О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ СУЩНОСТИ ПАССИОНАРНЫХ ТОЛЧКОВ
С.Ф. Тимашев, д.ф.-м.н [timashev@lmp.nifhi.ac.ru]
Государственный научный центр РФ НИФХИ им. Л.Я. Карпова
Показано, что физико-химическая сущность пассионарных толчков может состоять в относительно кратковременном (на фоне общеисторических процессов) усилении биоэнергетических процессов во всех экосистемах, принадлежащих территориально к разветвленной системе разломов земной коры в зоне глубинного разлома. Такая активность обусловливается возрастанием потоков эндогенных восстановительных флюидов, выходящих на поверхность Земли через данный глубинный разлом. Пространственно-временная привязка пассионарных толчков определяется особенностями динамики термодинамически открытой системы Земля-атмосфера при управляющих внешних воздействиях со стороны Солнца и планет Солнечной системы.
Из разнообразия идей, разработанных Л.Н. Гумилевым, представления о пассионарных толчках, инициирующих поведенческую активность больших групп людей, в том числе приводящую к образованию новых этносов, оказываются наиболее интригующими для естествоиспытателей. Я не буду здесь подробно излагать фактическую сторону феномена. Гумилев, проанализировав историю народов, обратил внимание на несколько относительно непродолжительных по времени периодов истории, когда происходил быстрый рост активности новых этнических образований, изменялись стереотипы поведения, возникали новые идеологические и религиозные течения [1]. При этом каждая из совокупностей этих явлений, относимая к определенному периоду времени, оказывалась пространственно привязанной к относительно узким (около 200-400 км), но достаточно протяженным (до 10 тыс. км) полосам на поверхности Земли. Гумилев описал девять таких групп явлений - "пассионарных толчков" за последние три тысячи лет: четыре до рубежа нашей эры и пять после. Соответствующая карта-схема толчков, зафиксированных на Евроазиатском континенте за исторический период, приведена в [1,стр.306].
Гумилев понимал, что только системный, междисциплинарный подход может вскрыть генезис и естественнонаучную суть указанных явлений. Обладая удивительным талантом видеть исторические процессы в их совокупной пространственно-временной взаимосвязи, с "высоты птичьего полета" [2], он понимал конструктивность такого взгляда, считая, что не только углубление в предмет дает познание. Конечно, конкретные детали общей, междисциплинарной идеи должны прорабатывать специалисты в каждой из наук, имеющих отношение к предмету рассмотрения. Будучи гуманитарием, по профессии, и понимая, что сущность его идеи о пассионарных толчках может быть понята только на базе естественных наук, Гумилев искал для себя ориентиры и авторитеты среди тех ученых-естественников, чья мировоззренческая позиция была близка его собственной - позиции "русского космизма"[3]. И он обращается к идеям В.И. Вернадского о "живом веществе", о его космическом значении, о ноосфере [4], находя в них точку опоры для себя, для своего стихийного космического взгляда на Природу. Более того, Гумилев развивает идеи космистов об открытости системы Земля-атмосфера, прослеживая необратимые эволюционные изменения в географической среде и в биогеоценозах (экосистемах), происходящие в относительно короткие промежутки времени на относительно ограниченных территориях и определяющим образом воздействующие на историю человечества. Тем самым он впервые зафиксировал взаимосвязь сложных, стохастически скачкообразных исторических процессов и изменений среды обитания. При этом наряду с девятью глобальными пассионарными скачками Гумилев прослеживал и подобным образом происходящие явления на более "мелких" пространственно-временных масштабах, в частности, при анализе истории великой степи [2], хазарского этноса [1, стр.366-478]. Обобщая эти выводы, можно говорить об общей закономерности всех "исторических процессов от микрокосма (жизнь одной особи) до макрокосма (развитие человечества в целом), когда общественная и природная форма движения материи соприсутствуют и взаимодействуют подчас столь причудливо, что иногда трудно уловить характер связи" [1, стр.286]. Такому виду эволюции - с кратковременными скачками (всплесками) динамических переменных на фоне протяженных "ламинарных" областей, определяемому как "интермиттанс" (intermittency, "перемежаемость") [5], можно придать общий вид, постулируя его как общий закон эволюции сложных диссипативных систем. Оказывается [6], что такая закономерность может быть представлена в виде определенного математического выражения, соответствующего известному природному феномену - фликкер-шуму [5-9], характеризующему степень коррелированности в измеряемой последовательности (временном ряде) динамических переменных для разнообразных природных явлений. Эти закономерности могут быть использованы для установления степени взаимосвязи (коррелированности) последовательных явлений в исторических процессах.
В работах [6, 9] в пределе низких частот f были получены выражения для спектральной плотности S(f) автокоррелятора или спектра мощности в случае стационарного случайного процесса. Вид спектра, соответствующего фликкер-шуму определяется совокупностью всплесков анализируемой динамической переменной при существовании корреляционной связи внутри последовательности совокупности в течение длительного времени ("память на все времена"). В [30] было показано, что эффекты интермиттанса в сложной динамической системе могут продуцировать шум с различными частотными характеристиками. Общее выражение для спектра мощности в этом случае:
(1),
где a, n и f0 - параметры, 0 < n < 2, то есть не только классический фликкер-шум, но и различные типы "дробового" шума (потеря "памяти" на частотах f<f0). Возможности применения данного подхода для анализа исторических процессов будут кратко обсуждены в заключительном разделе данной статьи. Сейчас же вернемся к выявлению естественнонаучной сущности феномена пассионарности, напомнив некоторые из идей Вернадского, принятых Гумилевым.
В.И. Вернадский умер в 1945 году, явив миру еще раз удивительное явление, - чем труднее и сложнее жизнь человека, тем больше света и жизнеутверждения он несет в себе. Судьбы А. Грина, А. Фридмана, И. Крачковского, Н. Тимофеева-Ресовского, самого Л. Гумилева - яркие примеры этого феномена, который, возможно, имеет чисто российскую природу (достаточно вспомнить: "... горькая детоубийца, - Русь!", "... никто как русские так не спасал других, никто как русские так сам себя не губит"). Развивая идеи русского космизма с позиций исследователя-естествоиспытателя, Вернадский развил взгляд на систему Земля-атмосфера как термодинамически открытую систему с открытым будущим. Он внес значительный вклад в науки о Земле, заложив основы геохимии. Но он не дожил до нового естествознания последней трети нашего века - до открытия Уотсоном и Криком двойной спирали [10]; до опубликования гипотезы Митчелла о путях запасания и использования энергии в нативных системах [11]; до разработок теории перемещения литосферных плит [12] и установления упорядоченности в существующей планетарной системе линеаментов (разломов, трещин) литосферы [13]; до обнаружения реликтового излучения с открытием квазаров и, с большой вероятностью, "черных дыр"[14]; до создания теории диссипативных систем с выявлением генезиса детерминированного хаоса и бифуркационных переходов в сложных динамических системах [5, 15, 16]. Последние разработки привели к тому, что в последние 5-10 лет наряду с существующими науками о микро- и макромире начала формироваться наука о "сложном" [16-18], предмет которой - выявление взаимосвязей и изменений таких взаимосвязей в сложных динамических системах в процессах эволюционного развития систем. Гумилеву, гуманитарию по профессии, по-видимому, трудно было воспринимать новые идеи и конкретные открытия в естественных науках, поэтому идеи Вернадского остались для него основным ориентиром.
В силу сказанного, некоторые из представлений Вернадского, которые использовал для своей аргументации Гумилев, в том числе, о биохимической энергии живого вещества и о "стремлении биогенной миграции атомов химических элементов в биосфере к максимальному своему проявлению" [1, стр.345], сегодня звучат слишком абстрактно и бессодержательно. Бездоказательно и несколько наивно выглядят утверждения [1] об "явно неземном происхождении пассионарных толчков", которые связываются с "энергетическими ударами по Земле, идущими не от Солнца, а от рассеянной энергии Галактики" [1,стр.365]. Только в качестве художественного образа можно принять, что "именно толчок, мутация, порождающая признак пассионарности и сообщающая заново возникающим этносам оригинальный ритм биополя - вот что губит химеры и гнездящиеся в них антисистемы" [1,стр.364]. И именно относясь к таким образам как метафорам, и воспринимая, прежде всего главное, концептуальное в представлениях Гумилева о пассионарных толчках, я постараюсь выразить свое понимание этого удивительного феномена.
Прежде всего, надо сформулировать проблему. Нас будут интересовать физико-химические факторы, воздействующие (и возможно, определяющим образом влияющие) на общую закономерность всех крупных исторических процессов - от уровня этнических систем до всего человечества в целом, выражающуюся в неизбежности проявлений эффектов интермиттанса со свойственными каждому уровню пространственно-временными масштабами "всплесков" динамических переменных - показателей эволюции рассматриваемых систем. При этом нас будут интересовать, прежде всего, глобальные факторы эндогенной и экзогенной природы, соответственно связанные с воздействиями, оказываемыми на среду обитания этносов и биогеоценозы (экосистемы) в целом, из глубины Земли и со стороны Солнца и космоса. Именно эти факторы определяют ту "природную форму движения", которая, по Гумилеву, соприсутствует и взаимодействует с "общественной формой движения", формируя этнос как динамическую систему. Необходимо заметить, что и эндогенные, и экзогенные воздействия при формировании некоторых поведенческих признаков у этноса в целом могут иметь высоко специфический отклик со стороны отдельных особей [19]. Последнее качество Гумилев рассматривает как необходимый признак для пассионариев. Анализируя природу таких индивидуальных воздействий, мы фактически стремимся охватить и нижайшие пространственно-временные уровни взаимодействия природной и общественной форм - уровни отдельной особи.
Для того чтобы понять или хотя бы представить все возможные из указанных взаимосвязей необходимо, прежде всего, переложить на язык физико-химических моделей общие идеи В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского [20] о взаимодействии неорганического вещества планеты и живого вещества на всех пространственно-временных уровнях организации материального мира и о регулярной роли солнечно-земных связей в биосферных процессах. Такая попытка была предпринята в [19, 21], где была показана возможность учета взаимосвязей между геосферами при описании сложных природных явлений, происходящих в системе Земля-атмосфера: генерации магнитного поля Земли, формирования горючих полезных ископаемых, химических превращений в тропосфере и стратосфере, землетрясений и т.д. Генезис взаимозависимости в данном случае определяется существованием одного процесса - генерации молекул воды на межфазной границе жидкое ядро - нижняя мантия, выступающего как общий внутренний фактор для указанных явлений. Формирующиеся на указанной межфазной границе высоко восстановительные первичные флюидные потоки, содержащие, помимо воды и водорода, гелий, азот, кислород, переносятся "вверх" в областях структурной неоднородности мантии ("мантийные струи", "плюмы" [12, 22, 23], "мантийные каналы" [21, 24]), трансформируя свой химический состав. Восстановительные флюиды верхней мантии, по-видимому, содержат "карбидный" метан и все разнообразие элементов, имеющихся в зонах субдукции и спрединга [25]. В литосфере, особенно в местах локализации органических остатков, где образуются углеводородные природные ресурсы (нефть, природный газ, уголь, сланцы), состав флюидов может приобретать ту "индивидуальность", которая обычно фиксируется при изучении холодной дегазации Земли в различных районах [26]. Эти потоки восстановительных (преимущественно) водно-газовых флюидов выходят в атмосферу и океан через систему разломных зон земной коры, образуемую при сопряжении блоков относительно однородных фрагментов коры с различными характерными размерами, от десятков-сотен метров до десятков-сотен и более километров, так что крупные блоки формируются совокупностью блоков всех меньших размеров. Системы крупных блоков формируют плиты. На границах крупных блоков возникают межблоковые разрывные структуры с глубинными разломами, образующими системы линеаментов. Согласно [13], генезис формирования систем линеаментов следует связывать с конвективными движениями в жидко-металлическом ядре Земли и процессами на межфазной границе жидкого ядра и нижней мантии. Важно подчеркнуть, что все перечисленные системы разломных зон, межблоковых разрывных структур и разломов представляют собой области, в которых происходит непрерывное деформирование и взаимное перемещение отдельных блоков и систем блоков земной коры [26], то есть, являются системами динамическими и изменяющимися. Это означает, что восстановительные флюидные потоки, выходящие из недр Земли через эти разломы, также могут изменяться.
Но что является причиной геодинаимческой активности на разных пространственно-временных масштабах? Что определяет "ход времени" в эволюции Земли? Являются ли перемещения не только отдельных блоков, но и тысячекилометровых плит литосферы игрой случая и "внутриземных слепых стихий"? Или есть некоторый детерминизм во всех земных явлениях?
Выше уже фактически отмечалось, что определенный детерминизм есть, и это - "детерминизм стохастический", поскольку для эволюции даже самых сложных динамических систем характерен общий неспецифический закон, заключающийся в неизбежности проявления эффектов интермиттанса [6]. Так что из перечисленных выше вопросов остаются те, которые относятся к установлению сущности "организованного начала" - "управляющих часов" в эволюции Земли. В качестве "управляющего" параметра в рассматриваемой системе для анализа глобальных, планетарных процессов, определяющих изменение состояния биосферы на больших пространственных масштабах с характерными временами от месяцев и лет до десятилетий и столетий естественно рассматривать, прежде всего, солнечную активность. Но что определяет природу ее вариаций и, в этом смысле, ход времени?
Перед обсуждением этой проблемы, следует кратко остановиться еще на одном следствии рассматриваемой модели Земля-атмосфера - на восстановительной и очищающей роли флюидов, выходящих из внутренних областей Земли в Мировой океан и атмосферу. Вопросы, относящиеся к возникновению при этом в атмосфере потоков "вверх", очищающих ее от вредных для экосистем примесей (наряду с известными фото- и радиационно-химическими, фотокаталитическими процессами), рассматривались в [19, 21], равно как и вопросы о санитарной роли гидроксила в тропосфере и озона в стратосфере. Другим важным фактором является восстановительный характер выходящих из Земли флюидов, что способствует интенсификации биоэнергетических процессов в экосистемах на клеточном и субклеточном уровне для всех живых организмов. Так, согласно существующим представлениям [11, 27], запасенная живыми организмами энергия чаще всего находится в виде молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Молекулы АТФ при гидролизе в водной среде, теряя одну из своих фосфатных групп, превращаются в молекулы аденозиндифосфата (АДФ) и фосфорную кислоту (неорганический фосфат) с выделением энергии около 50 кДж/моль [27]. Выделяемая энергия используется в организме на поддержание сильно неравновесного солевого состава клеток, на функционирование всех многочисленных систем организма [11, 27, 28].
Энергоснабжение простейших организмов-прокариотов (бактерии, сине-зеленые водоросли), происходящее при усвоении пищи в ходе окислительных процессов с участием молекулярного кислорода, полностью обеспечивается дыхательными ферментами и системой фосфорилирования (синтеза АТФ), локализованными в поверхностной мембране. Синтез молекул АТФ во всех других живых организмах (животные, зеленые растения и водоросли, грибы и простейшие) происходит в субклеточных образованиях - митохондриях в процессе окисления пищи молекулярным кислородом [11]. При этом реализуется сложная последовательность химических превращений с передачей двух атомов водорода атому кислорода и образованием молекулы воды. Такая передача двух атомов водорода осуществляется путем переноса двух электронов по цепи электронного транспорта, формируемой последовательностью специальных ферментов-цитохромов, и трансмембранным переносом двух протонов от внешней стороны мембраны митохондрий к внутренней с формированием на мембране скачка электрохимического потенциала протонов [27,28]. При наличии такого скачка начинает функционировать специальный фермент АТФ-синтетаза, и продуцируются молекулы АТФ.
Для наших целей важно подчеркнуть, что перенос электронов в мембранах митохондрий происходит в восстановительной среде - при передаче электрона от молекулы-донора (восстановителя) к молекуле-акцептору (окислителю). В качестве главных первичных доноров электронов в живых организмах выступают молекулы НАД Н и НАДФ Н, содержащие соответственно две и три фосфатные группы (НАД - никотинамидадениндинуклеотид, НАДФ - никотинамидадениннуклеотидфосфат), а окисленные формы НАД и НАДФ играют роль первичных акцепторов электронов и атомов водорода. В условиях восстановительной среды (при наличии в среде водорода или водородсодержащих восстановительных агентов) создаются условия для повышения концентрации биологических доноров электронов, и биоэнергетические процессы не лимитируются, по крайней мере, восстановителями при наличии достаточной концентрации акцепторов электронов. При истечении восстановительных флюидов в гидросферу, в почвы и в атмосферу через некоторый глубинный разлом в таких благоприятных для синтеза АТФ условиях оказываются все экосистемы, локализованные на протяженных участках поверхности Земли, примыкающих к зоне этого глубинного разлома (включая всю сеть разломов с меньшими пространственными масштабами). Поэтому в местах выделения в водные системы или в атмосферу сильно восстановительных флюидов можно ожидать возрастания биологической активности растительных и животных организмов.
При этом могут инициироваться и мутационные явления в геноме человека и других живых организмов. Еще совсем недавно догмами эволюционной биологии считались крайняя редкость мутаций (изменений наследственной информации в ДНК) и их совершенно случайный характер. Однако исследования последних лет существенно повлияли на представления об изменчивости генома. Появилось много данных о неравномерной частоте мутаций в различных участках генома, обнаружена сверхизменчивость (гипервариабельность) геномной ДНК [29]. Выяснилось, что геном насыщен нестабильными участками ДНК - кластерами коротких тандемно повторяющихся элементов, имеющих разный генетический код, причем химические агенты разной природы могут воздействовать на эти элементы. Очевидно, что при ускорении биоэнергетических процессов реализуются более благоприятные условия для активационных перестроек в геноме, происходящих при динамическом формировании энергетических флуктуаций в перестраиваемых кластерах ДНК [30]. Как отмечалось выше, вся система глубинных и поверхностных разломов подвержена эволюционным динамическим изменениям. Поэтому пространственно-временная картина изменений биологической активности разнообразных биогеоценозов в ходе эволюционного развития биосферы и истории человечества оказывалась в сильной мере зависящей от указанных геологических факторов, вследствие воздействия восстановительных флюидов, как на биоэнергетические процессы, так и на процессы самовосстановления и самоочищения биосферы, что также крайне важно для естественного развития экосистем данного региона. В свете сказанного, возможно, могут найти естественное обоснование важные для концепции Гумилева данные [1, стр.178] об утончении костей человеческого черепа, происходящем в разных географических зонах в разные исторические эпохи.
Следует заметить, что последние из указанных процессов пока еще мало изучены, и им не уделяется еще должного внимания при разработке различных концепций сохранения биосферы, хотя разительные примеры возможностей Природы к самозалечиванию известны. Так, уже через два года после окончания войны в Персидском заливе его воды естественным образом (при протекании разнообразных фотохимических, фотокаталитических, механохимических и других физико-химических процессов) практически очистились от массивных разливов нефти, в заливе вновь появились креветки и т.д.[31]. Напомним, что "в январе-феврале 1991 г. Ирак сбросил в воды залива 1.7 млн. тонн нефти, период "жизни" которой, как считалось, составлял около 10 лет, ┘ произошло интенсивное химическое загрязнение одного из основных в мире мест зимовок птиц, ┘ резко сократился лов рыбы" [32]. Но Природа сама справилась с этим ударом! И именно о новых силах и возможностях Природы, которая, казалось бы, "на пустом месте" способна давать жизнь новым этносам при глобальных пассионарных толчках, писал Гумилев!
С этой точки зрения меня смущают серьезнейшие и, возможно, опасные выводы Римского клуба, сделанные еще в начале 70-х годов на основе анализа модели Медроуза мирового развития [33], а также некоторые выводы ряда недавних работ [34-36], в которых делаются заключения о том, что условиями сохранения цивилизации является обязательное сокращение населения нашей планеты. Более конкретно, речь идет о необходимости сокращения населения до 500 млн. человек, то есть в 10 раз по сравнению с численностью населения сегодня, за период от нескольких десятилетий до сотни лет [34] (или же в 10 раз должны сократиться потребности отдельного человека [36]). Столь же обязательное изменение ("выкорчевывание") устоев и привычек больших групп населения Земли ("средних американцев", мусульманского мира и др.) [36]. В свете такой парадигмы, согласно [35], главной проблемой "сохранения стабильности окружающей среды и сообщества людей является возрождение, а затем сохранение естественных сообществ организмов в объеме (касательно человечества объемы указаны выше - примечание С.Т.), обеспечивающем устойчивость окружающей среды, а перестройка хозяйства в направлении сокращения загрязнения окружающей среды оказывается второстепенной задачей для переходного периода".
По последней части перадигмы не хотелось бы даже дискутировать. Проблемам малоотходных и безопасных для Природы технологий посвящено много статей, обзоров, специальных выпусков научных журналов (см., например, [37-40]). Разработка энерго- и ресурсосберегающих экологически безопасных технологий давно уже оправданно стала приоритетным направлением науки и технической политики на государственном уровне. Что касается первой части, то, вне сомнения, демографические проблемы, проблемы "справедливого" использования полезных ископаемых сегодня стоят очень остро. Но решать их надо, прежде всего, на основе адекватных представлений о законах эволюции биосферы, о потенциальных возможностях Земли как источника разнообразных богатств, о механизмах процессов самоочищения и самовосстановления, происходящих в сильно неравновесной термодинамически открытой системе Земля-атмосфера.
Поэтому можно заключить, что основные выводы [34-36], относящиеся к выбору путей сохранения цивилизации, следует рассматривать лишь как дискуссионные. Здесь можно также добавить, что при оценках предельной численности населения Земли, которое, как и биосфера в целом претерпевает эволюционные изменения, необходимо учитывать закон необходимого разнообразия Эшби [41] и его модификации [42]. Согласно закону Эшби сложная система обладает устойчивостью для блокирования внешних и внутренних воздействий при достаточном внутреннем разнообразии. При внешних воздействиях, направленных на уменьшение разнообразия (например, по рекомендациям [34]), вступают в действие препятствующие достижению "критического уровня разнообразия" защитные механизмы биосистем, называемые обычно саморегуляцией, гомеостазом и т.д. В открытом Гумилевым феномене пассионарности реализуется еще один механизм повышения внутреннего разнообразия не только этносов, но и систем биогеоценозов, еще одна возможность Природы в самообеспечивании своей устойчивости.
Мы еще плохо понимаем возможности Природы не только относительно самозалечивания и самовосстановления, но и не умеем предсказывать катастрофические проявления ее мощи - крупные землетрясения, извержения вулканов, глобальные климатические феномены, такие как Эль-Ниньо. А они приносят сегодня не меньший урон, чем нехватка продовольствия и ресурсов. Поэтому прежде чем предлагать радикальнейшие меры в соответствии с [34-36], реализация которых чревата мировыми конфликтами, надо более осознано и всесторонне подойти к поиску объединяющих человечество идей, в том числе, представляемых различными религиозными конфессиями, и к построению концепции регулируемого ("sustainable", "устойчивого") развития биосферы в связи с решениями Международного межправительственного конгресса по охране окружающей среды в Рио-де-Жанейро (июль 1992 года), то есть к реализации представлений Вернадского о сфере разума ноосфере.
Биосфера Земли формировалась и существует сегодня в условиях активного воздействия со стороны Солнца. Именно с годичным обращением Земли вокруг Солнца, как и с собственным вращением Земли, вокруг своей оси и с гравитационным воздействием со стороны Луны обычно связываются естественные ритмы в функционировании и жизнедеятельности, как отдельных организмов, так и экосистем, биосферы в целом [20,43]. При этом необходимо отметить, что фиксируемые обычно по набору различных показателей (числа Вольфа, интенсивности радио- и оптического излучения с определенными длинами волн) [44] вариации солнечной активности не связаны с изменением солнечной постоянной, определяемой как общий поток солнечного излучения во всех спектральных интервалах (1376 Вт/м мин), падающий на Землю от Солнца. Наблюдаемое изменение последней величины не превышает 0.15% [45]. Истинная природа воздействия вариаций солнечной активности на биосферу Земли [21] и на планетарные атмосферные процессы [46], равно как и причины квазициклических изменений активности нашей звезды остаются пока дискуссионными [19,43,46,47], хотя сам факт таких воздействий неоспорим. Здесь достаточно указать на катастрофические последствия, вызванные магнитной бурей 13-14 марта 1989 г. в южных районах провинции Квебек и в некоторых северных провинциях США [45].
Основой для решения этих проблем должны стать надежно установленные данные по взаимосвязи солнечной активности с конкретными процессами и явлениями в различных геосферах и биосфере, а также по взаимосвязи разнообразных земных процессов, которые могут реализовываться как имеющие одну причину - солнечную активность, так и безотносительно к активности Солнца. Последнее представляется чрезвычайно интересным, поскольку есть основания полагать, что геодинамической активности самой свойственны циклические изменения, причем генезис вариаций солнечной и собственно геодинамической активности может оказаться единым.
Еще в 1965 г. Жозе [48] высказал идею о том, что изменение солнечной активности может быть связано с изменением траектории центра масс Солнца при его движении относительно барицентра солнечной системы. Солнце может удаляться от барицентра на расстояния, более чем вдвое превышающие радиус Солнца. Однако последующие исследования по определению корреляций между изменениями параметров указанной траектории и наблюдаемыми вариациями солнечной активности, казалось, не подтвердили идею Жозе [49, 50]. Полученный негативный результат мог быть связан с неадекватностью проведенного анализа, поскольку в [49, 50] Солнце рассматривалось как материальная точка. При этом не анализировались эффекты, связанные с неоднородностью гравитационных воздействий на различные области Солнца и инерцией солнечного вещества, участвующего помимо вращения вокруг солнечной оси в неинерциальном движении при перемещении центра масс Солнца относительно барицентра. Из качественных физических соображений следует [21], что неоднородность гравитационного поля в сочетании с силами инерции может приводить к возникновению колебательных и вихревых движений в солнечном веществе. Интерес к выявлению таких движений обусловлен, прежде всего, возможностью генерации солнечной активности возникающими вихрями и колебаниями. Это может быть инициирование "всплывания" магнитных "трубок", формируемых на внутренней границе конвективной зоны и проявляющихся как "солнечные пятна"[51], формирование аномальных по величине динамических флуктуаций плотности солнечного вещества в приповерхностной зоне, которые могут приводить к солнечным вспышкам [52, 53]. Вихри в центральных областях Солнца, где происходят реакции ядерного синтеза, могут инициировать формирование пинчей с ускорением заряженных частиц (протонов, других ядер, электронов) в них [53-55], что должно приводить к изменению кинетики ядерных превращений. Необходимо отметить, что на саму возможность существования конвективных движений солнечного вещества в центральных областях указывают наблюдаемые временные вариации потока солнечных нейтрино [56, 57], фиксируемые в опытах Дэвиса [58]. Заметим также, что конвективные потоки солнечного вещества могут стабилизировать течение ядерных реакций: в отсутствие таких движений выделение энергии при ядерных реакциях может приобретать взрывоопасный характер [59].
Конечно, обсуждаемые возможности инициирования солнечной активности и вариации темпа ядерных превращений могут быть адекватно оценены лишь после нахождения соответствующих решений нестационарных уравнений гидродинамики для сжимаемой вязкой среды солнечного вещества с привлечением модельных представлений о генерации солнечных пятен, о развитии вспышек, об электродинамических механизмах ускорения ядер и электронов в солнечной плазме. Можно ожидать проявления различных характерных периодов в инициировании процессов в Солнце, поскольку траектория центра масс Солнца содержит информацию о различных циклических и нециклических движениях в солнечной системе: периодах обращения планет вокруг Солнца, периодах модуляций воздействия на Солнце со стороны спутников планет и пояса астероидов, о найденном Жозе периоде 178,5 лет обращения центра масс Солнца относительно барицентра, о возмущениях, вносимых в планетарные движения при движении Солнечной системы в космическом пространстве.
Существующие программы расчета нестационарных уравнений Навье-Стокса для сжимаемой вязкой среды с выходом на суперкомпьютеры с параллельно-векторным счетом [60, 61], равно как и программы расчета движения центра масс Солнца относительно барицентра [49, 50], а также модельные представления о физике Солнца позволяют думать о "решабельности" этой задачи, по крайней мере, для простейших модельных вариантов. Решение ее позволит либо продвинуться в понимании истинной природы солнечной активности, а, следовательно, и генезиса солнечно-земных связей, что составляло загадку для многих поколений исследователей, либо еще в большей степени усилит стоящую перед человечеством проблему понимания этого феномена.
Здесь мы обращаем внимание еще на одно обстоятельство в связи с принципиальным результатом работы [49]. Авторами [49] было показано, что, несмотря на сложный характер движения центра масс Солнца относительно барицентра, расстояние от Земли до Солнца при этом практически не изменяется, что и подтверждается неизменностью величины солнечной постоянной. Но этот вывод в то же время означает, что центр масс Земли совершает такое же неинерциальное движение, как и центр масс Солнца. Поскольку в системе Земля-атмосфера также могут генерироваться вихревые и колебательные движения (не только в атмосфере и океане, но и в жидко-металлическом ядре), а литосфера и отчасти мантия способны к небольшим структурным перестройкам, указанное движение центра масс Земли может приводить к циклическим явлениям планетарного масштаба. Конечно, модельный расчет таких перестроек и вихревых возбуждений еще более сложен, чем в случае Солнца. Поэтому более актуальным сейчас представляется поиск, обнаружение и исследование таких феноменов. Это тем более важно, что некоторые из известных, но пока непонятых крупномасштабных явлений природы, таких как Эль-Ниньо [62, 63] или Гольфстрим [64], которые могут иметь именно указанную природу, в значительной мере определяют экологическое состояние больших территорий Земли и судьбы многих людей.
Можно надеяться, что использование динамических методов анализа временных рядов данных, включая методы фрактальной размерности, показателей Ляпунова, динамической энтропии Колмогорова, фликкер-шумовой спектроскопии, как и всего арсенала формирующейся науки "о сложном" [16-18], позволит продвинуться в понимании указанных вопросов с выявлением пространственно-временных закономерностей зарождения и эволюции явлений планетарного масштаба в различных геосферах Земли. Некоторые примеры такого анализа, относящиеся к вариациям солнечной активности по ряду показателей (числа Вольфа; общее магнитное поле Земли; электромагнитное излучение с длинами волн 10,5 см, 121,5 нм и 530 нм; поток солнечных нейтрино), к неравномерности вращения Земли, к изменениям индекса Южного колебания Эль-Ниньо, к динамике озонового слоя Земли на разных высотах, представлены в [65, 66]. Можно надеяться, что соответствующий анализ и модельное рассмотрение динамики формирования флуктуаций в исследуемых системах позволит в каждом конкретном случае установить "солнечную" или "земную" первопричину наблюдаемых корреляций, природу "часов", запускающих данные процессы, а, следовательно, и приблизиться к прогнозированию природных явлений, влияющих не только на эволюционные изменения в экосистемах, но и на судьбы целых этносов.
Обнаруженный и проанализированный Гумилевым на примере пассионарных толчков закон исторического развития в форме интермиттанса допускает, как уже отмечалось, представление в виде спектральной плотности (1) флуктуирующих динамических характеристик исторического процесса. Этому, пока еще в значительной мере абстрактному утверждению, можно придать вполне определенный вид, если конкретизировать для разного типа исторических процессов смысл измеряемых динамических параметров. При этом можно анализировать ход истории (его проявления во флуктуациях динамических величин) на различных временных интервалах. Возможно, такой анализ в дальнейшем проявит "характерные черты" истории разных этносов, групп населения, объединяемых по различным признакам, равно как и истории государств, городов, территорий. Можно с достаточной долей уверенности ожидать, что "спектральная история" Англии будет представляться классическим фликкер-шумом (f0=0 в (1)) вплоть до предельно низких частот, соответствующих почти восьмисотлетней истории, что должно соответствовать "стационарности" и "устойчивости" исторического процесса страны, принявшей Великую Хартию Вольностей еще в 1215 году и создавшей многовековые традиции. Общий низкочастотный спектр истории Англии будет содержать также множество "резонансных" пиков, характеризующих сугубо индивидуальный для данной страны колорит. Что это будут за резонансные частоты, и какой национальной традиции, или какими национальными "импульсами" они будут сформированы, имеет смысл обсуждать, когда будут сделаны первые попытки в написании соответствующей истории. Для истории России скорее будет характерен "дробовой шум"(f0? 0 в (1)) с относительно малыми периодами (70-80 лет) "коррелированного" развития. Такой характер спектра будет отражать отсутствие преемственности в последовательности этапов исторического развития. Очевидно, что "резонансные" частоты Российской истории, формирующиеся спецификой и индивидуальностью российского этноса, будут отличны от "английских частот". Написание таких историй, причем не только для России и Великобритании, помимо удовлетворения естественного интереса и любопытства исследователей (и неисследователей тоже) поможет несколько формализовать характеристику этносов и создаст основу для более уверенной оценки их состояния и прогнозирования возможных эволюционных путей. По крайней мере, к таким возможностям я прихожу на основе анализа скачкообразного характера эволюционных путей этноса по Гумилеву.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гумилев Л.Н. Этносфера: История людей и история природы. М.: Экопрос, 1993. 544 с.
2. Гумилев Л.Н. Поиски вымышленного царства. М.: 1970.
3. Русский космизм. М.: Педагогика-Пресс, 1993.
4. Вернадский В.И.Философские мысли натуралиста. М.:Наука,1988. 520 с.
5. Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение. М.: Мир, 1988. 240 с.
6. Тимашев С.Ф. О законе эволюции природных систем. Журн. физ. химии. 1994. Т.68. N12.
7. Buckingham M.J. Noises in the Electronic Devices and Systems. Chichester: Ellis Horwood, 1983.
8. Коган Ш.М. // Успехи физ. наук. 1985. Т.145. С.285.
9. Тимашев С.Ф. // Журн. физ. химии. 1993. Т.67. С.798; С.1755.
10. Дубинин Н.П. Общая генетика. М.: Наука, 1986. 560 с.
11. Ленинджер А. Биохимия. М.: Мир, 1976.
12. Хаин В.Е.// Вестник Моск. Гос. Университета. Сер. геологич. (N4). 1994. N.1. С.3.
13. Беспрозванный П.А., Бородзич Э.В., Буш В.А. О выявлении упорядоченности планетарной сети линеаментов по результатам численного анализа. Физика Земли. 1994. N2, С.57-66.
14. Торн К.С. Черные дыры и искривление времени: дерзкое наследие Эйнштейна. Природа. 1994. N1, 2, 5, 7, 8, 10, 11.
15. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986. 431 с.
16. Nicolis G., Prigogine I. Exploring Complexity. An Introduction. New York: W.H.Freeman and Company. 1989.
17. Shlesinger M. // Nature. 1993. V.361. P.29.
18. Тимашев С.Ф.// Журн. физ. химии. 1994. Т.68. N5. С.953.
19. Тимашев С.Ф.// Успехи химии. 1991. Т.60. N.11. С.2292.
20. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Мысль, 1973. 350 с.
21. Тимашев С.Ф.// Журн. физ. химии. 1993. Т.67. N1. С.165.
22. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Гладков И.Н.// Геология и геофизика. 1993. Т.34. N12. С.5.
23. Larson R.L., Olson P.// Earth Planet Sci. Lett. 1991. V.107. P.437.
24. Бородзич Э.В.// Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации. М.: Наука. 1990. С.130.
25. Пауэлл Кори С. В мире науки. 1991. N8. С.68.
26. Войтов Г.И., Добровольский И.П. Химические и изотопно-углеродные нестабильности потоков природных газов в сейсмически активных регионах. Физика Земли. 1994. N3, С.20-31.
27. Давыдов А.С. Биология и квантовая механика. Киев: Наукова думка, 1979. 296 с.
28. Timashev S.F. Physical Chemistry of Membrane Processes. Chichester: Ellis Horwood. 1991. 246 p.
29. Рогаев Е.И. Сверхизменчивая ДНК. Природа. 1992. N2. С.22-30.
30. Тимашев С.Ф. // Журн. физ. химии. 1995. Т.69. N8.
31. Pearce F. // New Scientist. 1993. V.137. N1865. P.10.
32. Оксенгендлер Г.И. Химические аварии. Природа. 1992. N2. С.31-40.
33. Геловани В.А., Пионтковский А.А., Юрченко В.В. О задаче управления в глобальной модели WORLD-3, М.: 1975.
34. Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., Шерман С.Г. Устойчивость биосферы и окружающей среды. Препринт N1512. ЛИИЯФ. 1989. 31с.
35. Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Окружающая среда: от новых технологий к новому мышлению. Зеленый мир, 1994. N19. С.7.
36. Моисеев Н.Н. Современный антропогенез. Там же. 1994. N21. С.5.
37. Успехи химии. 1990. Т.59. N10.
38. Успехи химии. 1990. Т.59. N11.
39. Успехи химии. 1991. Т.60. N3.
40. Успехи химии. 1991. Т.60. N11.
41. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. М.: Изд.ин.лит.,1959. 432 с.
42. Емельянов И.Г.// Успехи современной биологии. 1994. Т.114. С.304.
43. Данилов А.Д.,Авдюшин С.И.// Природа. 1993. N.5. С.18.
44. Ривин Ю.Р.// Биофизика. 1992. Т.37. N.3. С.439.
45. Авдюшин С.И.,Данилов А.Д.// Природа. 1993. N.3. С.33.
46. Левицкий Л.С.,Рыхлова Л.В.,Сидоренков Н.С.// Астрон. журнал. 1994. Т.71. N1. C.170.
47. Кисловский Л.Д./ Проблемы космической биологии. Л.: Наука. 1989. Т.65. С.129.
48. .Jose P.// Astron. Journal. 1965. V.70. N.3. P.193.
49. .Долгачев В.П.,Доможилова Л.М.,Хлыстов А.И.// Труды ГАИШ. 1991. Т.62. С.111.
50. Хлыстов А.И.//Биофизика. 1992. Т.37. N.3.
51. Контор Н.Н./ Исследование солнечной плазмы. Ашхабад. 1989. С.132.
52. Somov B.V. Physical Processes in Solar Flares. Dordrecht etc.: Kluwer Academic Publishers. 1992. 249 p.
53. Кужевский Б.М.,Троицкая Е.В.// Астрон. журнал.1994.Т.71. N.1. C.147.
54. Трубников Б.А.// Успехи физ. наук. 1990. Т.160. N.12. С.167.
55. Van der Oord G.H.J.// Astron. Astrophys. 1988. V.207. N.1. P.101.
56. Sacurai K.// Nature. 1979. V.278. N.5700. P.146.
57. Ривин Ю.Р.// Астрон. журнал. 1993. Т.70. N.2. C.392.
58. Davis R.,Jr.// Talk Given XXI Int. Conf. Cosmic-Ray Phys. 1990. Adelaide. Australia.
59. Вандакуров Ю.В.// Письма в Астрон. журнал. 1993. Т.19. N.1. C.61.
60. Полежаев В.И., Буне А.В., Верезуб Н.А. и др. Математическое моделирование конвективного тепло- и массообмена на основе уравнений Навье-Стокса. М.: Наука. 1987.
61. Андрушенко В.А., Горбунов А.А., Пасконов В.Н., Чудов Л.А. // Математическое моделирование. 1992. Т.4. N.3.
62. Pearce F. // New Scientist. 1991. V.131. N.1788. P.19.
63. Сидоренков Н.С./ Планетарные атмосферные процессы. Л.: Гидрометеоиздат. 1991. С.31.
64. Pearce F.// New Scientist. 1993. V.138. N.1872. P.7.
