Код: Выделить всё
Долгинова В. А., Васильев П. А. О возможности применения методов синергетики в почвоведении // Наука на рубеже тысячелетий. — Сборник материалов 4-й международной научно-практической конференции. — Москва, 2007. — С. 137–139.О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ СИНЕРГЕТИКИ В ПОЧВОВЕДЕНИИ
Васильев П.А., Долгинова В.А.
МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, кафедра агроинформатики
Васильев П.А., Долгинова В.А.
МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, кафедра агроинформатики
В последнее время в науке все больше и больше внимания уделяется явлениям самоорганизации и появлению упорядоченных или квазиупорядоченных структур в сложных системах при сочетании определенных условий. В почвоведении синергетический подход применялся крайне мало, хотя почва – прекрасный объект для изучения этими методами и поиска самоорганизующихся структур, а также для объяснения некоторых наблюдаемых естественных закономерностей почвоведения. Чтобы показать возможность и целесообразность применения синергетики в почвоведении нам необходимо установить, что в почве возможна реализация условий, при которых процессы самоорганизации начнутся и будут развиваться. Для этого проанализируем требования к системе, сформулированные нобелевским лауреатом Ильей Пригожиным, при соблюдении которых могут начаться процессы самоорганизации. Система в первую очередь должна быть открытой, уравнения, описывающие систему, нелинейны, а значит и система далека от равновесия. При этом отклонения от равновесия превышают некоторое критическое значение, после которого и начинаются процессы самоорганизации. Процессы в системе должны происходить кооперативно. Теперь покажем, что почва как система удовлетворяет указанными выше условиями, и в ней возможны процессы самоорганизации.
Во-первых, почва - открытая система, в которой постоянно происходят процессы обмена веществом и энергией. Для открытой системы изменение экстенсивной величины Z за время dt может быть представлено в виде суммы двух вкладов: deZ, обусловленного внешними факторами, и diZ, связанного с внутренними свойствами самой системы, т. е. dZ = deZ + diZ. В частности изменение энтропии указанной системы также состоит из двух компонент, причем «внутренний» вклад должен быть всегда положительным (diS>0) Изменение энтропии за счет процессов притока и оттока может быть как положительным, так и отрицательным. И система, способная отдавать энтропию среде, может ее снизить. Таким образом, в открытых системах могут без нарушения второго закона термодинамики образовываться и существовать структуры. Далее, в естественных условиях почвы в большинстве случаев необратимо изменяются, это доказывает, что почва как система, находится в состоянии, далеком от равновесного. Следующее условие – о достижении некоторых критических состояний. Чтобы в системе началось формирование структуры, отдача энтропии должна превысить некоторое критическое значение. Здесь следует упомянуть о том, что почва сформировалась, как тонкая пленка на границе двух крайне энергетически-избыточных формаций: атмосферы и земной коры, первая из которых, черпает энергию, в основном от излучения солнца, вторая от разогретого земного ядра. Существование на границе раздела сред и столкновения восходящих и нисходящих потоков энергии всегда порождает сверхкритические состояния, что подтверждается многочисленными примерами из физики (ячейки Бенара) и других наук. Последнее условие о совместном течении процессов, проявляется в почве в явном виде. Так, например, в результате действия комплекса ЭПП (элементарных почвенных процессов) образуется почвенный горизонт. Только в том случае, когда процессы в силу наличия особых связей являются кооперативными (в противоположность обычной тенденции к хаотическому поведению), в природе наблюдается спонтанное возникновение структур.
В настоящее время в почвоведении имеется колоссальный массив опытных данных и описательного материала при недостаточном количестве фундаментальных теоретических законов. В связи с этим нами доказана возможность и целесообразность использования методов синергетики в почвоведении, помогающих вскрыть закономерности формирования, функционирования и эволюции почв, а также для изучения возможных процессов самоорганизации в почве и исследования их механизмов.
Код: Выделить всё
Долгинова В. А., Васильев П. А. О возможности применения методов синергетики в почвоведении // Наука на рубеже тысячелетий. — Сборник материалов 4-й международной научно-практической конференции. — Москва, 2007. — С. 137–139.