Учебная работа № 1517. Фрактальная теория пространственновременных размерностей

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (6 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...

Учебная работа № 1517. Фрактальная теория пространственновременных размерностей

Ф.Н.Рянский

Нижневартовский государственный педагогический университет

Фрактальная теория пространственновременных размерностей: естественные предпосылки и общественные последствия

Представления о взаимосвязи или даже коэволюции человеческого общества и ландшафтной сферы Земли давно занимали умы виднейших ученых и общественных деятелей, но, вероятно, сейчас испытывают второе «рождение». Автор пришел к основным выводам по этой теме еще в начале 70х годов на материале Башкирского Зауралья, но в силу разных причин только через 20 лет сумел начать публикацию серии статей и докладов по этому поводу. В разные годы с предложенными материалами знакомились, дали устные или письменные заключения и дополнения Г.С.Розенберг, М.В.Шнитников, К.А.Винников, А.М.Алпатьев, В.С.Жекулин, К.М.Петров, М.В.Родкин, В.В.Рюмин, В.А.Дубко, В.А.Ковда, некоторые из них с разрешения рецензентов используются здесь.

Естественные предпосылки. Пространственный аспект. Под влиянием новейшей тектоники, колебаниям по годам и циклам лет излучения энергии Солнца, и других внешних воздействий на географическую оболочку, а также процессов саморазвития в ней самой, в ландшафтной сфере возникают процессы дифференциации и интеграции. Возникающие при этом геосистемы разномасштабны, поэтому вполне естественно их разделение по размерности длине, площади, объему, массе вещества организованного в каждой единице ландшафта и времени его существования.

Автором при вероятностном анализе для ландшафтного районирования в регионе использованы: общегеографические критерии, учитывающие размеры, объем и время существования таксономических подразделений географической оболочки (континенты, океаны, равнины, отдельные горные системы и т.д.); опыт разделения на хорошо изученных территориях с разными целями (количество таксонов), по разным систематикам на планетарном, региональном и топологическом уровнях; приемы логикоматематического анализа, согласно с которыми таксон не может быть разделен менее, чем на 3 более мелких. Соподчиненные таксоны должны иметь отличия в размерности за пределами допустимой ошибки. При делении территории на две неравных, большая из них не будет значимо отличаться от той которую делили. Вероятностногеографический анализ привел автора к выводу, что в каждом таксоне может быть 34 (редко больше) единиц следующего таксона. В результате в заданных ограничениях планеты Земля реальна следующая геосистемная таксономия с соответствующими средними размерами площадей: к планетарным относятся Земля ( площадь 510 млн.кв.км.); Лавразийская, Гондванская и Тихоокеанская группы континентов и океанов (170); континенты (57), субконтиненты (19 млн.кв.км.); к региональным регионы (6 млн.кв.км.), субрегионы (2), страны (0,7 млн.кв.км.), области (230 тыс.кв.км.), подобласти (75), провинции (25 тыс.кв.км.); к топологическим округа (9), районы (3 тыс.кв.км.). По мнению большинства географов следующие таксоны являются морфологическими частями ландшафтных районов. Их размерность ограничена пределами площадей местности (около 1 тыс.кв.км.), урочища (300 кв.км.), фации (100 кв.км.). Еще более мелкие по размерности местоположения элементарные разнокачественные ареалы (ЭРА) разумно ограничить площадями около 30 кв.км. Выделение еще более мелких таксонов для целей географии не имеет смысла, продолжительность их жизни невелика (о чем более подробно далее), особенно в условиях постоянного (и увеличивающегося) антропогенного давления. В эту размерность попадают и многочисленные техногенные сооружения, являющиеся предметом не картографических, а плановых инженерных исследований. На значительной части объекта наших непосредственных исследований Приамурья, изменены не только растительность, но и почвы. Следовательно на ландшафтных картах часто могут быть произвольно смешаны как реликтовые коренные, так и производные элементы разных этапов хозяйственного освоения территории. Верный и конструктивный анализ должен исходить из генезиса и истории развития ландшафтов. На наш взгляд например, при анализе ландшафтов недоучитывается (или совсем опускается) неолитический этап и ранний железный век освоения территории подсечный и огневой способы преимущественного терраснопойменного земледелия и примитивные горные разработки, представленные обильными памятниками. На значительной части АмурскоЗейской и ЗейскоБуреинской равнин это привело к уменьшению или исчезновению многолетней мерзлоты и формированию «культурных почв». Русские переселенцы и первые исследователи региона столкнулись с отдаленными последствиями неолитической «революции». Отсюда и такая «разноголосица» при анализе амурских «лесостепей» юга Дальнего Востока. Очень важным обстоятельством, затруднявшим скольконибудь детальное районирование в регионе, является крайняя неоднородность, разномасштабность специальных природных исследований в разных ее районах. Так, северная половина более детально исследована в геотектоническом отношении для целей поисков рудных месторождений, на юге более детально изучены почвы, а территории, примыкающие к Транссибу, издавна изучались геоботаниками для решения задач лесного хозяйства. Ландшафтных (комплексных природных) исследований вообще не проводилось в удовлетворяющем объеме. Отсюда и затрудненность или невозможность использования традиционных методов и принципов, таких как, например, «принцип однородности комплекса компонентов» или метод «наложения». Все вышеизложенные причины и заставили нас обратиться к практическому использованию принципа размерности для ландшафтного районирования в регионе. Иерархические ряды геосистем, представленные во взаимной связи типологического и регионального подходов, позволяют создать ландшафтную классификацию на системной основе. Следующие по рангу, от наибольшей в исследуемом регионе (от страны), пространственные единицы устанавливаются делением общего на части с помощью сравнительногеографических методов, принятых в физикогеографическом районировании. Конкретно это выглядело следующим образом. Был подготовлен в одном масштабе набор карт специальных районирований, как результатов разнообразных исследований геотектонических, геоморфологических, геоботанических с элементами зоогеографических, почвенных, подстилающих рыхлых отложений и некоторых других. Выделяя территории более низкого ранга и ориентируясь на принятый для этого ранга размер площади, подбирались, четко выделяющиеся на любой из карт, выделы. Как условие, требовалось, чтобы на других специальных картах, на территории выделяемого объекта не проходило границ того же ранга. Принцип целостности геосистем в условиях отсутствия другой достоверной информации позволяет предполагать, что в пределах этого выдела все компоненты имели определенную самоорганизацию, делающую эту совокупность единым ландшафтом. В пределах Амурской области такая технология позволила выделить 115 ландшафтных районов. Теоретически на этой территории с площадью 363,7 тыс.кв.км. их должно было быть 121 (со средним размером около 3 тыс.кв.км.). Большие выборки, с захватом прилегающих к Амурской области Хабаровского края, ЯкутияСаха, Читинской области, провинции Хейлунцзян (КНР) дают постепенное приближение к этой средней в 3 тыс. кв.км. для ландшафтного района и других, более высоких таксономических единиц. Кроме предложенной, имеются и другие объективные возможности выделения иерархии геосистем в соседних с географией областях науки. С середины 70х годов восточная часть страны интенсивно исследовалась из космоса в основном для целей морфоструктурных построений в связи с поисками полезных ископаемых. На Дальнем Востоке первыми работами, как правило называют М.Г.Золотова и В.В.Соловьева. В Башкирском Зауралье одним из первых эта работа предпринята автором. Б.В.Ежов, описывая морфоструктуры центрального типа МЦТ («кольцевые») Азии, классифицирует их иерархически по геофизическим слоям, вмещающим иниицирующие очаги, по глубине геофизических разделов в «статистической референтной» модели в км., радиусы классов МЦТ в км., их порядок, наименование групп и некоторые возможные проявления в верхних этажах коры и их предполагаемая минерагическая специализация. Автор сопоставил намеченные им иерархические ряды геосистем с классификацией МЦТ по Б.В.Ежову. Основную часть площади Восточной Сибири, Дальнего Востока и зарубежной Восточной Азии занимает т.н. Азиатская МЦТ, размерами близкая к геосистеме IV ранга (МЦТ 4 порядка), классифицируемая нами как субконтинент. В северовосточном секторе Азиатской МЦТ сформирована ЕнисейскоКурильская МЦТ. Особенности ее геологического строения позволяют сделать вывод «о длительном и непрерывном, начиная с раннего архея, ее становлении, а также о том, что к фанерозою она сформировалась как гигантский интрузивнометаморфический купол». Центр ее располагается на юге ВосточноСибирской платформы в долине р.Алдан вблизи точки с координатами 130град. 34″в.д. и 58град.46″с.ш. и размеры относят эту МЦТ в разряд 5 (V) порядка или региона как геосистему. Амурская область занимает часть восточного сектора ЕнисейскоКурильской МЦТ. На ее территории активно сочленяются Алданская МЦТ (на севере) и Амурская МЦТ, занимающая центр и юг области. Алданская МЦТ представлена горными цепями и предгорьями Станового хребта и Джугджура, отнесенных автором к БайкальскоДжугджурской стране. Амурская МЦТ является типично «тихоокеанской» морфоструктурой. Ее размеры позволяют отнести ее к субрегиону и охватывает она весь бассейн реки Амура и серию низкопорядковых речных бассейнов, связанных с Охотским и Японским морями. По концентрическим составляющим этой морфоструктуры размещаются горные хребты Восточного Забайкалья, Верхнего, Среднего и Нижнего Приамурья, СихотэАлиня и СевероВосточного Китая, а в центральных районах развиты обширные впадины АмуроЗейская, ЗейскоБуреинская, Среднеамурская, Сунляо и др. Судя по геологическим данным Амурская МЦТ имеет докембрийский возраст, и для нее была характерна неоднократная тектономагматическая активизация в фанерозое, в заключительную стадию которого (в мезозоекайнозое) было завершено формирование современного морфоструктурного плана субрегиона. На территории Амурской и, частично Алданской МЦТ в пределах Приамурья выявлено множество МЦТ более низкого порядка рангов, от нескольких сотен до нескольких десятков километров в диаметре. Однако наиболее ярко проявились МЦТ одиннадцатого порядка территориально точно совпадающие с выявленными нами ландшафтными районами, т.е. геосистемами XII порядка.

Исследователям с помощью космоснимков по разнообразным дуговым разломам удалось отрисовать в Амурской области 20 таких морфоструктур, имеющих важное значение для решения в дальнейшем прогнознопоисковых, инженерногеологических, гидрогеологических и других прикладных задач, связанных с выполнением Долгосрочной программы… изучения и освоения Дальневосточного экономического района. Однако автору по комплексу физикогеографических подходов и методов удалось выделить 115 ландшафтных районов, о чем подробнее было ранее. Констатируется практическая невозможность дистанционными методами выявить иерархическую азональную неоднородность в горных районах, трудно они также определяются в областях значительных по мощностям осадочных пород, когда «… эта категория разломов выделяется не столь четко и в определенной степени подавляется разломами иных направлений». Однако, во всех случаях состав подстилающих рыхлых отложений, почвы и биота, особенно растительность, районированные при помощи теории размерностей, надежно выявляют эту и другие уровни МЦТ, что резко повышает прикладную значимость комплекса фундаментальных физикогеографических подходов и методов, значительно дополняющих возможности дистанционных космических исследований.

Естественные предпосылки. Временной аспект. К настоящему времени надежно установлены циклические колебания климата Земли и увлажненности ее материков. Исследования последних лет показали, что одновременно действуют климатические циклы различных рангов. 2000 возрастных определений для Урала (общая относительная погрешность которых не превышала 3%) полученных калийаргоновым, рубидиевостронциевым, уранторийрадиевым, свинцовым и др. изотопными методами, были обобщены М.А.Гаррис при участии автора. Эти определения дополнены автором хорошо датированными определениями абсолютного возраста для Ямайки, Мексики, Калифорнии, Аляски и других областей США, Франции, Вост.Гренландии, островов Мэйн, а также многочисленными параллельными определениями абсолютного возраста, полученными калийаргоновым, урансвинцовым и рубидийстронциевым методами, пород Канадского щита. Кульминации магматизма, метаморфизма, тектогенеза и рудогенеза сопровождались крупными перестройками структуры геосистем разных масштабов. Выяснение последовательности, периодичности и длительности этих процессов, их сопряженности во времени и пространстве показало удивительную близость возраста (в пределах ошибки метода) их разнообразных проявлений в структуре земной коры, приуроченных к различным районам земного шара. Кульминационные глобальные процессы охватывают значительные пространства географической оболочки. В то же время своеобразие обстановки (гетерогенность среды), в которой протекают эти процессы, определяют сочетание единства возраста с их качественной неповторимостью. На основании всех данных получен ряд цифр (в млн.лет) 70, 110, 130, 170, 200, 225, 250, 270, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 440, 460, 480, 500, 520, 530, 550, 570, 620, 680, 970, 1100, 1160, 1360, 1420, 1450, 1620, 1680, 1740, 1790, 1960, 2010, 2070, 2130, 2250, 2470, 2640, 3100. Возраст Земли составляет около 4600 млн.лет. Интенсивность кульминаций, экстремумов или пароксизмов неодинакова. Наиболее мощные из них приводят к заметной перестройке в географической оболочке, к смене характера и объема магматизма, в некоторых случаях к полному прекращению вулканизма и к стабилизации, и установлению покоя или медленного прогибания с накоплением тысячеметровых толщ осадочных пород, которые затем резко сменяются воздыманием горных систем. В меньшем масштабе ритмический характер имеют все процессы, так или иначе связанные с мобилизацией, транстортировкой и седиментацией осадков. Самым мощным пароксизмом является рубеж около 4600 млн. лет, вторыми по мощности 3100 и 1620 млн.лет границы архейского и рифейского мегациклов, следующие рубежи 2640, 2130, 1100 и 570 млн.лет, разделяющие крупные циклы, затем 2470, 1960, 1790, 1450, 400, 225 млн.лет, разграничивающие отдельные циклы, такие как каледонский, герцинский, альпийский. Периоды внутри циклов имеют следующий возраст: 2590, 2250, 2070, 2010, 1748, 1680, 1420, 1360, 1160, 970, 680, 620, 520, 460, 340, 290, 170, 110 млн.лет, а этапы внутри периодов разделяются рубежами 550, 530, 500, 480, 440, 420, 380, 360, 320, 300, 270, 250, 200, 185, 130 млн.лет. Анализ временной структуры фанерезоя, последнего и максимально датированного макроцикла в истории Земли, показал, что средняя продолжительность наиболее коротких периодов состояний природных систем примерно равна друг другу. После завершения трех периодов низшего уровня следуют максимумы второго, более высокого ранга, последние через три интервала времени приводят к максимуму третьего ряда и т.д. Согласно критерию Вейнберга такие гармонические ряды являются волнообразными рядами («белым шумом»), порожденным сложением случайных причин.

Имеется достаточное число доказательств, скажем, связи чередующихся процессов сжатия и расширения Земли, с циклическими изменениями яркости ряда переменных звезд, позволяющих высказать мысль о единстве из причин, которые обусловлены ритмами Космоса. Интересно сообщение в международной прессе о результатах исследований профессора из Израиля Дрора Саде самого быстрого из известных сейчас пульсаров из Галактики в созвездии Рака. Ученый обратил внимание на то, что «пульсы звезды похожи на пульсы сердца…» Л.С.Берг пр

Учебная работа № 1517. Фрактальная теория пространственновременных размерностей