Материал к лекции 3

Позаченюк Е.А. Экологическая экспертиза: природно-хозяйственные системы.- Симферополь, Таврический экологический институт. - 2003. – С. 15-39.

СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА. Одним из направлений постнеклассических тенденций в географии может стать развитие ее теории на базе положений синергетической науки. По оценке Н.С.Добронравовой (1990), процесс становления синергетики – это революция в естествознании, некое новое миропонимание.

Термин “синергетика” (от греческого " synergia") совместное или кооперативное действие ввел Г.Хакен (Штутгарский университет), но впервые его предложил во второй половине ХIХв. английский физиолог В.С. Шеррингтон. Акцентируется внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как целого. Становление cинергетики как науки произошло благодаря работам Г.Хакена (1980,1985), И.Пригожина (1982, 1986), С.П.Курдюмова (1983, 1992), В.Эбелинга (1079), И.Стенгера (1990), А.М.Жаботинского (1974) и др. Синергетика базируется на таких понятиях как синергизм, нелинейность, когерентность, открытость, энтропия, хаос, вероятностных процессах, устойчивость и неустойчивость, бифуркация, диссипация, организация и самоорганизация, флюктуация и др.

Особенность синергетической парадигмы состоит в нелинейности мышления. Нелинейные системы обнаружены в гидродинамике, физике лазеров, химической кинетики, астрофизике и физике плазмы, в геофизике, географии и экологии. Нелинейность в математическом смысле означает вид уравнений, содержащих искомые величины в степенях больше единицы, или коэффициенты, зависящие от свойств среды. Нелинейные уравнения могут иметь несколько качественно различных решений.

Нелинейность проявляется многовариантностью событий, их неопределенностью, наличии свойства размытости систем, принципом несовместимости Л.А.Заде (1976) и др. Изучать систему с учетом нелинейности - означает не выпускать из поля зрения многие режимы, особенно завуалированные. Своеобразие феномена нелинейности также состоит в том, что имеет силу принцип “разрастания малого”, или усиления флуктуаций; пороговость чувствительности: ниже порога все стирается, а выше - все многократно возрастает; порождает квантовый эффект - дискретность путей эволюции нелинейных систем, т.е. на данной среде возможен не любой путь эволюции, а лишь определенный спектр путей; возможность неожиданных эмерджентных изменений направления типичных процессов, что делает ненадежными прогнозы, построенные по типу экстраполяции от наличного (метод тренда). Хотя, для высокоорганизованных систем случайность выбора, по всей видимости, состоит в ограниченном наборе путей, определяемых направлением эволюционного развития среды (аттрактора) и направленных на повышения сложности структуры и организации самой системы.

Синергетика - это теория самоорганизации сложных нелинейных неравновесных диссипативных открытых систем. Наиболее известный с начала века эксперимент получил название эффекта Бенера - самоструктурирования в виде ячеек минерального масла при его нагревании. Позже получены и другие эффекты (рис.1.2).

Рис.1.2. Во многих течениях возникают различные типы упорядоченности: а) вихревые дорожки Кармана, проявляющиеся при оптекании кругового цилиндра; б) конвективные валики, наблюдаемые в подогретом слое жидкости; в) неустойчивость Бенера, приводящая к образованию шестигранных ячеек (Капица и др., 2001)

Синергетика устанавливает высокую степень общности законов самоорганизации физических, химических, биологических, природных, социальных и природно-социальных систем на уровне неких принципов и подходов. Законы самоорганизации физических и биологических или социальных систем не сводимы друг к другу, как, например, проявление системности на различных уровнях структурной организации вещества и энергии. Самоорганизация - самонастройка, самоуправление - универсальное свойство таких систем. Согласно И.И.Дедю (1990, с.275) "самоорганизация - процесс создания, воспроизводства или совершенствования организации сложной динамической системы" при обязательном учете воздействий внешней среды.

Раскрытию процессов самоорганизации геолого-геоморфологических систем посвящены работы Ф.А.Летникова (1992), А.В.Позднякова, И.Г.Черванева (1990) и др. Наличие процессов самоорганизации в биологических системах показано в работах С.Н. Маслоброда (1996), И.Х.Удра (1994), С.А.Мороза (1996) и др. Самоорганизацию геохимических ландшафтов исследовал А.И.Перельман и др. (1992,, 1995), А.Е.Воробьев и др. (1992). А.Д.Арманд (1988) изучены процессы самоорганизации и саморегулирования в географических системах. Ландшафт как саморегулируемую систему рассматривал Я.Демек (1977). Основная сущность самоорганизации природных геосистем состоит в способности их на основании отрицательных обратных связей сохранять стабильное состояние (гомеостаз ландшафта), а вследствие наличия положительных обратных связей - усложнять свою структуру.

Общественные системы также характеризуются процессами самоорганизации (Пригожин, 1983, Гумилев, 1993, Моисеев, 1990, Цикин, 1994 и др.). Условием самоорганизации общества является открытость, неравновесность, обмен со своим окружением веществом, энергией и информацией. Процессы самоорганизации общества проявляются, во-первых, в том, что ему, как любой самоорганизованной системе, присуще кооперативное и когерентное поведение элементов (на заре антропогенеза кооперативное начало ограничивалось семьей, племенем, затем национальностью, государственностью и т.д). Во-вторых, общество развивается через флуктуации и эволюционирует по нелинейным законам. По выражению Н.Н.Моисеева (1992, с.25), "в обычном смысле общество не является управляемой системой, ее развитие следует законам самоорганизации". В числе таких законов возникновение обратных связей, реализуемых рыночным механизмом. Этот механизм возник без воли людей, как удивительное изобретение цивилизации, соизмеряющей потребности и производство. И.Пригожин (1983) рассматривает организацию общества как единство управления (осознанного) и саморегулирования и самоорганизации (стихийного). Саморегулирование производит нормы отношений и поведения, самоорганизация - неформальную структуру общества. Научно обоснованное управление идет за счет расширения сферы целенаправленного регулирования, за счет включения в него тех процессов, которые раньше протекали стихийно.

ГЭЭ имеет дело с природно-социальными системами, которые развиваются по сложнейшим природным и социальным законам. Свойственны ли им процессы самоорганизации, или эти системы в своем развитии подчиняются сугубо общественным законам? Безусловно, с развитием общества эти системы все в большей степени зависят от общественного развития, от процессов регулирования и управления. В то же время управлять человек может только в пределах определенного структурного уровня - своим общественным развитием и своими процессами природопользования. Это положение хорошо согласуется с высказыванием Н.Н.Моисеева (1990, с.20) об общем положении универсального эволюционизма: "разум, возникший на планете, не способен сделать мировой эволюционный процесс управляемым, но в его силах понять и, возможно, организовать систему воздействий на природные и общественные системы так, чтобы обеспечить желаемые тенденции развития или преодолеть возможные кризисы". Процессы управления и регулирования должны учитывать законы самоорганизации природной подсистемы и, возможно, все в большей степени освобождаться от общественных процессов самоорганизации, так как последние ведут к неизбежным социально-экологическим кризисам. И.Г.Черванев, обсуждая экологическую парадигму, ставит вопрос: управление или самоорганизация? Ответ на него видит в следующем: " Отношения человека и природного окружения должны рассматриваться как отношения двух равноправных систем - т.е. самоорганизационной "надсистемы". В ней возникают новые связи, отношения, соединяющие воедино исходные составляющие. Их надо уметь выявить и познавать" (Черванев, 1996, с.36). Процессы самоорганизации природно-общественной системы слабо изучены. Они коренным образом отличаются от других самоорганизующихся систем вследствие того, что здесь имеет место осознанная организация, роль которой с течением времени возрастает. Целесообразно относительно природно-общественной системы употреблять термин "обусловленная самоорганизация".

Процессы организации универсальны, это свойство можно считать фундаментальным для всех материальных систем, во всяком случае макромира. Познание системы «природа-общество» возможно на основе концепции самоорганизации. В то же время процесс самоорганизации, как любой процесс, не охватывает многих аспектов функционирования и развития этой системы и не может рассматриваться как единая основа ее развития. Основная задача синергетики - находить устойчивые варианты организации процессов в изучаемой системе, которые бы идеально подходили ей и к которым со временем эволюционировали бы все другие ее состояния (Самарский, Курдюмов, 1989).

Процессы организации универсальны, это свойство можно считать фундаментальным для всех материальных систем. Все системы имеют структуру, обладают свойствами самоорганизации и устроены по определенным принципам. В классической науке не так давно разработана теория фракталов. Классическим примером является гипотетический остров Коха (рис.1.3). Длина побережья этого острова бесконечна. Теоретически такая фигура возможна если представить себе равносторонний треугольник, потом на каждой стороне достроить по треугольнику, сторона которого в три, а значить, площадь в девять раз меньше, чем у исходного. И так далее. То, что получится после бесконечного количества таких шагов, и называется островом Коха. Почему его побережье бесконечно? На втором шаге периметр фигуры увеличивается в 4/3 раза, на третьем - еще в 4/3. Это произошло потому, что каждый отрезок заменяется ломаной, длина, которой в 4/3 раза больше. А (4/3)ⁿ при n стремящейся к бесконечности, конечно же стремится к бесконечности. Если вспомнить геометрическую прогрессию, то можно убедиться, что площадь острова конечна.

Рис.1.3.Несколько первых шагов в последовательности, приводящей к построению острова Коха, который имеет ограниченную площадь и бесконечный периметр

Вторая особенность острова Коха состоит в том, что длина его периметра зависит от длины линейки, которой его измеряют. При измерении предполагается, что мы сложную изрезанную береговую линию будем заменять, как это всегда делают географы, ломаной со звеньями не меньшими, чем наша линейка. Измерянный периметр будет зависит от длины линейки. Действительно, чем меньше длина линейки, тем больше измеренная длина побережья.

Остров Коха обладает еще одной особенностью. Допустим мы фотографируем этот остров в океане из космоса. Мы можем фотографировать с любым увеличением, но часть побережья будет тем меньше, чем больше увеличение. И мелкие детали в крупном масштабе будут теряться. То есть, увеличим маленький прямоугольничек, до размеров первоначального. Опять увеличим маленький прямоугольник, опять увеличим и увидим то же самое... И так до бесконечности. Это свойство выглядит в любом, сколь угодно мелком масштабе примерно одинаково называется масштабной инвариантностью, а множества, которые им обладают, - фракталями. Долгое время к фракталам относились как к забавной матиматической безделице. Ситуация изменнилась после работы Б. Мальдельбора “Форма, случай и размерность” (1977) и др, где показано, что существование фрактальных множеств позволяет объяснить, в некоторых случаях предсказать экспериментальные результаты полученные в различных областях: космологии, теории турбулентности, химической кибернетики, физики полимеров, теории просачивания житкостей, физиологии, физики полупроводников, теории роста города и др.

Теория самоорганизованной критичности устанавливает глубокую аналогию между развитием физических процессов, сходом снежных лавин, землетрясениями, стадиями дигрессии растительных сообществ, колебаниями курса акций, техногенными катастрофами и проблемами хранения ядерных арсеналов. Сущность теории состоит в том, что системы при изменении внешней среды, ведущей к деградации, способны сохранять свое состояние при дальнейшей тенденции изменения среды, т.е. деградация систем происходит не континуально, а через некие устойчивые стадии, которые могут сохраняться достаточно долго и отграничиваются друг от друга порогами критического состояния. Для физических систем этот принцип разработан П.Баком и К.Ченом (1991).

Теория самоорганизации отвечает также на вопрос по каким законам простые структуры могут объединятся в сложные. Форма определяет существование структуры. Для создания сложной структуры, развивающейся во времени, надо верно угадать ее форму.Количество вложенной энергии не играет здесь никакой роли. Одним из ключевых результатов стало доказательство, что в этой среде могут быть построены только те структуры и никакие другие. Есть правило запрета. Попытка что-либо “навязать” этой системе или действовать методом проб и ошибок обречены на провал. В этом плане много аналогий с экономическими, социальными, экологическими системами, где попытка “перестроить” или создать заново очень редко приводит к положительному результату. С современной медициной, обратившейся к сверхслабым “резонансным” воздействиям на организм, подчас более эффективным, чем сильнодействующие препараты. С философией древнего востока, где во главу угла ставилось выявление внутренних потенций целого и следование им.

Сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути и тенденции их развития. Скорее необходимо понять как способствовать их развитию. В связи с этим проблема управляемого развития приобретает форму проблемы самоуправляемого развития. Для сложных систем существует несколько альтернативных путей развития. Отсутствие жесткой предопределенности дает надежду на возможность выбора их пути. Хотя направлений эволюции много, но с выбором пути в точках становления (точках бифуркации), т.е. на определенных стадиях эволюции, проявляет себя некая предопределенность, преддетерминорованного развития процессов.

Синергетика дает знания, как оперировать со сложными системами и как эффективно ими управлять. Оказывается, что главное это не сила, а правильная топологическая конфигурация, архитектура воздействия на сложную систему. Малые, но правильно организованные, резонансные воздействия на систему чрезвычайно эффективны (даосизм Лао-дзы: слабое побеждает сильное, мягкое побеждает твердое, тихое побеждает громкое и др

Синергетика считает, что носителем форм организации является среда. Среда потенциально содержит в себе разные виды локализации процессов (разные виды структур). Среда есть некое единое начало, выступающее как носитель различных форм будущей организации, как поле неоднородных путей развития. Структура - это локализованный в определенных участках среды процесс. Настоящее состояние системы определяется не столько ее прошлым, но и строится, формируется из будущего, в соответствие с грядущим порядком.

Синергетика полагает, что все в мире живое, хотя формы проявления жизни разные, т.е. происходит отказ от резкого противостояния структур органической природы (живого) и неорганической (неживого). Самоорганизация может возникнуть и в неживой природе (построены математические модели некоторых физических и химических самоорганизующихся систем). Основа самоорганизации - кооперативные процессы, связанные с когерентным, т.е. согласованным поведением большого числа подсистем или элементов, возникающие благодаря их взаимодействию. Синергетика эту общность видит в однотипных законах организации всех открытых систем вне зависимости от их природы.

Нелинейные системы обладают очень интересным свойством, которое выражается понятием “аттрактор”. В большинстве случаев под аттрактором понимается изображение относительно устойчивых состояний системы в фазовом пространстве. Если фазовая точка, символизирующая состояние системы, вошла в область аттрактора, она уже не покинет его никогда. Аттрактор (от анг. to attract - притягивать) - это те реальные структуры в открытых нелинейных средах, на которые выходят процессы эволюции, в результате затухания в них переходных процессов.

С точки зрения физики аттрактор - предельная траектория изображающей точки в фазовом пространстве, к которому стремятся все исходные режимы. Понятие аттрактора в физикехорошо отражает пример маятника. Допустим, мы отклонили его от положения равновесия на разный начальный угол. После некоторого промежутка времени колебание маятника затухнет, и он придет в исходное состояние равновесия, которое не зависит то выбора начальных условий. Математическое описание движения маятника как идеализированной системы с одной степенью свободы задается точками траекторий в двухмерном фазовом пространстве: координаты и импульс системы. При этом ее финальное равновесное состояние представляет собой точку в начале координат. Эта точка в данном случае - точечный аттрактор системы, поскольку она как бы “притягивает” к себе все множество ее траекторий, задаваемых различными условиями.

Другой важный тип аттрактора связан с устойчивым периодическим движением - аттрактором будет замкнутая кривая, называемая предельным циклом.

Странныеаттракторы находятся где-то посередине между точечными и периодическими. Термин странные аттракторы ввели в 1971 г. Д.Рюэлль и Ф. Такенс. Такой аттрактор. имеет два существенных отличия: траектория его непериодическая (она не замыкается) и режим функционирования неустойчив (малые отклонения от режимов нарастают). Каковы критерии странности? Основной критерий странности аттракторы является неустойчивость траектории, причем неустойчивость чаще подчиняется законам экспоненциальности. Это означает, что малое возмущение режима должно во времени увеличится по экспоненте. Причем характерна не только экспонентная неустойчивость режима колебаний, но и наличие в системе перемешивания. Математический образ детерминированных непериодических процессов, для которых невозможен долгосрочный прогноз, назвали странными аттракторами.

В этом плане интересны мировоззренческие рассуждения приводимые гораздо раньше в фейнмановских лекциях по физике, изданных в 1963 г.; “Обычно думают, что недетерминированность, невозможность предсказать будущее - это особенность квантовой механики, и именно с ней связывают представление о свободе воли (курсив автора) и т. д. Но если бы даже наш мир был классическим, т.е. если бы законы механики были классическими, все равно из этого не следует, что то же или какое-то аналогичное представление не возникли бы. Да, конечно, с точки зрения классики, узнав местоположение и скорость всех частиц в мире (или в сосуде с газом), можно точно предсказать, что будет дальше. В этом смысле классический мир детерминирован. Но представьте теперь, что наша точность ограничена и что мы не знаем точно положение только одного из атомов; знаем скажем, его с ошибкой в одну миллиардную. Тогда, если он столкнется с другим атомом, неопределенность в знании его координат после столкновения возрастает. А следующее столкновение еще сильнее увеличит ошибку. Так что если с начала ошибка и была еле заметной, то все равно вскоре она вырастает до огромнейшей неопределенности.

Правильнее будет сказать, что для данной точности (сколь угодно большой, но конечной) можно всегда указать такой большой промежуток времени, что для него становится невозможным сделать предсказание. И этот промежуток (в этом вся соль) не так уж велик... Время с уменьшением ошибок растет только логарифмически, и оказывается, что за очень и очень малое время вся наша информация теряется” (цит. по С.П.Капица и др., 2001, с.24-25).

В странных аттракторах, несмотря на их хаотичность и непредсказуемость, довольно много порядка. Это обстоятельство послужило основанием называть такие процессы детерминированным хаосом. Еще в 40-х годах Н.Н.Крылов, а также М.Борн обратили внимание на тот факт, что статистические закономерности возникают в детерминированных системах, динамика которых неустойчива. Иными словами, неустойчивость механических состояний влечет за собой устойчивость статистических состояний. Открытие странных аттракторов показало, что эта стохастичность не обязательно связана с большим числом степеней свободы как проявления законов больших чисел и предельных теорем теории вероятности, а что уже у простой динамической системы возможно статистическое поведение, обусловленное осуществлением в ее фазовом пространстве странного аттрактора.

В природе существует всего несколько универсальных сценариев перехода от порядка к хаосу. Можно изучать самые различные явления, писать разные уравнения и получать одни и те же сценарии (Капица и др., 2001). Это поразительно. Исследователи попытались увидеть за этим новый, более глубокий уровень единства природы. Выяснилось, что множество систем нашего организма работают в хаотическом ли близком к нему режиме. Причем хаос часто выступает как признак здоровья, а излишняя упорядоченность - как симптом болезни. Это привело к новым метода анализа кардиограмм и энцефалограмм, миограмм, новых видов диагностики технических систем, новым способам защиты и записи информации. Также как неоспоримым считается существование “инь” и “янь”, как свет неотделим от тьмы, также порядок неотделим от хаоса. А по выражению С.П.Капицы и др. “Хаос порой выступает как сверхсложная упорядоченность” (2001, с.27). Другими словами за наблюдаемым хаосом стоит скрытый порядок - организующее начало Вселенной, невозможность прогнозирования “начала Вселенной”, т.к. нет повторений, и режим постоянно меняется.

Таким образом, синергетика устанавливает общность законов организации и развития всех известных нам систем.

Наиболее значимыми в предмете географических наук выступают проблемы коэволюционного развития природы и общества, а также организации единой природно-общественной системы географической оболочки и ее пространственно-временных уровней.

Базируясь на разработанных в синергетике положениях, выделим ее основополагающие принципы применительно к изучению развития природно-социальных систем (Позаченюк, 1996б) и, прежде всего, требующих учета в природопользовании и ГЭЭ.

1. Принцип системности нацеливает на рассмотрение экспертируемого объекта как целостной системы, состоящей из взаимосвязанных хозяйственной и природной подсистем. Связь осуществляется через механизм коадаптации. При экологической экспертизе необходимо предвидеть целостные свойства будущего объекта, которые возникнуть при взаимодействии создаваемой хозяйственной подсистемы с природной. К тому же, чаще всего, эти свойства имеют деструктивных характер.

2. Принцип уникальности требует обязательного учета специфики экспертируемого объекта, особенностей его закономерностей развития, абсолютных и расчетных пределов нагрузок и др. Нарушение этого принципа ведет к ошибкам, например, при формальной экстраполяции процесса в прогнозных экспертизах. Проявления этого принципа отражается в методике ГЭЭ, необходимости предпроектных экспертиз (экспертиз территорий) и др.

3. Принцип кумулятивности состоит в том, что результат одновременного или разновременного воздействия нескольких факторов на геосистему неравнозначен сумме результатов, вызываемых теми же факторами, если они действуют по отдельности. Этот принцип уже используется в экологических исследованиях при изучении загрязняющих веществ (эффект суммации). Тем не менее, его необходимо рассматривать гораздо шире. Даже при изучении загрязнения ландшафта за основу принимают систему ПДК вне зависимости от ландшафтной структуры. Эмпирически уже доказано, что сочетание различных веществ в разных ландшафтах дает далеко не однозначные эффекты. В большинстве случаев сохраняется тенденция изучать каждую из причин конкретного явления как процесса индивидуального, хотя следствие они вызывают в комплексе друг с другом. Ошибки природоведческих экспертиз чаще всего состоят в недоучетах эффектов ландшафтно-геофизических и геохимических полей, последствий эколого-географических трансмиссий, аппликативных процессов, явлений экотонизации и др.

4. Принцип синергизма проявляется в том, что совместное действие элементов системы приводит к возникновению качественно иных свойств и структур. При ГЭЭ - это возникновение необратимых деструктивных процессов, целесообразность рассмотрения экспертируемого объекта как само развивающейся системы и др. В геоэкологическом анализе – это возможность возникновения совершенно новых вредных веществ, например, бенз(а)перена при фотоохимических реакциях, на высоте 7-8 этажей вдоль автодорог.

5. Принцип ограничения - необходимое условие существования и развития геосистем. Ограничения заключаются в допустимых характеристиках структурных элементов геосистемы в пространстве и смены их состояний во времени, а также в уровнях нагрузок. Отсюда следует, что режим функционирования геосистем не должен выходить за определенные параметры существования данной геосистемы в окружающей среде. Так как термодинамические, геохимические, тектонические и другие свойства среды оказывают определенное воздействие на изучаемую геосистему, то необходим учет пространственно-временных, экспозиционных, позиционных, порционных и др. эффектов.

В естественных геосистемах этот принцип проявляется как принцип самоограничения, который реализуется в результате взаимодействия подсистем и гибели или угнетения неконкурентоспособных их вариантов. В антропогенных - необходимо устанавливать параметры использования, особенно на этапе регулирования природно-хозяйственных систем (ограничения потребления ресурсов, динамики народонаселения, нагрузок и т.д.).

Принцип ограничения должен стать одним из ведущих принципов при проведении ГЭЭ, т.к. "вписывание" человечества в организацию природы на современном этапе эволюционного развития, как будет показано в разделе 1.3, может идти только через искусственные ограничения. Уже сейчас этот путь наметился. Наше "интенсивное" развитие природа ограничивает ростом заболеваемости, обусловленной качеством окружающей среды, социально-экологическими и природными катаклизмами и др. Нормативы природопользования представляют собой определенный вид ограничений. По всей вероятности, чем выше организационный уровень преобразования геосистемы, тем в большей степени должен работать принцип ограничения. Вплоть до того, что преобразование природы техническими средствами на региональном уровне (типа плотины через залив Кара-Богаз-Гол или переброски воды из Дуная в Днепр) должны быть резко ограничены на том основании, что уровень развития науки и техники не в состоянии обеспечить предвидение всех цепных реакций и других побочных эффектов этих мероприятий. Как показывает анализ материала, приведенного А.А.Григорьевым (1991), весь опыт человечества в этом плане практически всегда неудачен.

6. Принцип сохранения (стабилизации) - вытекает из того, что отрицательная обратная связь определяет возможность возврата геосистемы в свое исходное положение. К тому же с увеличением структурного ранга геосистем значение стабилизирующего эффекта увеличивается. Недоучет действия отрицательной обратной связи приводит к ошибкам при прогнозировании. Например, выводы, полученные на основе линейной зависимости увеличения температуры атмосферы в связи с увеличением концентрации углекислого газа в ней, являются, скорее всего, неточными.

7. Принцип неустойчивости обусловлен наличием в геосистеме положительной обратной связи, которая определяет ее нестабильность. Роль положительной обратной связи двойственна. С одной стороны, она ведет к деструктивным процессам, упрощению геосистемы и ее возможной гибели, но с другой - содержит элемент развития (неустойчивость может вести к развитию). Ошибки экспертиз экологического направления чаще всего происходят вследствие недоучета этого принципа, проявляющегося в возникновении цепных реакций, новых функциональных систем, ведущих к разрушению (появлению оврагов, оползней и т.д.), а также процессов геоэкотонизации, к возникновению укороченных циклов развития геосистем и др. Подобного рода ошибки допущены, например, при сооружении гигантских водохранилищ.

Рассматривая эффект положительной обратной связи, приводящей к развитию, можно заметить противоречие в функционировании природных и антропогенных геосистем. В природной геосистеме накопление продуктов функционирования (органического вещества, продуктов выветривания горных пород и т.д.) приводит к усложнению ее организации (уменьшению энтропии). При этом, как правило, только 10% вещества и энергии выносятся за ее пределы. В антропогенной геосистеме изъятие части продукта ее жизнедеятельности чаще всего ведет к упрощению ее структуры (увеличению энтропии) и обусловливает высокие затраты энергии, идущие на сохранения организации, на негэнтропийную деятельность. При оценочном типе ГЭЭ это положение требует учета.

8. Принцип нелинейности развития. Учет принципа нелинейности при экологической экспертизе – многогранный процесс: это не только господство нелинейных процессов, но и наличие блока неопределенности в функционировании ПХТС, прогноз ее развития и возможные точки бифуркации др.

Так как геосистемы - открытые системы, то развитие их происходит при непременном воздействии внешней среды. При этом геосистемы способны улавливать тенденции будущего развития своей среды и формировать структуру в соответствии с ее будущим. Это происходит потому, что в ландшафтной структуре всегда имеются реликтовые, консервативные и прогрессивные элементы, т.е. элементы будущего, и при соответствующем изменении среды они занимают определенное, иногда господствующее положение. На определенных этапах складываются условия, благоприятные для развития нескольких подсистем в геосистеме, а выбор доминанты зависит от случайных отклонений в точках бифуркации, что и определяет дальнейшую структуру. Следовательно, развитие геосистемы не всегда зависит только от ее прошлого и настоящего, поэтому схема прогноза "прошлое-настоящее-будущее" явно не достаточна. Целесообразен и прогноз через изучение динамики состояний элементарных структур ПХТС и выбора наиболее вероятного направления развития среды, независимо от уже обозначенной тенденции "прошлое-настоящее-будущее". Это положение требует учета при проведении прогнозных экспертиз.

В большинстве случаев считается, что предсказать будущее развития системы в точках бифуркации невозможно из-за воздействия случайных факторов (Хакен, 1985, Моисеев, 1990 и др.). В.В.Кизима (1995) предполагает это возможным. По всей вероятности, он прав на том основании, что случайные причины имеют свой спектр, а не бесконечность, с одной стороны, а с другой - они, в соответствии с принципом минимизации энергии Онсагера-Пригожина, воздействуют так, чтобы отсечь низко организованные структуры и дать возможность "выжить" тем эволюционно значимым элементам, которые способны поглотить из внешней среды большее количество вещества (энергии). Это соответствует процессу эволюционного усложнения структуры и организации системы.

9. Принцип ведущего процесса. В геосистеме чаще всего имеется процесс, который как бы "подчиняет" себе все остальные. В соответствие с этим принципом ведущий процесс может быть положен в основу изучения и прогнозирования. Эта тенденция имеет место в физической географии в виде ведущего фактора при районировании, выделении морфологических единиц ландшафта и др.

Интенсивность ведущего процесса в системе, по мнению Е.Н.Князевой и С.П.Курдюмова (1992), должна быть периодичной, иначе система развивается по ускоренному режиму, что ведет к ее переформированию и возможной гибели. Как правило, внешние и внутренние процессы содержат континуальное и дискретное начала. Периодичность процессов в значительной мере учитывается отраслевыми географическими науками. В ландшафтоведении, как и в природопользовании, сохраняется тенденция оценки процессов по среднестатистическим данным. При проведении ГЭЭ, как будет показано ниже, обработку эмпирических данных необходимо вести с учетом порционного характера ландшафтообразующих потоков.

10. Принцип самоорганизованной критичности состоит в том, что геосистемы при изменении внешней среды, ведущей к деградации, способны сохранять свое состояние при дальнейшей тенденции изменения среды, т.е. деградация геосистем происходит не континуально, а через некие устойчивые стадии, которые могут сохраняться достаточно долго и отграничиваются друг от друга порогами критического состояния. Для физических систем этот принцип разработан П.Баком и К.Ченом (1991).

В развитии геосистем под действием антропогенной нагрузки выделяются некие устойчивые стадии. Более низкие этапы организации геосистем оказываются более устойчивыми к воздействию внешней среды. Примером, отражающим данный принцип, могут служить стадии дигрессии и ренатурализации биоценозов и геосистем (Гришанков, Позаченюк, 1983). Причем стадии дигрессии не аналогичны стадиям ренатурализации. Геосистемы на стадиях дигрессии вырабатывают защитные механизмы, способствующие их сохранению. Например, повышение эрозионной расчлененности склонов ведет к уменьшению их хозяйственного использования и т.п.

При осуществлении ГЭЭ необходимо предвидеть ситуацию нелинейного ступенчатого развития ПХТС.

11. Принцип согласованности. Природные геосистемы развиваются по законам самоорганизации, и им нельзя навязывать искусственные пути, несогласованные с их внутренним развитием. Как показывает практика, управлять геосистемами, не учитывая структурирования, происходящего в них по своим внутренним законам, не удается. К тому же ПХТС, в отличие от природных, имеют как бы два организующих начала: самоорганизацию естественную и социальную целенаправленную организацию. Поэтому необходимо вырабатывать принципы совместимости природной и хозяйственной подсистем. Принцип согласованности проявляется также в том, что при формировании новых структурных частей природных геосистем происходит согласование их свойств и темпов развития. При управлении природопользованием необходим учет инерционности подсистем.

12. Принцип малых воздействий. Реакция геосистемы на внешнее воздействие не всегда адекватна (пропорциональна) силе воздействия. Резонансные малые воздействия, согласованные с внутренними свойствами геосистем, оказывают более эффективное влияние, чем сильное, но не резонансное. При этом необходимо учитывать минимальные критические параметры, способные еще оказывать воздействие на геосистемы. Ошибки в природопользовании часто связаны с привычкой линейного мышления далеко экстраполировать выводы экспериментов, произведенных в малых пространственно-временных масштабах.

Недоучет этого положения сказывается и при нормировании нагрузок, где не учитывается временной аспект малых воздействий. В частности, воздействие предельно-допустимых концентраций вредных веществ на генофонд человечества, с одной стороны, с другой - недоучет эффектов пространства. Обратной стороной этого процесса является гигантомания при создании ПХТС.

Таким образом, дальнейшее развитие теории географии, как мне представляется, будет идти по пути углубления системной парадигмы и развития ее экологического и синергетического вариантов. Системно-синергетическая парадигма должна быть положена в основу природопользования и принята в качестве методологической