988]. У багатьох об'єктів, здавна досліджуваних географами, простежуються явища, які не можна пояснити процесами перенесення речовини, енергії та інформації. У таких випадках виникнення нових, емерджентних ефектів А.Ю.Ретеюм пов'язує з формою як універсальним атрибутом земних систем. Як свідчать факти, форма геосистем - це атрибут їхньої структури, значно істотніший атрибут, вищого рівня, ніж різноманітність геосистем. "Якщо різноманітність геосистем - це показник структури простого порядку, що порівняно легко перебудовується при зовнішніх впливах і в ході внутрішньої еволюції, то форма геосистем є більш стійкою характеристикою, яка відображає найкардинальніші властивості простору-часу. Перебудова форми відбувається лише при перебудові простору-часу геосистем, що потребує значних змін зовнішнього середовища і процесів внутрішньої еволюції.

На основі просторово-часової емерджентності виділено принцип некомутативності. Термін некомутативність вводиться як протилежний стосовно до комутативності - переміщувальності, тобто збереження результату математичної дії при перестановці його елементів" [Боков ВА., 1993, с. 50].

Принцип "тиску місця" зводиться до того, що положенням геосистеми, перш за все її віддаленістю від чинників впливу, визначається багато важливих властивостей [Родоман Б.Б., 1979].

Як зазначив В.Л.Боков [1993], емерджентна поява нових властивостей геосистем у всіх представлених випадках здійснюється по-різному. Однак всі ці випадки пов'язані зі впливом просторових і часових характеристик. Тому можна стверджувати, що простір і час є не лише наслідками природних процесів, а й їхніми причинами (чинниками).

"В цих, як і в багатьох інших випадках нові якості виникають ніби з нічого чи з "чистого" простору і часу. Це наводить на думку, що простір і час у кінцевому рахунку є специфічним чином закодована інформація чи структура, яка реалізується при певному поєднанні умов. Простір і час представляють собою свого роду матриці, які диктують шляхи руху об'єктів, забороняють, обмежують чи дозволяють певні комбінації географічних об'єктів. У цілому можна сказати, що речовинно-енергетичні та просторово-часові явища взаємно генерують одне одного, безперервно при цьому змінюючись" [Боков В А., 1993, с. 51].

Зв'язок емерджентностіз Інваріантністю, За переважаючими тлумаченнями в сучасній географії, за авторським визначенням [Пащенко В.М., 1993, с. 54], емерджентність слід розглядати як сутнісну властивість структурованих тіл, пов 'язану з виникненням інтегративних новоутворених якостей, які відсутні в кожній з інтегрованих складових чи в їхній сукупності. Емерджентність -властивість, важко вловлювана загалом і в ландшафтних комплексах зокрема. Тому її нерідко вважають категорією, яка відповідає дійсності лише за припущенням. Але наявний рівень знань про структуру та структурні новоутворення в ландшафтному комплексі дає можливість відійти від сфери припущень і за логічними побудовами та зіставленнями з'ясувати реальні параметри емерджентності у її співвідношенні з інваріантністю.

За визначенням автора, інваріантність - це просторово-часова властивість реального тіла, його структури, пов'язана з відношенням самототожності, відтворенням чи збереженням у просторі-часі сутності цього тіла [там же]. Емерджентність теж можна розуміти як властивість реального тіла і його структури, пов'язану з істотними співвідношеннями, але якісно новими. Емерджентними відношеннями просторово-часових структурних зрізів результуються новоутворення. Інваріант відмінний від структури своєю просторово-часовою відносністю, але прив'язаний до неї, утворює в ній ядро інваріантних зв'язків. "Емерджент" як співвідношення різночасових структурних зрізів також відмінний від структури, але і пов'язаний з нею - адже емерджентні новоутворення, як прийнято вважати, характеризують у першу чергу структуру об'єкта.

Яку частину структури звичайно відзначає своєю появою емерджентність - інваріантну (ядро) чи периферійну? Чи пов'язана емерджентність із інваріантністю?

Відповіді автор бачить такими. Якщо ландшафтне утворення характеризується розвинутою і стабілізованою структурою зі стійким інваріантним ядром, то структурні новоутворення найімовірніші на периферії структури. Якщо ландшафтний комплекс вступив у період нестійких станів, серед яких можливі й еволюційні, то в таких умовах новоутворення виникають у ядрі структури, яке раніше було інваріантним. При цьому емерджентним переродженням інваріантного ядра досягається формування нових змістовних властивостей ландшафтного утворення, що розвивається.

Отже, можна відзначити фіксований зв'язок між інваріантністю та емерджентністю: це зв'язок заміщення інваріантних складових структури емерджентними в інваріантному ядрі, що розпадається, і заміщення емерджентних складових інваріантними в інваріантному ядрі, що формується. Але ця схема не жорстка: для появи емерджентних властивостей не завжди є необхідні умови.

Через неясність механізму самовиявлення емерджентності її зв'язок із інваріантністю (зв'язок заміщення) треба розцінювати як можливий. Якщо ступінь сутнісної новизни, співвідносний із емерджентністю, відповідає саме еволюційним, перетворювальним змінам тіл, то зв'язок емерджентності з інваріантністю не викликає сумніву. При цьому емерджентні складові ландшафтної структури не тотожні варіантним, як і еволюційні - динамічним чи функціональним її складовим.

Про труднощі виявлення реальних емерджентних складових у структурі різнорангових ландшафтних утворень свідчить і розгляд рівня ландшафтно організованої природи. Багаті відмінностями його структурні підрівні -регіональний (проти локального) чи глобальний (проти регіонального) - у своїх просторово-часових аспектах фактично теж є відмінними, із зовсім іншими інваріантними співвідношеннями. Кожному підрівневі відповідають закономірно утворені характерні часи і простори його ландшафтних утворень, динамічних (процесів) і статичних (тіл). При переході дослідника від підрівня до підрівня нові структурні зв'язки, що розглядаються ним, які можна було б вважати емерджентними, насправді, швидше, виявляться вже не такими, а новоінваріантними. Всередині структурних підрівнів різнорангові ландшафтні комплекси (фації ~ урочища - місцевості; райони - області - краї та ін.) виділяються на дуже різнотипних основах, що стосуються сутнісного чи змістовного боку комплексів не стільки новими, скільки іншими рисами. Тут між різноранговими ландшафтними утвореннями ще не спостерігається достатніх відміностей, щоб вважати їх емерджентними. Тому залишається відкритим питання про емерджентність різнорангових ландшафтних утворень, як і про справжність їхньої іерархічності (на думку М.Д.Гродзинського, в ландшафтах не вдається простежити прямі відповідники всіх ознак ієрархічності, як її тлумачать математики).

Синергетичні знання в геоекологічному застосуванні

Зв'язок синергетики з геоекологією. Синергетична парадигма, синергетичний світогляд входять і в геоекологічні дослідження - в першу чергу нелінійністю мислення. Про багатоскладовий зміст ідеї нелінійності йшлось на початку цього підрозділу (с. 158) і йтиметься далі (с. 207).

Геоекологічне застосування синергетичних знань є відгуком на потребу вирішення складних проблем щодо розвитку природно-господарських систем, які мають блок невизначеності, і, як результат - багатоваріантність шляхів аналізу проблем, що виникають. Вирішення подібних завдань відбувається за рахунок активного розвитку експертного методу дослідження - як методу загально-наукового [Позаченюк Е.А., 1996, 1999]. За визначенням цього автора, під експертизою слід розуміти метод дослідження і вирішення проблемних ситуацій визнаними фахівцями в різних галузях знання, шляхом вибору найаргументованіших рішень.

Геоекологічна експертиза є необхідною ланкою наукового обгрунтування, забезпечення і верифікації сучасного природокористування. Вона повинна грунтуватися на добре знаних фундаментальних законах і закономірностях та враховувати новітні тенденції розвитку науки, зокрема синергетичні.

Можна стверджувати, що на сьогодні синергетичні розвідки в природничо-географічних науках реалізуються на передньому краї розвитку галузей знання, передовими дослідниками, які здійснюють пошуковий прорив або виконують найвідповідальніші соціальні замовлення прикладного змісту. В першому випадку можуть бути цільові, дисертаційні наукові дослідження, нерідко теоретичного змісту, або спрямовані на опрацювання навчально-наукових потреб. У другому випадку соціальним замовленням найчастіше буває геоекологічна експертиза.

Розвиток відкритих складних нерівноважних систем відбувається за єдиними для всіх таких систем законами - нинішній стан наукових знань дозволяє таке стверджувати. К.АЛозаченюк [1996] розрізняє кілька особливостей прояву такого розвитку стосовно до певних геоекоситуацій. Наведемо типові особливості прояву синергізму в розвиткові ландшафтних систем та відповідне їм синергетично-геоекологічне трактування таких типових випадків.

Синергетика антропогені іованих систем та їхня рівновага.

Антропогенно зумовлений розвиток відкритих складних нерівноважних систем заслуговує пильного синергетичного трактування. Прийнято вважати, що при еволюції геосистеми її стійкість підкоряється експоненціальній закономірності: вона спочатку різко збільшується, потім поступово стабілізується, але далі нелінійність розвитку знаходить вираз у невизначеності - геосистема переходить на новий виток еволюції. Але на практиці діє принцип самоорганізованої критичності системи і розвиток геосистеми йде стрибкоподібно: через зміну деяких стійких стадій при тривалих тенденціях зміни середовища. Цю тезу добре ілюструють ступінчасті сходи Пенка в еволюції схилу.

В розвиткові геосистеми під дією антропогенного навантаження також виділяються деякі стійкі стадії, які можуть тривати досить довго і відмежовуватись одна від одної порогами критичного стану. До того ж нижчі етапи організації геосистеми виявляються стійкішими до впливу зовнішнього середовища. Подібними є стадії дигресії та ренатуралізації біоценозів і геосистем. Геосистеми в своїх стадіях дигресії набувають захисних механізмів, що сприяють їхньому збереженню. Наприклад, збільшення ерозійної розчленованості схилів веде до зменшення господарського їх використання.

В синергетиці вважається, що розвиток іде, головним чином, не через нестійкість (хоч, безумовно, є стадія розвитку процесів, на якій вони нестійкі), а шляхом усталених еволюційних змін. По-справжньому стійкий природний розвиток і підтримуваний антропогенізований розвиток проявляється в динамічній збалансованій рівновазі потоків речовини, енергії та інформації і з середовищем, і між структурними частинами геосистеми. Баланс згаданих потоків між геосистемою та середовищем її існування дозволяє вбачати тут екорівновагу геосистеми, або геоекорівновагу. Геоекорівновага здебільшого зумовлена природним функціонуванням геосистем, в основі якого лежить їхня здатність до саморегулювання (самовідновлення та самоочищення). У сучасній системі природокористування слід прагнути до активізації властивості ландшафтів і природно-господарських систем у цілому до репродукції основних компонентів навколишнього середовища [Позаченюк ЕА._У 1999].

Дослідниця наголошує, що геоекорівновага підтримується перш за все за рахунок природних середовищеутворюючга комплексів: різнотипних лісів, чагарників, степових угруповань, аквальних комплексів тощо. Середовищеутворюючі комплекси можуть оптимально виконувати своє призначення, тільки складаючи систему на регіональному рівні. Локальні ж середовищеутворюючі комплекси не здатні повністю знешкодити антропогенне забруднення і відновити середовище життєдіяльності через незначні розміри їхніх ареалів.

Середовищеутворюючі ресурси як фактор саморегуляції ландшафтів. На думку К.Л.Позаченюк [1996, 1999], назріла потреба виокремлення природних ресурсів нового типу - середовищеутворюючих. Під середовищеутворюючими ресурсами слід розуміти природні ландшафтні комплекси та штучні природоподібні системи, які сприяють виконанню функцій саморегуляції середовища, створюють і підтримують умови, що забезпечують життєдіяльність суспільства і біоти в цілому. Середовищеутворюючими якостями при цьому наділений не стільки речовинний склад ландшафту, скільки його властивість формувати і підтримувати середовище життєдіяльності.

Середовищеутворюючі комплекси К.А.Позаченюк розглядає як виробничо-економічні цехи, вважає за можливе надавати їм статус виробничої природно-господарської структури та оцінювати вартість їхньої продукції. Причому тут вартість одержуваної продукції буде в багато разів переважати затрати на її виробництво. Економічна оцінка може базуватися на тих кількісних показниках компонентів середовища, які вони виробляють: кисню та інших речовин, біопродукції, а також на таких ефектах, як асиміляція забруднювачів, мінімізація процесів ерозії, регулювання водних ресурсів тощо.

При такому підході розпорядники середовищеутворюючих комплексів будуть володіти достатніми прибутками, щоб вкладати їх у відтворення середовищеутворюючих комплексів і одержувати нові прибутки. Якщо ж зацікавити їх у стабілізації якості середовища, то вони будуть вкладати кошти і в екологічно чистіші технологічні процеси чи системи виробничої екологічної інфраструктури. В кожному регіоні, залежно від його природних умов та рівня розвитку промисловості, потрібна своя за кількістю та якістю система середовищеутворюючих комплексів. Наприклад, якщо йдеться про лісові комплекси, то для гірського Криму процент лісистості повинен сягати 60 %, у передгірському Криму - 40 %, а в степовій його частині - 10 % [Позаченюк Е.А., 1996].

Еколого-синергетичні уявлення про ефект малих впливів. Ефект малих резонансних впливів - одна із характерних складових прояву синергізму. Щодо ландшафтних систем такий ефект можна виділити, виходячи із загальних синергетичних уявлень, поєднано, наприклад, із геоекологічними уявленнями.

Реакція ландшафтної системи на зовнішній вплив не завжди адекватна (пропорційна) прикладеній силі впливу. Малі, але резонансні впливи, узгоджені своєю природою із внутрішніми властивостями ландшафтної системи (і, власне, саме тому потенційно резонансні), можуть призводити до значно ефективнішого результату, ніж впливи сильні, але менш резонансні. При з'ясуванні належності малих впливів до потенційно резонансних слід враховувати мінімальні критичні параметри, здатні ще виявляти вплив на ландшафтні системи. Як підкреслює КЛЛозаченюк [1996], помилки в природокористуванні часто пов'язані зі звичкою лінійного мислення, далекої екстраполяції експериментальних висновків, отриманих щодо завужених просторово-часових масштабів.

Недоврахування цієї тези позначається і при нормуванні навантажень, коли не враховується часовий аспект малих за обсягами дій, зокрема, вплив гранично допустимих концентрацій шкідливих речовин на генофонд людства з одного боку, а з другого - недоврахування ефектів просторового чинника.

Зворотним боком такого процесу є гігантоманія при проектуванні та створенні природно-господарських територіальних систем.

Наведені кілька характерних випадків прояву та врахування синергічних, зокрема нелінійних закономірностей у розвиткові природно-господарських територіальних систем свідчать про нові можливості в управлінні природо­користуванням і частково виявляють механізм реалізації таких можливостей. Незаперечними є перспективність розвитку наукових уявлень про такі вияви синергізму і доцільність залучення синергетичних складових у концептуальні побудови щодо природокористування та його оптимізації.

Поширення світогляду, пов'язаного із синергетикою, знаменує собою становлення нової парадигми наукових досліджень - синергетичної. У світоглядному плані однією з перших виявляє себе ідея нелінійності. Вона веде до розуміння щонайменше чотирьох таких позицій:

1) багатоваріантності й дискретного характеру шляхів еволюції, тобто можливості не будь-якого шляху еволюції, а лише певного спектру цих шляхів;

2. появи несподіваних емерджентних змін спрямування перебігу процесів;

3. наявності принципу "розростання малого";

2. наявності порогів чутливості: нижче порогу чутливості все стирається, не залишається ніяких слідів у природі, а вище - все багаторазово зростає [Позаченюк Е.А., 1996].

Наукознавче узагальнення синергетичного досвіду

Галузевий спектр синергетичних досліджень. Представлений досвід природничих синергетичних досліджень багатий і різноманітний за своїми конкретно-науковими адресами. Вихідну інформаційну основу їх складають по суті загальнонаукові формалізовані, математично обгрунтовані власне синергетичні узагальнення здебільшого монографічного змісту. Вони виконані багатьма авторами, переважно зарубіжними, чиї праці опубліковані в 1970 - 1980-х роках європейськими мовами і перекладені у 1980-1990-х роках російською мовою. Це монографії Г.Хакена, І.Пригожина зі співавторами, В.Ебелінга. Також, як згадано на початку цього підрозділу, ряд поглиблених монографічних розвідок із синергетики створено і видано в СРСР та пізніше в країнах СНД: це переважно російськомовні видання.

Крім власне синергетичного напряму знань, більше природничо-загально-наукового, ніж конкретно-наукового, синергетичні дослідження отримали змістовний розвиток у багатьох біологічних науках, науках про Землю і Всесвіт.

Зокрема, з біологічних галузей знань синергетичне бачення виявилося конструктивним для екології та динаміки популяцій, для вчення про еволюцію живих організмів, онтогенез і філогенез, а також для вчення про морфогенез біоти.

У науках про Землю багата синергетична література складається в геології, дещо скромніша - в географічних науках: геоморфології, загальному землезнавстві, фізиці океану та фізиці атмосфери, у ландшафтознавстві, в кількох інтегративних напрямах фізичної географії - геофізиці ландшафтів, геохімії ландшафтів, геоекології.

Синергетичні трактування фізиків та астрофізиків значною мірою прислужились первинному розвиткові синергетики як особливої предметної сфери знань, яка продовжує розвиватись.

Нарешті, синергетичні ідеї проникли навіть у найновіші галузі знання, зокрема за межу традиційного наукового світобачення - в наукову езотерику, яка ставить своєю метою створення нової світоглядної доктрини.

Синергетика як загальнонауковий пізнавальний напрям і дослідницький підхід загальнонаукового методологічного рівня має свої закономірні атрибутивні наукознавчі складові, що однотипно простежуються в переважній більшості конкретно-наукових розділів синергетичного знання, у різних галузевих синергетичних напрацюваннях. Представимо ці атрибутивні складові: об'єктні, предметні, методичні, а також їхні науково-пізнавальні та науково-пошукові похідні.

Спектр об'єктів синергетичних досліджень. За первинним означенням Г.Хакена, прямим об'єктом синергетичного дослідження є сукупність подій, або, за термодинамічною термінологією - "ансамбль" реалій, який може змінюватися з часом; це певний вибірковий простір (вибірка), яку утворюють вибіркові точки - елементарні події стохастичної природи.

Головний об'єктний процес, головний специфічний вияв сутності, яка через той вияв підпадає під синергетичне дослідження, - це синергізм: спільна, кооперативна дія кількох чинників.

Головна об'єктна подія синергічного змісту - це процес самоорганізації, спонтанне утворення високовпорядкованих структур із зародків або навіть із хаосу. Самоорганізація протікає обов'язково за участю великої кількості об'єктних складових (атомів, молекул, складніших утворень - тіл, речовина яких перебуває у різних агрегатних станах) і, відповідно, відзначається сукупною, кооперативною дією - синергізмом. Антиподом самоорганізації є зростання з часом ентропії в замкнутих системах (зростання невизначеності, розупорядкованості, хаосу). Самоорганізація відбувається в живій і неживій природі. Вона є автоматичним процесом, при якому реалізуються комбінації подій, що з певного ряду причин є вдалими, "вигідними" для природи.

Системи різної природи, в яких виявляють себе загальні закономірності процесу самоорганізації, пов'язані з цілим рядом об'єктних рис, тобто властивостей досліджуваних сутностей: імовірністю, інформаційністю, випадковістю, необхідністю, нестійкістю, хаосом. Г.Хакен визначив хаос як нерегулярний рух, що описаний детерміністськими рівняннями. Хаос може бути чинником творення.

Синергетичними об'єктами є складні нерівноважні утворення з нелінійними процесами в них. Об'єктами синергетики є також ті складні системи, розвиткові яких властиві альтернативні шляхи та біфуркації.

При термодинамічному трактуванні процесів зростання ентропії та незворотних процесів розглядають в основному безперервні системи.

В синергетичному об'єктному полі зору Г.Хакена зустрічаємо матеріальні сутності, характеризовані фіксованою імовірнісною мірою - і стохастичними процесами, у яких імовірнісна міра змінюється з часом.

Загалом множина об'єктів така (починаючи з науки, в якій уперше вивчали синергізм). Біолого-синергетичні об'єкти: особини і популяції; умови, за яких співіснування популяцій виявляється можливим; екоумови виживання популяції; різні варіанти міжпопуляційних систем; біотичні системи, які зазнають процесів еволюції та морфогенезу.

Геолого-синергетичні об'єкти: мінерали, гірські породи, тіла різних рангів у земній корі та надрах і їхні середовища; умови виникнення і розвитку самоорганізованих утворень різних рангів у земній корі та надрах; незворотні процеси в утвореннях різних рангів у земній корі та надрах; процеси самоорганізації в тілах земної кори та надр; ієрархія процесів самоорганізації та самоорганізованих утворень у земній корі та надрах; просторові та часові структурні утворення різних рангів у земній корі та надрах; зв'язки та впливи в утвореннях різних рангів у земній корі та надрах; періодичність як міра самоорганізації в утвореннях різних рангів у земній корі та надрах; потокові геоматичні системи; зворотні зв'язки у відкритих нерівноважних системах земної кори та надр.

Геоморфолого-синергетичні об'єкти: самоорганізація, саморозвиток, саморегуляція процесів рельєфоутворення та форм рельєфу; динамічна рівновага у функціонуванні та динаміці рельєфу, в рельєфоутворенні загалом та пов'язані з цим зворотні негативні зв'язки і саморегуляція в рельєфоутворюючих процесах; позитивні зворотні зв'язки у рельєфоутворенні; механізми самопідтримки нерівноважного стану рельєфу, пов'язані з малими стійкими відхиленнями від станів рівноваги та еволюційними аспектами, зокрема з ускладненням, самовдосконаленням рельєфу; закономірності саморозвитку рельєфу і пов'язані з ними кількісні залежності між морфологією рельєфу та рельєфотворчим процесом, що їй відповідає; процеси самоорганізації структури з утворенням геоморфосистем різних рангів; просторовий перерозподіл речовини при функціонуванні геоморфосистем; процеси геоморфодинаміки загалом, авторегуляція в них.

Загальноземлезнавчо-синергетичні об'єкти: ландшафтна оболонка як геостат (за аналогією з хемостатом, термостатом, біостатом, гомеостатом -системами, які автоматично підтримують певний стан параметрів); загальний процес енергомасоперенесення в ландшафтній оболонці.

Фізикогеографічно-синергетичні та ландшафтознавчо-синергетичні об'єкти: геосистеми (ландшафтні комплекси різних рангів та їхні структурно-компонентні складові) як речовинно-інформаційні об'єкти; три типи взаємодій (зв'язків) між елементами системи: речовинні, енергетичні та інформаційні; системи, керовані позитивним (автокаталітичним) зворотним зв'язком; природно-соціальні системи ландшафтної оболонки як найскладніші об'єкти, досліджувані в синергетиці; просторово-часова емерджентність ландшафтних комплексів; зв'язок емерджентності з інваріантністю ландшафтів.

Ландшафтознавчо-геохімічні синергетичні об'єкти: геохімічний ландшафт як самоорганізована система, дисипативна структура - відкрита, з наявністю зворотних зв'язків і кооперативною взаємодією компонентів; біотичний кругообіг атомів (утворення живої речовини - і розклад органічних речовин) як головний механізм самоорганізації ландшафтних комплексів, біосфери і ландшафтної оболонки в цілому; тайговий, тундровий, степовий, гірсько-лучний та інші типи ландшафтів - як різні типи біотичного кругообігу, різні рівні самоорганізації; чинники посилення та послаблення самоорганізації ландшафтів, зокрема надходження до ландшафту біотично важливих елементів як лімітуючий чинник самоорганізації; геохімічні бар'єри, що збільшують самоорганізацію ландшафтів, зменшують ентропію; самоорганізація антропогенно змінених ландшафтів.

Геоекологічно-синергетичні об'єкти: розвиток природно-господарських систем; антропогенізований розвиток нерівноважних систем; підтримуваний розвиток і рівновага змінених геосистем; середовищеутворюючі ресурси як фактор саморегуляції ландшафтів.

Предметний спектр синергетичних досліджень. Предметну специфіку міждисциплінарного синергетичного наукового напряму та його пізнавально-дослідницького апарату складають знання про найістотніші, визначальні сутнісно-змістовніриси об'єктів синергетики; заодно це - головні теоретичні складові синергетики.

Об'єкти синергетики, означені Г.Хакеном, отримують такі відображення в предметних складових синергетичних досліджень: визначається ймовірнісна міра об'єктного вибіркового простору та з'ясовується функція розподілу числових значень окремих вибіркових точок, враховують випадкові величини, щільність імовірності досліджуваних сутностей, розподіл імовірностей тощо.

Головним теоретико-методологічним (предметним) положенням і головним дослідницьким принципом синергетики є принцип синергізму, який орієнтує дослідника на поєднане, спільне, кооперативне врахування недетермінованостей ~ і випадковостей, як таких, що заслуговують уваги п теоретичного осмислення.

Суто синергетичний і разом з тим етологічний (поведінковий) предмет цільового або частіше попутного порівняльного дослідження - це вражаючі аналогії у поведінці різнорідних об'єктів при переході від невпорядкованого стану до впорядкованого.

Ймовірність, інформація, випадковість, необхідність, хаос - реальні предметні складові синергетичного дослідження, які розкривають загальні закономірності процесу самоорганізації у системах різної природи.

Нелінійні процеси у складних нерівноважних утвореннях, як багато інших подібних предметних складових, можна трактувати і об'єктно, принаймні з огляду на потенційне цільове дослідження тих процесів; але в ролі динамічної властивості, притаманної нерівноважним системам, нелінійні процеси є типовим матеріальним предметом синергетичного дослідження.

Досліджуючи нелінійні процеси в складних нерівноважних утвореннях, слід звертати увагу на такі предметні складові синергетики: вивчати альтернативні шляхи та біфуркації розвитку складних об'єктних систем, самокерованість розвитку, враховувати хаос як можливий механізм еволюції, бути готовим до несподівано великої ефективності малих зусиль у нестійких системах, до резонансних результатів малих впливів на складні нерівноважні системи.

Мірилом ступеню кооперативної взаємодії та впливу всіх структурних і функціональних елементів системи виявляється емерджентний ефект, коли поза системою в окремо взятому елементі подібний вплив не відзначається.

Процеси зменшення організованості, властиві для закритих і відкритих систем, теж мають синергічні складові. Тому врахування зростання ентропії -і вивчення термодинаміки незворотних процесів у таких системах є ще двома типовими матеріальними предметами синергетичного дослідження.

Реалістична модель фізичної системи описує її через дисипацію і флуктуації. Флуктуаційно-дисипаційна теорема, яка гласить, що величина флуктуації визначається швидкістю дисипації, поєднує відразу два характерних матеріальних дослідницьких предмети синергетики: флуктуацію і дисипацію (лат. ЯисШаііо - хвилювання, безперервний рух; іїжіраііо ~ розсіюю).

Інші синергетичні дослідницькі предмети - з'ясування варіантів забезпечення стійкості систем, збереження та порушення певних елементів симетрії при збереженні інваріантності.

Одним із характерних синергетичних матеріальних предметів дослідження є біфуркація як розвилка, процес переходу від стійкої точки до точки нестійкої із можливою стійкою точкою. Таке явище може спостерігатися в найрізноманітніших за сутністю складних системах.

/ Центральними дослідницькими темами (предметами) синергетики Г.Хакен вважає організацію та самоорганізацію. Ці явища реального світу є водночас і об'єктами, і матеріальними предметами синергетики. Геоморфологи відзначили істотні предметні аспекти дослідження самоорганізації як такої - три стадії процесу самоорганізації:_самозародження організації, самопід/имання певного рівня організації, спонтанне ускладнення організації.

Більш другорядними, службовими предметами синергетики є фіксована імовірнісна міра - і стохастичні процеси, у яких імовірнісна міра змінюється з часом.

Важливе також з'ясування синергетичних ступенів свободи, в яких фізичні ступені свободи об'єднуються і система може еволюціонувати в результаті кооперативних взаємодій. Ряд предметів характеризує конкретно-наукові інтегративні синергетичні дослідження.

Біолого-синергетичні предмети: в екології та динаміці популяцій - число особин у популяції, її щільність. Таке число відіграє роль параметра порядку, воно керує долею особин. Крім того, - розрахункові означення умов, за яких співіснування популяцій виявляється можливим, з'ясування ступеню важливості екоумов та виявлення причини того, чому інколи досягають високої спеціалізації види, які виживають. Математичний опис і стохастичне трактування різних варіантів міжпопуляційних систем і кооперації різних видів. Математичне моделювання процесів еволюції та морфогенезу біотичних систем.

Геолого-синергетичні предмети: аналіз геологічних об'єктів у рамках нерівноважної термодинаміки; кристалізація мінералів у нерівноважних і в рівноважних (квазірівноважних) умовах; реконструкція умов виникнення і розвитку самоорганізованих геологічних об'єктів різних рангів у широкому діапазоні змін фізико-хімічних умов; вивчення незворотних процесів у геологічних об'єктах - із застосуванням апарату нерівноважної термодинаміки; геологічні трактування самоорганізації; проблема визначення меж об'єктних систем із їхнім середовищем; з'ясування специфіки рівнів опису та організації геологічних об'єктних систем; синергетичне просторове та часове структурування геологічних об'єктних систем; управління й емерджентність у геологічних об'єктах; з'ясування ієрархії процесів самоорганізації та самоорганізованих геологічних об'єктних систем; розгляд періодичності як міри самоорганізації в геологічних об'єктних утвореннях; дослідження потокових геоматичних систем; співвіднесення різноманітності геологічних об'єктних ситуацій із виявленням зворотних зв'язків у відкритих нерівноважних системах.

Геоморфолого-синергетичні предмети: вивчення самоорганізації, саморозвитку, саморегуляції процесів рельєфоутворення та форм рельєфу; питання динамічної рівноваги у функціонуванні та динаміці рельєфу, в рельєфоутворенні загалом та пов'язані з ними питання зворотного негативного зв'язку і саморегуляції в рельєфоутворюючих процесах; роль позитивних зворотних зв'язків у рельєфоутворенні; питання механізмів самопідтримки нерівноважного стану рельєфу; коеволюція ландшафтів, з рельєфом включно, та господарської діяльності; пізнання закономірностей саморозвитку рельєфу через цільові виявлення конкретних кількісних залежностей між морфологією рельєфу та рельєфотворчим процесом, що їй відповідає.

Загальноземлезнавчо-синергетичні предмети: теорія ландшафтної оболонки як геостату і загального процесу енергомасоперенесення в ландшафтній оболонці; нестаціонарність геопроцесів і зв'язок із прогнозуванням майбутніх станів ландшафтної оболонки.

Фізикогеографічно-синергетичні та ландшафтознавчо-синергетичні предмети: опрацювання нового інформаційно-системного підходу до вивчення геосистем як речовинно-інформаційних об'єктів для вирішення географічних завдань; виявлення єдності процесів самоорганізації і саморегулювання в системах абіотичного, біотичного та соціального рівнів, їхньої фундаментальної гомології; з'ясування конкретного змісту трьох типів взаємодій (зв'язків) між елементами системи: взаємодій речовинних, енергетичних та інформаційних; з'ясування ролі нелінійності зворотних зв'язків; дослідження просторово-часової емерджентності ландшафтних комплексів; вивчення зв'язку емерджентності з інваріантністю ландшафтів; закономірність розподілу в просторі саморегульованих ландшафтних систем і їхня потреба у певному мінімумі простору як фундаментальна властивість цих систем; саморегулювання та множинність зв'язків як способи збереження ландшафтних систем в умовах шуму (антропогенних впливів).

Ландшафтознавчо-геохімічні синергетичні предмети: дослідження геохімічного ландшафту як самоорганізованої системи; самоорганізація геохімічого ландшафту як його цілісність, емерджентність, нелінійність співвідношень, відносна самостійність - здатність зберігати основні властивості при зміні зовнішніх умов (у першу чергу макроклімату; роль живої речовини та процесів розкладу органічних сполук як чинників самоорганзації ландшафту; розкладання геохімічних речовин як чинник взаємодії підсистем ландшафтного утворення і цілісності ландшафту; ступінь самоорганізації геохімічного ландшафту і шляхи його кількісного оцінювання; залежність рівня самоорганізації та віддаленості від рівноваги ландшафту - від кількості органічних речовин у ньому та, відповідно, необхідність визначення кількості живої речовини в ландшафтах і вивчення пов'язаних з нею закономірностей; залежність біотичного кругообігу атомів від клімату, будови надр, рельєфу та вплив цих природних факторів на термодинамічні умови міграції хімічних

елементів, кібернетичні характеристики процесів, геохімію природних вод та інші особливості міграції; залежність між надходженням біотично важливих елементів та здатністю ландшафтного комплексу до самоорганізації; зонально-регіональний вияв загального геохімічного закону: кисле вилугування ґрунтів зменшує самоорганізацію, а надходження в ландшафт кальцію та інших біотично важливих елементів - збільшують її; періодична система природних геохімічних ландшафтів; зонально-регіональний вияв основного закону самоорганізації природних ландшафтів: самоорганізація тим більша, чим більше в ландшафтах живої речовини (біомаси), щорічної продукції, чим енергійніший біотичний кругообіг атомів, і тим менша, чим енергійніші рельєфоутворюючі процеси, чим різноманітніша будова надр; залежність між ступенями самоорганізації та класами геохімічних ландшафтів; вплив оптимізованого антропогенно зміненого ландшафту на підвищення його самоорганізації, забезпечення цілісності та стійкості.

Геоекологічно-синергетичні предмети: багатоваріантність шляхів аналізу проблем, пов'язаних із розвитком природно-господарських систем; синергетика антропогенізованого розвитку нерівноважних систем; зв'язок синергетики, сталого природного та підтримуваного антропогенізованого розвитку і рівноваги геосистем; еколого-синергетичні уявлення про резонансний ефект малих впливів.

Наведений багатий перелік різноманітних і успішних конкретно-наукових застосувань синергетики свідчить про наявність численних міждисциплінарних, тобто інтегративних предметів синергетичних досліджень.

Судячи з тверджень Г.І.Швебса [1998, с. 46-48], синергетика має ще один міждисциплінарний дослідницький предмет — це започаткований недавно із застосуванням її ідей шлях від науки до езотерики.

Спектр методичних складових синергетичних досліджень. Зумовлені об'єктними досліджуваними сутностями (оптимальний зв'язок між об'єктами і методами - адекватність), тісно пов'язані з предметними складовими синергетичних досліджень, методичні синергетичні складові часто є невіддільними від предметних, що діалектично закономірно.

На початку синергетичного дослідження виконується ідентифікація його об'єкта - вибіркової точки. Це здійснюється числовими значеннями функції вибіркової точки як випадкової величини, бо і сама точка вибирається випадково.

Визначається ймовірнісна міра об'єктного вибіркового простору та функція розподілу числових значень окремих вибіркових точок, випадкові величини, щільність імовірності досліджуваних сутностей, розподіл імовірностей тощо.

Застосовуються методи адекватного опису хаотичних станів як джерел виникнення самоорганізації. Використовуються імовірнісні методи опису систем, відносно яких є дуже мало відомостей.

За центральною граничною теоремою встановлюють розподіл імовірностей для граничного випадку. її застосовують тоді, коли наслідки різних подій сумуються [Хакен Л, 1980, с. 63].

Від фіксованої імовірнісної міри переходять до розкриття стохастичних процесів, у яких імовірнісна міра змінюється з часом.

Далі застосовують основні концептуальні складові теорії інформації.

Використовують поняття ентропії і все те, що з її допомогою можна зробити. Ентропію дослідної системи розглядають аддитивно, сумуючи ентропії підсистем, що утворюють об'єктну систему. Далі переходять до термодинаміки незворотних процесів.

Вивчають динамічні процеси, від найпростіших, зумовлених випадковими подіями, (вивчення "випадковості") — до складних, із застосуванням відповідного математичного апарату для їх розгляду.

Досліджують нелінійні процеси у складних нерівноважних утвореннях.

Вивчають "необхідність" - із розглядом повністю детермінованих зв'язків та змін, з використанням рівнянь механіки. Вивчають також багато інших процесів, що описуються детерміністськими рівняннями. При цьому використовується:

•визначення рівноважних конфігурацій (або мод), вивчення їх стійкості;

•залучення методів нерівноважної термодинаміки;

•вивчення ситуацій, для здійснення яких потрібна наявність випадкової події;

•вивчення альтернативних шляхів та біфуркацій розвитку складних об'єктних систем - із застосуванням математичної теорії біфуркації:

•вивчення фундаментальної ролі флуктуацій у самоорганізованих системах.

Розглядають зміст випадкових процесів, стаціонарні стани флуктуації, обмеженість термодинаміки незворотних процесів.

Крім того, геоморфологи використовують структурно-функціональний аналіз при дослідженні самоорганізації рельєфу, розрахунках ерозійно стійкого рельєфу на основі моделей динамічної рівноваги.

Фізико-географи опрацювали новий інформаційно-системний підхід до вивчення геосистем як речовинно-інформаційних об'єктів.

Закономірними методичними складовими інтегративних конкретно-науково-синергетичних досліджень є найпряміші конкретно-наукові методи досліджень, якими користуються інтегровані науки: біологічні, геологічні, географічні, зокрема ландшафтознавчі - ландшафтознавчо-геофізичні та ландшафтознавчо-геохімічні, а також геоінформаційні та інші.

Можливості синергетичних досліджень утворень ландшафтної оболонки. Наукознавче представлення різноманітних синергетичних досліджень природи за їхніми головними атрибутивними складовими є інвентаризацією вже використаних дослідниками, а по суті - найподатливіших, найпридатніших для синергетичного освоєння сторін конкретно-наукового природознавства. Проведення синергетичних досліджень у кількох науках паралельно, фактично протягом значного часу, що не обмежується одним десятиліттям, дає підстави стверджувати, що сукупний дослідницький досвід уже виявив найхарактерніші складові цього міждисциплінарного науково-пізнавального підходу. Як видно з наповнення цього параграфа, збірні синергетичні "досьє" головних наукознавчих атрибутів (об'єктів, предметів, методів), укладені за досвідом кількох природничих наук, - досить багаті різноманітними складовими, змістовні та взаємодоповнюючі.

Якою мірою можуть прислужитися природничо-географічним наукам ті складові синергетичного дослідницького досвіду, що набуті в загалом у природничих науках і зокрема в геологічних чи біологічних науках? Міркування з цього приводу ґрунтуються на п'яти вихідних позиціях.

1. Синергетичні набутки окремих природничих наук є досить близькими до наук природничо-географічних. Особливо це очевидно там, де об'єкти природничо-синергетичних і природничо-географічно-синергетичних досліджень співвідносяться як частини й ціле, або співпадають, а предмети їх є взаємодоповнюючими.

2. Об'єкти геолого-синергетичних досліджень здебільшого є певним геоматичним тлом об'єктів природничо-географічно –синергетичних досліджень, а серед предметів перших є змістовно близькі або зіставні з предметами других.

3. Об'єкти і предмети біолого-синергетичних досліджень якнайповніше відтіняють синергетичні особливості відповідних природничо-географічних досліджень, оскільки саме наявність біоти в ландшафтних утвореннях підвищує їх здатність до самоорганізації.

4. Об'єкти і предмети геоекологічно-синергетичних досліджень свідчать про значну близькість і співвідносність їх із природничо-географічними еколого-синергетичними відповідниками; і ті, й ті належать до складних атрибутів інтегративних синергетичних досліджень; відповідно самі ці дослідження також належать до найскладніших серед інших із інтегративно- синергетичного гнізда.

5. Методи розглянутих інтегративних синергетичних досліджень опираються на загальнонаукову і конкретно-наукову методичну основу, а в своїх спеціальних частинах також є міждисциплінарно близькими і співвідносними з тими, що застосовуються і в природничо-географічних синергетичних дослідженнях.

Все представлене дає підстави вважати, що в синергетичних дослідженнях утворень ландшафтної оболонки, крім уже набутого природничо-географічного досвіду, є ще також значні потенційні можливості, пов'язані з синергетичним досвідом, набутим у інших напрямах природознавства. Певною мірою такий досвід природознавців-суміжників зафіксований у цьому узагальненні. Автор переконаний, що все, вже опрацьоване в інтегративних конкретно-науково-синергетичних дослідженнях, як те, що відзначене тут, так і інше, слід якнайповніше врахувати і, витримуючи умови прийнятності, використати у дослідженнях природничо-географічно-синергетичних. Зафіксовані вище спектри об'єктних, предметних і методичних складових інтегративних синергетичних досліджень відкривають значне поле дослідницьких впроваджень їх у природничо-географічні науки.

Природничо-географічна евристичність синергетичних досліджень

Про можливу евристичність нових наукових знань. У свій час, із утвердженням системного підходу в географії, системологи та ландшафтознавці виявили приємну особливість головних об'єктів ландшафтознавства -органічну, апріорну, підтверджувану апостеріорно системність різнорангових ландшафтних комплексів. Із проникненням ідей синергетики до ландшафтознавства ситуація позитивного поцінування ландшафтознавцями своїх головних об'єктів повторюється: ландшафтні комплекси за багатьма своїми сутнісними параметрами виявилися багатими синергічними утвореннями і, відповідно, - цікавими синергетичними об'єктами.

Не меншою мірою синергічними утвореннями і синергетичними об'єктами є геокомпонентні та геофакторні складові ландшафтів, тобто об'єкти всіх природничо-географічних наук. Більше того, як утворення дещо простішої, однозначнішої будови, саме геокомпоненти - біотичний і літогенний, а також геофактор рельєфу виявилися чи не найдоступнішими об'єктами для вивчення їх із інтегративних біологічно-, геологічно- й географічно-, зокрема геоморфологічно-синергетичних позицій. Мабуть, то логічно і закономірно, що синергетичне наукове пізнання складнішого, цілого (ландшафту) в часі йде вслід за синергетичним пізнанням простішого - складових частин ландшафту.

Виникає запитання: чи є в поєднаному природничо-географічному синергетичному пізнанні компонентних і комплексних ландшафтних утворень своя взаємозбагачуюча евристичність, - чи таке пізнання лише підсумовує вихідну евристичність частинних, геокомпонентно-факторних об'єктів інших природничих наук?

Автор не може подати негайну відповідь-приклад у вигляді конкретного, скажімо, ландшафтознавчо-синергетичного дослідження, яке й продемонструвало б певні свої евристичні можливості - чи їх відсутність. Адже, по-перше, тут поставлено лише методологічне, а не конкретне науково-пізнавальне завдання: не осягнути неосягненного. А по-друге, висновки рефлексивного змісту про евристичність конкретного наукового досвіду можуть бути не лише саморефлексивними. І глибоко, і професійно такі висновки можуть робити й інші - ті дослідники, котрі володіють наукознавчим, загальнонауковим досвідом, мають достатні теоретичні та методологічні знання. Тут будуть висловлені міркування щодо дослідницької евристичності синергетики ландшафтів та їхніх складових із теоретико-методологічних позицій, але без претензії на істину в останній інстанції.

На думку автора, змістовне спрямування евристичності будь-якого достатньо нового наукового знання можна передбачити за наукознавчою комбінаторикою головних атрибутів, за властивими їм закономірними зв'язками і взаємовизначеннями. Такі зв'язки і взаємовизначення реально існують між об'єктами, предметами та методами з методологією - і окремі з них відомі здавна. Наприклад, про залежність методів від сутності об'єктів дослідження писав іще Г.Ф.Гегель.

Отже, за умови, що наукове знання є справді новим, а не лише достовірним, воно завжди несе в собі евристичність, ще й багатопланову: теоретичну, методичну й методологічну, якщо це знання про об'єкт дослідження; об'єктну, методичну й методологічну евристичність, якщо нове знання - суто предметне, теоретичне; об'єктну і предметну евристичність, якщо нове знання - методологічне й методичне.

Дослідницька евристичність синергетики різнорідних ландшафтних утворень. Оскільки прямими об'єктами будь-яких синергетичних досліджень, і природничо-географічно-синергетичних досліджень також, є сукупність подій, "ансамбль" синергічних реалій - певний вибірковий простір (вибірка), яку утворюють елементарні події стохастичної природи, то теоретичним, предметним відповідником таким об'єктним реаліям має бути ймовірнісна багатоскладова модель, досліджувана ймовірнісно. До наявних теоретичних моделей природничо-географічних об'єктів (систем) наведене ймовірнісне доповнення можна долучити в тому випадку, коли йтиметься про реальні випадкові об'єктні сутності ландшафтної природи. На думку автора, такими численними сутностями є різноманітні теперішні стани ландшафтних комплексів і їхніх компонентно-факторних складових. Це випадкові, але реальні події зі своїм мінливим антропогенізованим простором у земному, ландшафтному просторі-часі.

Головну об'єктну подію синергічного змісту — процес самоорганізації утворень ландшафтної природи - географи-природознавці можуть трактувати ще й як спонтанне утворення високовпорядкованих структур із хаосу багатьох випадкових ландшафтних і геокомпонентних (геофакторних) станів, минулих і теперішніх. Зростання з часом ентропії як антиподу самоорганізації ландшафтів у кінці XX століття зумовлене посиленням хаотичних впливів на природу, викликаних неконтрольованою людською діяльністю. Самоорганізація, автоматичний процес, при якому реалізуються комбінації подій, що з певного ряду причин є вдалими, "вигідними" для природи, може відступити, якщо надто впливовими виявляються непрогнозовані, невигідні теперішні стани ландшафтних комплексів чи їхніх складових. Такі відхилення трапляються у ландшафтних утвореннях усіх рангів, і все частіше - високих регіональних рангів.

Загальні закономірності процесу самоорганізації зосереджують увагу дослідника на пов'язаних із ними об'єктних рисах ландшафтних утворень — імовірності, інформаційності, випадковості, необхідності, стійкості й нестійкості, структурованості, періодичності, ритмічності й хаосі. Серед них для традиційного фізико-географа незвичною є згадка про хаос, а надто, в контексті синергетики, - про хаос як чинник творення. Очевидно, тут крім незвичності криється ще й науково-пізнавальна евристичність, яку ще треба виявити в ландшафтних утвореннях і їхніх частинах - і дослідити.

Евристичними синергетичними об'єктами є ті ландшафтні утворення (чи геокомпонентні й геофакторні їхні складові), які мають ознаки складних нерівноважних систем із нелінійними процесами в них; їхньому розвиткові властиві альтернативні шляхи та біфуркації.

Звична для дослідників континуальність ландшафтної оболонки та її простіших оболонок-складових набуває дещо нового сутнісного значення -безперервності системи, що трактується термодинамічно, що зазнає процесів зростання ентропії та незворотних процесів і тому є перспективною і евристичною у її природничо-географічно-синергетичному пізнанні.

Певний евристичний потенціал має збагачення природничо-географічно-синергетичних пізнань досвідом синергетичних досліджень у інших природничих науках. Підстави для такого твердження дають численні вражаючі аналогії у поведінці різнорідних, а тим більше схожих об'єктів при переході від невпорядкованого стану до впорядкованого.

Багату евристичність для природничо-географічних наук потенційно має можливість вивчення популяційної частини біолого-синергетичних об'єктів, зокрема умов, за яких співіснування популяцій виявляється можливим. Інші подібні об'єкти: екоумови виживання популяції; різні варіанти міжпопуляційних систем; біотичні системи, які зазнають процесів структурування, еволюції та морфогенезу. Особливо перспективними галузями

природничо-географічних знань, де, ймовірно, найдужче результуватиметься ця евристичність, є ландшафтознавство та біогеографія.

Природничо-географічна евристичність об'єктів геолого-синергетичних досліджень реальна для тієї частини ландшафтних утворень, що є одночасно геологічними і природничо-географічними об'єктами.

Геоморфолого-синергетичні об'єкти прямо координуються з об'єктами ландшафтознавчо-синергетичними і мають відповідну евристичність. Це стосується практично всіх наведених вище геоморфолого-синергетичних об'єктів. Реалізації їхньої ландшафтознавчої евристичності сприяє і те, що синергетичне трактування геоморфологічних об'єктів виконують здебільшого географи-геоморфологи, а немало ландшафтознавців мають ґрунтовні геоморфологічні знання.

Загальноземлезнавчо-синергетичні об'єкти евристичні і для ландшафтознавства, і для галузевих природничо-географічних наук, адже загальне землезнавство - це глобальне крило всіх сутностей, досліджуваних у комплексних і компонентних природничо-географічних науках.

Залучення та погалузева природничо-географічна реалізація навіть частини названого дослідницького досвіду, який має певну евристичність для природничої географії, істотно збагатить синергетичні можливості природничо-географічних наук. Зокрема, розширення ландшафтознавчо-синергетичного об'єктного спектру, потреба по-новому дослідити нові об'єкти закономірно викличе відповідне предметне і методичне збагачення намічених цими завданнями інтегративних дослідницьких напрямів ландшафтознавства.

Слід підкреслити і зворотний зв'язок щодо цього уточнення: безумовно евристичними для більшості галузевих природничо-географічних наук та для інших природничих наук є наявні ландшафтознавчо-синергетичні напрацювання, зокрема досвід синергетичного вивчення відомих ландшафтознавчо-геохімічних об'єктів. Такий зворотний шлях збагачення дослідницьким досвідом - простіший, бо в порівнянні з ландшафтознавчими об'єктами і предметами об'єкти і предмети галузевих природничо-синергетичних досліджень є простішими.

За своєю об'єктною та предметною інтегративною складністю співмірними, взаємно евристичними і змістовно досить близькими є ландшафтознавчо-синергетичні та геоекологічно-синергетичні дослідження.

Суто предметний зріз інтегративних природничо-синергетичних досліджень також має значний потенціал евристичного впливу на природничу географію. Про різноманітність і багатство такого евристичного впливу можна судити з наведеного вище спектру типових дослідницьких предметів інтегративних синергетичних досліджень у природознавстві. Як було зазначено, можливі вияви предметного впливу-запозичення найімовірніше результуватимуться відповідними збагаченнями об'єктного та методичного арсеналу ландшафтознавчо-синергетичного наукового пізнання.

Ряд можливих евристичних збагачень синергетичних напрямів природничо-географічних наук простежується за докладними предметами конкретно-наукових природничих синергетичних напрацювань: біологічних, геологічних і тих природничо-географічних набутків, що є найуспішнішими в цьому: синергетично-геоморфологічних, -загальноземлезнавчих, ландшафтознавчо-геохімічних.

Евристичність для природничо-географічних наук апробованих методичних складових різних природничо-синергетичних досліджень має виявити себе у залученні їх до природничо-географічного вжитку. Це сприятиме збагаченню об'єктних і відповідних предметних спектрів інтегративних природничо-географічно-синергетичних досліджень. Як наслідок - адаптовані до синергетичного використання загально- і конкретно-наукові методи досліджень отримають можливість їхнього застосування і в природничо-географічних науках. Це означає, що згодом у них з'явиться перспектива перерости у відповідні методично-предметні розділи окремих природничо-географічних наук.

Потужний евристичний потенціал мають пошукові та прикладні дослідження з синергетики ландшафтів. Про широкий фронт можливих пошукових природничо-синергетичних і зокрема ландшафтознавчо-синергетичних досліджень свідчать відкриті питання про фізичні процеси, що відбуваються в ході самоорганізації ландшафтної оболонки в найрізноманітніших за сутністю системах - фізичних, хімічних, біотичних, метео-, літосистемах, а також у комплексних ландшафтних утвореннях. А вирішення суто наукових дослідницьких синергетичних завдань відкриє можливість використати отримані результати і набутий науковий досвід у прикладних цілях - для розв'язання проблемних природничо-географічних питань природокористування, для збереження природоохоронних об'єктів, поліпшення екоситуацій, оптимізації навколишнього середовища.