Безопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаБезопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаБезопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаОколо десяти лет назад директор Института теплофизики из Екатеринбурга, член-корреспондент РАН Владимир Павлович Скрипов опубликовал статью («Вестник РАН», № 4, 1992) о проблеме выживания науки во время болезненных перемен. По его мнению, одной из естественных реакций самосохранения научного сообщества является активная работа ученых над монографиями. В кризисные периоды наука реагирует по принципу Брауна-Ле-Шателье, то есть за счет внутренней перестройки стремится уменьшить внешние отрицательные воздействия.
Это проявляется в том, что ученые концентрируются на главном, заветном, и выдают монографии, подводящие итог развития и определяющие движение науки на десятилетия вперед. В качестве примера он рассмотрел серию книг, написанных во время Великой Отечественной войны и изданных сразу после нее: Я.И. Френкель, «Кинетическая теория жидкостей»; Н.Н. Боголюбов, «Проблемы динамической теории в статистической физике»; Я.Б. Зельдович, «Теория ударных волн и введение в газодинамику»; П.П. Кобеко, «Аморфные вещества»; М.П. Вукалович, И.И. Новиков, «Уравнение состояния реальных газов» и другие.
Прошедшее десятилетие для науки в России было тяжелым, но для меня статья В.П. Скрипова была одним из источников оптимизма. Просматривая новые книги, я все ждал подобной книги, и похоже, что все-таки дождался. Первый том «Атласа временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов» вышел в 1994 году, второй, с подзаголовком «Циклическая динамика в природе и обществе», - в 1998-м. Презентация третьего тома «Природные и социальные сферы как части окружающей среды и как объекты воздействий» состоялась в апреле 2003 года.
Как сказано в предисловии ко второму тому, существуют атласы географические, анатомические, атласы звездного неба, железных дорог. Все они - пространственные, а в данном случае сделана попытка создания атласа временного. На эту задачу замахнулась группа энтузиастов из Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта, вокруг которой собрался неформальный коллектив из деятелей разных областей науки под патронажем вице-президента РАН академика Н.П. Лаверова. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований Министерства науки и технологии Российской Федерации, Росгидромета и многих других организаций.
Второй и третий тома посвящены выдающимся отечественным ученым В.И. Вернадскому, Н.Д. Кондратьеву, А.Л. Чижевскому, А.Л. Яншину и Н.Н. Моисееву. Их объединяли интерес к законам эволюции биосферы, любовь к России, тревога за ее будущее. Кроме того, в третьем томе содержатся статьи, посвященные философу А.А. Богданову, геологам и геофизикам Н.М. Страхову, Б.Б. Голицыну, Г.А. Гамбурцеву.
Составление атласа преследовало две основные цели: научную - стремление выявить новые закономерности динамики, и практическую - способствовать сохранению человечества и вообще биосферы, обеспечению устойчивого развития и сохранения России. В атласе приводятся и обосновываются идеи комплексного мониторинга -геодинамического, экологического, космического, социального, медицинского, с целью оздоровления населения и улучшения социальной и демографической обстановки.
Особенность этой работы - ее междисциплинарный характер. В первом томе атласа представлены в основном данные о процессах, происходящих в твердой Земле (оценки напряженного состояния горных пород, движения земной коры, уровня подземных вод, возможности предсказания землетрясений). Однако он оказался интересен не только специалистам, но и физикам, биологам, медикам, географам, экономистам. В работе сопоставляются вариации солнечной активности, сейсмичности, атмосферного давления, уровня подземных вод, социальных процессов, медицинских и других показателей.
Все явления проанализированы по возможности единообразным способом. Техника рядов Фурье позволяет увидеть в сложном квазипериодическом движении наложение нескольких колебательных процессов, получить спектр процесса. Разработанная программа спектрально-временного анализа в приложении к временным рядам данных позволяет отслеживать изменение спектров со временем.
Приложение к самым разным природным, антропогенным и социальным процессам позволило выявить удивительную картину. Несмотря на огромную разницу в частотах и анализируемых временных интервалах (от долей секунд до сотен миллиардов лет), процессы везде выглядят сходно: тренд (тенденция), ритм, смена ритма, хаос, сменяющийся новым ритмом. Более того, процессы самоподобны (то есть фрактальны): рассмотрение мелких деталей дает примерно такую же картину, как общий план.
К восприятию этой информации людей подготовили теория нелинейных колебаний, разрабатывавшаяся школой Л.И. Мандельштама (А.А. Андронов и другие) с использованием математических результатов А. Пуанкаре и А. Ляпунова; распространение идей и аппарата систем дифференциальных уравнений, в том числе нелинейных, на радиотехнику, биологические и химические системы (начиная с В. Вольтерра и А. Лотке), экономику; открытие того, что простые математические структуры генерируют хаос (странный аттрактор Лоренца), и наоборот, существует возможность порождения порядка из хаоса в нелинейных динамических системах, связываемая с именем И. Пригожина; теория бифуркаций, теория катастроф; понятие фрактала, которое ввел Б. Мандельброт.
С другой стороны, начиная с Чижевского, некоторые настойчиво говорят о влиянии космоса на Землю, в частности влиянии ритмов Солнца. У космоса есть и другие ритмы. Например, примерно каждые 30 млн. лет Солнечная система входит в спиральный рукав Галактики, из-за чего увеличивается вероятность близкого взрыва сверхновых и влияния космического вещества па Землю (в том числе метеоритных и астероидных атак), а это, по-видимому, приводит к периодически повторяющимся катастрофам (о которых писал еще Кювье), резко изменяющим биосферу. Станислав Лем связывает с этим явлением возникновение разума на Земле.
В атласе в основном представлены факты, а не теории, и часть из них оказывается неожиданной для современной науки. Например, приведены данные команды С.Э. Шноля о том, что скорости случайных процессов (в том числе распад радиоактивных веществ) закономерно варьируют, причем имеют место эффекты синхронности (сходство процессов, синхронных по долготному времени) и эффект звездных суток.
В близких мне процессах роста кристаллов из расплава проявилось удивительное явление -процессы роста хаотически квазистационарны, несмотря на то, что систематически осуществляются в окрестности неустойчивых стационарных точек.
Рассматриваемые теоретически сценарии возникновения хаоса обычно предусматривают последовательно удвоение частот колебаний. Однако представленные экспериментальные данные свидетельствуют о систематическом появлении нечетных гармоник (с утроенной, упятеренной и т.д. частотой) перед хаотизацией.
В целом в этом труде просвечивает величественная философская картина - единство мира, определяемое законами поведения открытых динамических систем, в конечном счете - едиными математическими структурами. Представленный материал заставляет вернуться в понимании мира назад, к истокам науки и философии. Опубликованные результаты заставляют вспомнить гармонию сфер, которую искали Пифагор, Платон, Кеплер; миры, двигающиеся под ритм священных чисел; единство микрокосма и макрокосма в законах гармонии. В индуизме известен образ космического танцора бога Шивы. В ритме его танца пульсирует бесконечное дыхание Вселенной. Похоже, что наука получает инструментарий для изучения этого танца.
История человечества подошла к порогу: накопившиеся противоречия в самом ближайшем будущем перейдут к серьезнейшим потрясениям, не исключено - кончатся катастрофой. В этих условиях названные выше задачи составителей сборника переплетаются и превращаются в одну цель. Развитие человечества и его хозяйственная деятельность подошли к той границе, когда познание необходимо для выживания.
19 марта состоялась презентация 3-го тома фундаментального междисциплинарного научного труда - «Атласа временных вариаций...», работа над которым велась в течение многих лет. Том посвящен памяти великих русских ученых - А.Л. Яншина и Н.Н. Моисеева. Исследования касаются самых различных явлений в широчайшем масштабе времени и пространства. Атлас содержит сведения об особенностях динамики процессов в природе и обществе. Эта не имеющая аналогов работа инициирована группой энтузиастов из Института физики Земли РАН. Общее редактирование осуществляется академиком Н.П. Лаверовым. Среди авторов - а их более 200 человек - известные ученые и государственные деятели России. Первый том вышел в свет еще в 1994 г., второй -в 1998, и в октябре 1998 г. состоялась презентация первых двух томов.
Научная цель работы - выявить закономерности динамики процессов, происходящих в природе и обществе под воздействием природных и антропогенных факторов. Практическая цель - способствовать защите биосферы и человека. Атлас открывает ряд междисциплинарных исследований по изучению причинно-следственных и корреляционных связей между различными процессами. Это, по мнению авторов, позволит приблизиться к возможности прогнозирования процессов и явлений в биосфере и определения режимов экологически грамотного природопользования. Авторы стремятся с единых позиций рассмотреть динамику процессов в объектах, различающихся по физической природе, свойствам и масштабам.
Известно, что на биосферу оказывают воздействия различные факторы - земные и космические, природные и антропогенные, глобальные и локальные. Биосфера реагирует на внешние воздействия различными изменениями, проявляющимися во временных вариациях различных показателей. В книге рассмотрены временные вариации процессов, протекающих в космосе, литосфере, атмосфере, гидросфере и биоте, вариации показателей медицинских и социальных процессов. Получены впечатляющие результаты по эколого-физиологическому обоснованию влияния космических феноменов на организм человека и особенностям организации медико-профилактических мероприятий.
В основе исследований лежат работы, связанные с теоретическим и экспериментальным изучением эволюции открытых динамических систем, к которым относятся Земля и ее отдельные части. Один из основных выводов работы состоит в том, что реакция биосферы на постоянно действующие источники изменяется во времени. На следующем этапе предстоит объяснить особенности динамики и научиться выявлять причинно-следственные связи между процессами.
Основным препятствием к прогнозированию многих процессов является их нестационарность, а также подвижность и изменчивость причинно-следственных связей, недостаточное их знание. Поведение разных частей биосферы имеет различную степень предсказуемости и адекватности реакции на внешние воздействия. В связи с этим есть необходимость комплексно рассматривать динамику параметров, описывающих состояние геосфер и их частей, медицинских и других показателей, которые характеризуются разными ритмами, контрастом, степенью упорядоченности. Подобные исследования позволят учитывать фоновые вариации среды при антропогенных воздействиях.
Работа позволяет подойти к прогнозированию явлений, в том числе экологических бедствий, эпидемий и т.д. с новых позиций. Это важно, поскольку в нашей жизни большую роль играют совершенно, казалось бы, несвязанные между собой факторы, - как природные, так и антропогенные и социальные. Мониторинговые исследования ведутся в России в значительных объемах, однако они разрозненны, результаты сопоставляются недостаточно. Атлас в какой-то мере восполняет эти недостатки и призывает к проведению комплексного мониторинга и комплексного рассмотрения динамики процессов на более высоком уровне.
Рассматриваемые в Атласе проблемы приоритетны для российской науки. Книга носит учебный и справочный характер и уже используется в вузах.
Работа многих авторов, и, прежде всего, составителей выполнена на высоком энтузиазме. Если мы хотим, чтобы эта работа продолжалась, ее, конечно, нужно поддержать не только морально. На презентации первого и второго томов 16 октября 1998 г. академик А.Л. Яншин высоко оценил эти два тома и закончил свое выступление следующими словами: «...после окончания третьего тома представить Атлас на соискание Государственной премии России. У нас не было таких крупных работ в последнее время. Я считаю, что он достоин самой высокой награды из тех, которые продолжают существовать в нашей стране». На прошедшей 19 марта 2003 г. презентации третьего тома выступавшие подтвердили необходимость высокой государственной оценки этой работы.
Эта рецензия была написана В.Е. Хаиным сразу после презентации третьего тома (2003) и сдана в Вестник РАН, но не была опубликована. С разрешения В.Е. Хаина она была опубликована в статье A.Г. Гамбурцева в журнале «Геофизические исследования» № 4, 2005. Здесь мы ее повторяем