Основы моделирования сложных систем

Моделирование — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. Широко используется для определения или уточнения характеристик и рационализации способов повышения эффективности природопользования. Моделирование является одной из основных категорий теории познания. На идеях моделирования по существу базируется любой этап научного исследования: как теоретический, где используются различного рода знаковые, абстрактные модели; так и экспериментальный (конструкторский) с обязательными предметными моделями. Модель — это условный образ системы, характеризующийся определенными взаимосвязанными параметрами, которые могут отражать устойчивое функционирование и развитие рассматриваемого объекта. В качестве параметров моделируемой системы могут выступать: 1) процедуры, если объектом моделирования является какой-либо процесс; 2) показатели или признаки, если объектом моделирования являются системы. Исследуемые параметры могут иметь количественную и (или) качественную характеристику.

В функциональном смысле существующие модели, описывающие техногенные изменения природных систем, можно разделить на три группы: 1) модели прогноза и проектирования; 2) модели организации перехода к ресурсосберегающему производству; 3) модели регулирования (оперативного управления).

Большое количество урбанизированных зон в нашей стране находятся на критическом уровне экологической напряженности. Геоэкология призвана разрабатывать научные положения и критерии, необходимые для восстановления устойчивости ПТС и приведения их к оптимальному или для начала рациональному режиму функционирования. Строгое научное управление такими системами предполагает глубокое изучение пространственно-временных закономерностей изменения свойств системы, закономерностей ее существования, функционирования и развития. Этот процесс типизации связан с большими трудностями (техническими, кадровыми, нормативными, нравственными), но он уже идет, несмотря на расширение коммерческих и иных тайн. Например, выполнены комплексные системные исследования трансформации экосистем и типизация территории наиболее проблемной ПТС в Западной Сибири, которой является Кузбасс; разрабатываются критерии устойчивого развития Томской области и т. п.

Но в целом сейчас геоэкология еще находится в основном на этапе сбора эмпирического материала. Недостаточная обеспеченность точным исходным материалом не останавливает процесс моделирования, совершенствования концепции системного аналитического исследования. С целью упрощения процесса прогноза на данном этапе правомерно менее полное изучение и прогнозирование, которое отличается высоким уровнем абстракции и низкой степенью соответствия реальному объекту или процессу. Например, изучение, основанное на анализе выявленных пространственно-временных закономерностей некоторых из основных (фундаментальных) параметров с помощью моделей, близких к реальным системам. Конечно, при построении качественной модели (с учетом поставленной цели) лучше не ограничиваться одним параметром, необходимо привлекать также и специфические признаки, которые позволяют не отрываться от реальной системы при анализе многофакторных моделей.

Для построения моделей, включающих только основные параметры, но при этом соответствующих поставленной цели и обеспечивающих достоверность результатов, наиболее общей моделью является модель «черного ящика». Эти модели строятся на основе балансовых отношений в системе вход X — выход Y по результатам расчета зависимостей У =f (x), y (t) = №)} и т. д. (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Схема функционирования системы в модели «черный ящик»

Здесь возникает возможность полностью абстрагироваться от состава и структуры системы, предполагая, что выход системы целиком зависит от входа, и статистика достаточно полно описывает процессы в системе.

Для решения задач на базе построенных моделей используются различные математические методы и программы для электронно-вычислительных машин, которые группируются по различным теориям: теория вероятностей, теория математического программирования, теория расписаний, теория математического анализа, теории графов, теории случайных процессов в пространствах большой размерности и т. д.

Именно с моделью «черного ящика» связано развитие теории катастроф в больших системах. Источниками теории катастроф являются теория особенностей гладких отображений Уитни и теория бифуркаций динамических систем Пуанкаре и Андронова. Теория особенностей представляет собой обобщение исследования функций на максимум и минимум. Катастрофами называют скачкообразные изменения, возникающие в системе в виде внезапного ответа системы на изменение внешних условий. Бифуркацией называют раздвоение, и употребляют это понятие в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят.

Как показала практика, модель «чистого» «черного ящика» в таком виде дает результаты, не совпадающие или, более того, совершенно противоположные фактическому развитию.

После осознания этих недостатков начали создавать более сложные модели, учитывающие внутреннюю структуру и связи между составляющими систему («черного ящика») компонентами через обратные связи. В основе такого подхода лежит гипотетическое представление о том, что внутреннее состояние сложной системы определяется совокупностью взаимодействий (связей) между ее отдельными компонентами. При этом оказалось, что для наиболее адекватного представления реального процесса развития системы необходимо выявлять взаимодействие и причинно-следственные отношения между дестабилизирующими внешними факторами и показателями системы.

Основная черта биохимических и биологических механизмов — способность к саморегулированию. Если параметры системы в конкретной среде отклонены от оптимальных значений, в живом организме начинается процесс, направленный на выравнивание значений параметров. Более того, обнаружено глубокое сходство между системами, обеспечивающими регулирование в живых организмах и системами управления связи в технике. Отсюда, вытекает важный для сложных систем (ПТС) вывод: в изменяющейся среде и в системе сохранение устойчивости достигается формированием регулирующих механизмов.

Если исходить из концепции, что любая стационарная система состоит из ряда взаимосвязанных и самоуправляющихся подсистем, то количество параметров (в виде потока) можно уменьшить до минимума. Так, энергетические модели уровня прогнозирования успешно разрабатываются для ПТС на примерах самоорганизующихся систем (агроэкосистем) в Томском институте мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС) СО РАН под руководством профессора А. В. Позднякова. «Структурная устойчивость» изучаемых самоорганизующихся систем выражается через понятие «операционально замкнутая система с обратными положительными и отрицательными связями» [91].

Наконец, при отсутствии аналитических способов решения поставленной задачи или если аналитические модели не способны отразить необходимые свойства изучаемого объекта или процесса с заданной точностью правомерно применение имитационных моделей. Сейчас имеется возможность строить имитационные модели любой сложности при огромном количестве динамических взаимосвязей, а также при отсутствии стационарности и наличии взаимно корреляционных стохастических элементов. Имитационные модели могут включать в себя отдельными блоками и аналитические модели (модели математического программирования для выбора оптимального решения, модели статистического прогнозирования и т. д.). В итоге, имитационное моделирование способно использовать весь арсенал средств математического моделирования.

Имитационные модели отличаются максимальной трудоемкостью разработки и отсутствием единого подхода, но они лучше других могут описывать и воспроизводить взаимодействия между отдельными компонентами изучаемого объекта или этапами процесса. На базе такого рода моделей возможно принимать решения в стратегическом аспекте, как это впервые сделал Дж. Форрестер, создавая теорию индустриальной и мировой динамики [128]. В качестве упрощения математического аппарата для системного анализа сложных систем (ПТС) лучше всего и чаще подходит теория графов.

Голографическая модель вещества. В историческом срезе теоретической геоэкологии четко прослеживается целый ряд мировоззренческих этапов, основанных на определенных системных представлениях о пространстве. Так, механицизм базировался на евклидовых представлениях, в то время как позитивизм (энергетическое мировоззрение), осваивая термодинамику и молекулярно-кинетическую теорию, уже использовал геометрию пространств с кривизной. На наш взгляд, естественным синтезом этих геометрий являются представления о принадлежности пространства с кривизной евклидову пространству в виде пространственно замкнутых динамических структур. При этом корректное решение проблемы структурирования требует привлечения нетрадиционных фундаментальных представлений о природе самого вещества. Одну из таких возможностей дает разработанная в НИЛ кинетики минералообразования и кристаллофизики Томского государственного университета голографическая модель вещества, в которой надатомные структуры являются результатом резонансного процесса при обязательном совпадении частот их гармоник во внешних полях взаимодействующих атомов [54, 66, 71]. Голографическая модель разработана на основе евклидовой интерпретации образов риманова пространства. Она постулирует электромагнитную природу вещества. Доминирующим представлением, вытекающим из этой модели, является органическое единство структурного многообразия мира и принципов внутрии межструктурных взаимодействий, имеющих интерференционную природу в соответствии с принципами голографии. Структурированные системы являются динамическими голограммами или пространственно замкнутыми динамическими структурами, возникающими в результате автоинтерференции волновых возмущений (деформаций) пространства. Одним из основных свойств голограмм является их пространственная и временная когерентность. Из феноменологической модели вещества следует, что структура и морфология реальных вещественных объектов определяются характером соответствующей интерференционной картины, а взаимодействие их имеет резонансную природу.

Выявление экологических закономерностей в категориях «охраны» природы — задача, по-видимому, нереализуемая. Но уже общие положения голографической модели могут широко использоваться в анализе этой проблематики. Голографическая модель вещества позволяет общие и частные вопросы экологии изучать с помощью исторического (временная когерентность) и систематического (пространственная или собственно структурная когерентность) анализа. Пространственная когерентность проявляется в структурированности вещества и описывается с помощью интерференционных структур в геометрических образах, построенных по принципу самоподобия. Этот принцип проявляется в структурах реального вещества на всех иерархических уровнях, от наноструктур, дендритов, дендримеров, фракталов и до космических масштабов. Временная когерентность «ответственна» за стабильность голограммы и эволюцию структуры. Описание временной эволюции может быть осуществлено на языке теории колебаний или с помощью энергетических соображений, так или иначе связанных с теорией колебаний.

Элементарная пространственно замкнутая динамическая структура или, что-то же самое, автолокализованное электромагнитное поле представляет собой динамическую голограмму, состоящую из областей конструктивной и деструктивной интерференции. В областях конструктивной интерференции напряженность электрического поля имеет характер вращающегося тора, в то время как в областях деструктивной интерференции суперпозиция полей дает нулевую напряженность. В равной мере конструктивная интерференция может проявляться и для магнитной напряженности, но при этом вовсе не обязательно совпадение областей конструктивной интерференции магнитной и электрической напряженностей.

Взаимодействие элементарных интерференционных структур (нанообъектов) осуществляется благодаря резонансным свойствам внешних индуцированных полей и тем самым предопределяется возможность образования структур с пространственными параметрами, существенно превышающими атомные и кристаллические. Из модели вытекает, что кристаллические объекты и далее все структурированные природные системы относятся к иерархически связанным, что справедливо с точки зрения явлений самоорганизации, а также макрокинетического принципа.

В рамках голографической модели непротиворечиво синтезируются достижения науки последних столетий. При этом преодолеваются существенные противоречия, а также приходит более совершенное понимание некоторых из фундаментальных терминов и возникает возможность нового осмысления мироздания. Как обычно — решение одной научной проблемы неизбежно раскрывает новые противоречия и десятки новых проблем в науке. Так, в голографической модели вещества по-новому раскрывается понятие термина «самоорганизация». В самом деле, оказалось, что, например, атомные резонансы «тщательно подогнаны» к движению планеты по галактической орбите, в то же время физиологические частоты мозга, сердца и других органов самого человека четко совпадают с частотами электромагнитного поля планеты и присутствуют в спектре солнечных колебаний [61]. Следовательно, в этом мире существует принципиальная всеобъемлющая гармония, законами которой и организуются системы разного порядка и уровня. В этой схеме действует связующий механизм: для каждого уровня внешние геоструктуры осуществляют гармонизирующее начало.

Возможности теоретической геоэкологии с применением методологии голографической модели вещества можно наглядно проиллюстрировать на примере глобальных изменений во внутренних геосферах Земли.

Внутри Земли и ее внешних геосфер постоянно происходит перемещение вещества. Основные структурные элементы планеты (материки, океаны, подвижные пояса), как и геоструктуры более низких уровней, отличаются по степени активности и характеру движений. Более 2,5 тыс. лет идет борьба двух точек зрения о структурной эволюции геологической среды. Первая — движения земной коры закончились в третичное время, а очевидные землетрясения считаются исключениями. Вторая обосновывает различные формы движения вещества планеты и доказывает цикличность геологических процессов. Первым автором учения о периодическом разрушении и обновлении Земли считается Пифагор (580—500 гг. до н. э.). По мере развития естествознания это учение прошло целый ряд последовательных этапов, включая жесткий лапласовский детерминизм и прагматический позитивизм. Накоплен огромный фактический материал, а количество новых предсказываемых ритмов и форм движения в геодинамике продолжает расти. Для разработки общих закономерностей в геодинамике, имеющей дело с большим числом объектов в сложной обстановке, все больше используются современные возможности математики.

По результатам реализации программы «Глобальные изменения природной среды и климата» ученые пришли к выводу об актуальности разработки общих теоретических представлений о взаимодействии мантийных плюмов с астеносферными течениями. Доминирует мнение, что геологические факторы ответственны за эволюционные и периодические изменения. А короткопериодические колебания обусловлены, прежде всего, другими причинами, например, изменением солнечной активности и связанным с ней изменением циркуляции в океане и атмосфере.

В последние годы в геодинамических и метеорологических исследованиях широкое распространение получил Фурье-анализ. Во многом это простимулировано методами сейсморазведки, где широко используются голографические представления для восстановления реальной структуры земной коры. Основным инструментарием возбуждения сейсмических волн является генерация импульса напряжений в горных породах, например, с помощью подземных ядерных взрывов. В результате сложился устойчивый стереотип представлений большинства ритмических процессов как последствий затухающих колебаний, возникающих после первичного импульса. Вот наиболее характерный вывод из анализа ритмичности осадконакопления на Сибирской платформе, выполненного, несомненно, на должном методологическом уровне: «На систему не действовала периодическая внешняя сила, ее колебания являются результатом однократного импульса отклонения системы из состояния устойчивого равновесия в нескольких центрах и последующего проявления упругих сил». Основой заблуждения здесь является представление Фурье-разложения в бесконечный ряд гармоник. В этом случае импульс действительно никогда не повторяется, отсюда появился «однократный импульс из нескольких центров».

Однако любые реальные системы, в том числе и геодинамические, всегда обладают конечным, хотя иногда и невероятно большим, набором типов (мод) колебаний. В этих случаях внешние ритмические и гармонические (в том числе) воздействия и являются причиной генерации импульсов, также связанных в ритмические последовательности. При этом совпадения фаз отдельных мод колебаний могут сопровождаться генерацией импульса одновременно в нескольких пространственно несовпадающих областях единой колебательной системы. То есть приведенный пример как раз и соответствует случаю генерации импульса под воздействием внешних ритмических воздействий с последующей его релаксацией. Это достаточно очевидное методологическое заблуждение переворачивает проблему источника возмущения земной коры с ног на голову. По логике стереотипа источником литосферных колебаний является разгрузка эндогенных напряжений. Так зачастую и трактуются причины землетрясений и тектонической активности.

Основное достоинство голографической модели заключается в обосновании динамической природы основных ритмических процессов и их причинно-следственной связи с внешними природными (космическими) воздействиями. При таком подходе становится чрезвычайно важным учет низкочастотных (низкоэнергетических) взаимодействий, которые традиционно принимались за «шум» и не учитывались. Известно, что гравитационные и электромагнитные факторы Солнца действуют почти одинаковым образом на все, находящееся на Земле и внутри нее. Предполагается, что вращение Земли (годовое и суточное) вызывает со стороны ядра волну напряжений, ежесуточно обегающую по волноводу литосферу, которая генерирует суточную периодичность циклов растяжения и сжатия горных пород земной коры. Но такие движения на дневной поверхности или не регистрируются, или проявляется очень слабо, поскольку имеют глубинное распространение.

Известно, что гравитационное воздействие на биосферу со стороны Луны, благодаря ее близости, на порядки значительнее, чем со стороны Солнца, когда оно не в очередном цикле своей активности. И эта энергия воздействия очень велика. Если бы силы сцепления между геосферами планеты были меньше, то приливообразующие силы разорвали бы ее, как это произошло со спутником Сатурна. Конечно, наиболее зримы и эффектны морские приливы и отливы. Еще более масштабны эти процессы в атмосфере, именно они оказывают непосредственное влияние на метеорологические и климатические параметры и определяют основные особенности гипергенных и биосферных процессов. Эта простая модель сильно усложняется одновременным приливообразующим и электромагнитным действием Солнца, сопротивлением материков, неоднородностью конфигурации океанических берегов и дна в прибрежных зонах, подводными течениями, трением воды и другими земными факторами.

Приливные волны в литосфере под влиянием Луны и Солнца интерферируют, образуя условия для наиболее мощных воздействий при резонансном совпадении фаз своих колебаний. Поэтому импульсные процессы нередко происходят при определенных фазах Луны. Последние взаимосвязаны с магматическими процессами в ядре, мантии и астеносфере и литосфере, тектонической активностью, сейсмикой и деформацией горных пород земной коры, которые фиксируются резким возрастанием генерации естественных импульсных электромагнитных излучений над тектоническими разломами и разрывными нарушениями меньшего масштаба.

Земная кора откликается на воздействие космических гравитационных сил с размахом до четверти метра на широтах в 50°, при этом скорость приливной волны здесь достигает 230 м/с. Поскольку вдоль меридиана градиент скорости приливной волны значителен, от 460 м/с на экваторе до нуля на полюсе, то возникающая картина тангенциальных напряжений в литосфере имеет вихревую структуру, и она генерирует сеть специфических разломов. В экваториальном поясе меридиональная составляющая не меняет направления в течение полугода, сжимая, а в следующие полугода растягивая геоид и материки. Кривизна геоида, траекторий планеты и солнечной системы обусловливают наличие ненулевых интегралов результирующих смещений в соответствующих временных периодах.

Радиальные приливные деформации, циклически распространяясь в породах литосферы как в сферическом волноводе, накапливают энергию и реализуются в виде магматических очагов и в форме глобальных литосферных линеаментов. Детальный анализ процесса в развиваемой модели показывает, что глобальная линейная структура в пределе разграничивает литосферу на шесть крупных фрагментов (континентов), определяя, тем самым, общий облик планеты. Сами континенты, обладая свойствами резонаторов, формируют внутренние структуры напряжений, реализующиеся в развитии сети разломов более низкого иерархического уровня с образованием различных структурных элементов (плиты, блоки и т. п.). Движение и перемещение горных пород сопровождается механоэлектрическими преобразованиями и ростом электромагнитных импульсов.

Одновременно проявляется весьма заметное воздействие других планет из Земной группы и планет-гигантов. Например, Юпитер, обладая массой в одну тысячную массы Солнца, даже без учета масс других планет, сдвигает центр масс Солнечной системы на поверхность Солнца. Планеты Земной группы обращаются не вокруг центра светила, а вокруг центра масс. Вследствие этого, в течение 12-летнего солнечного цикла активности поверхность Солнца приближается к Земле и удаляется от нее почти на 1,5 млн км, меняя режим инсоляции, электромагнитной и корпускулярной радиации и влияя на эндогенные и гипергенные процессы планеты, ее сферы, метеоклиматические параметры и все живое. Вулканические катастрофы с максимальной энергией в 10¹⁸ Дж случаются менее одного раза за 1000—10 000 лет, а землетрясения с такой же энергией происходят значительно чаще, примерно в 10 лет.

Эти же циклические процессы, как и еще семь известных циклов активности Солнца, не могут не отзываться в структуре литосферных колебаний и развитии соответствующих квазистационарных (стоячих) полей напряжений. При этом, чем реже циклы активности Солнца, тем масштабнее проявления во внешних и внутренних геосферах от климатических и фенологических аномалий и изменения магнитного момента Земли, перестройки климата, экологических кризисов до смены тектономагматических циклов и палеоциклов.

Таким образом, циклические гравитационные и электромагнитные воздействия реализуются в виде квазистационарных полей напряжений и оказывают влияние на геодинамику планеты, формирование внутренних и внешних геосфер, развитие магматических процессов, на характер миграции флюидов в большом геологическом кругообороте вещества, на режим обводнения горных пород осадочного чехла. Они, без сомнения, участвуют в тонких процессах химических и биохимических взаимодействий в биосфере, которые отвечают за эволюцию биоты, биологических семейств, а также за глобальные экологические кризисы в геологической истории Земли. Радиальные моды в отсутствии дисперсии, т. е. когда скорость волн не меняется от центра к периферии, определяются только величиной радиуса и скоростью волн. По длине радиуса образуется ряд резонансных узлов (мод). Геосферы планеты являются совокупностью резонаторов, в которых накапливается энергия ритмических внешних воздействий, разгрузка этой энергии происходит в геосферах по-разному. Любое тело, обладающее в той или иной мере выраженной границей, включая литосферу, является резонатором для электромагнитных и (или) механических колебаний. Спектр собственных частот резонатора определяется его геометрией, скоростями и дисперсией волн во внутренней среде. Низкочастотная сейсмическая активность связана с собственными колебаниями планетарных и региональных структур, но при этом она определяется в большей степени их геометрией.

Для тел практически сферической формы, каковыми являются планеты, характерно наличие радиальных и тангенциальных собственных мод колебаний, которые структурируют объем тела планеты. Низшая мода колебаний соответствует длине волны, равной диаметру. В этом случае слой с максимальным смещением частиц среды располагается на расстоянии от центра, равном половине радиуса. Вторая радиальная мода имеет на том же месте узловой слой. Он отличается минимальными смещениями в противоположных направлениях, поэтому этот слой испытывает значительные напряжения и деструкцию слагающего вещества. Для третьей гармоники радиальных колебаний существует два узловых слоя тоже со значительной деструкцией среды.

Узловые слои обладают конечной протяженностью, поэтому суперпозиция слоев образует практически непрерывные области, на границах между которыми скорость волны меняется скачком. Отсюда возникают условия для отбора специфических для каждого слоя тангенциальных колебаний. Границы слоя образуют для них сферический волновод. Вследствие конечной толщины участвующего слоя и вполне определенной его кривизны длина волны низшей моды значительно превышает длину максимальной окружности слоя. Соответствующая стоячая волна образует в слое трехпетлевой контур. Узловая линия смещений при этом пересекает сама себя четыре раза и оконтуривает в слое шесть сегментов. Конечным результатом этой интерференционной картины является морфология литосферы, с ее шестью континентами и четырьмя океанами. Вдоль узловой линии и в этом случае наиболее вероятна деструкция вещества и наблюдаются наиболее активные процессы его преобразования. В земной коре — это обычно тектономагматическая активность и импульсные процессы (вулканизм, землетрясения).

Каждый объект в форме континента, как бы по принципу «русской матрешки», также является выделенным резонатором. Узловые линии и слои здесь оконтуривают явно выраженной границей как минимум по шесть областей. Его первая мода соответствует узловому контуру предшествующей глобальной структуры. Вторая мода имеет узловую линию S-образной формы, которая зачастую декорируется на поверхности долгоживущим разломом и руслом реки. Наиболее ярким примером может служить бассейн речной системы Оби и Таза в ее среднем течении, основными резонаторами которой в последевонское время служат горные массивы Урала и Енисейского кряжа. К этому бассейну приурочены крупнейшие месторождения углеводородов, эксплуатируемые уже более 50 лет. Других подобных по масштабу месторождений в Западной Сибири нет.

Отбросив искажения, связанные с изрезанностью границ плиты и различием дисперсионных свойств слагающих пород, можно по очертаниям основных русел довольно четко выделить вторую моду колебаний с длиной полуволны порядка 800 км. Колебания со столь большой длиной волны участвуют не только в рельефообразовании, но и формируют сеть долгоживущих разломов и ослабленных зон на глубинах, сопоставимых с размерами региональных рельефных особенностей. Развитие в сети разломов флюидных процессов радиального переноса подвижных компонентов инициирует масштабную химическую дифференциацию.

Третьи моды — менее крупные декорирующие элементы рельефа, в свою очередь, образуют специфические волноводы. Они также декорируются руслами рек второго уровня. Многочисленные декорирующие элементы в виде параллельных полос: долины реки Тобол, Ишим с периодом около 200 км. Период между долинами рек Чулым, Кеть, Пайдуга, Тым составляют порядок около 80—90 км, в то время как левобережные притоки Оби имеют период долин около 50 км.

Динамизм литосферы проявляется в четырех формах деформаций, выделенных в свое время М. В. Ломоносовым. Помимо катастрофических деформаций, три других типа тектонических движений — колебательные, волновые и складчатые в классификации В. В. Белоусова и В. Е. Хайна имеют явно волновую природу причин, их вызывающих. Впрочем, и первый тип геодинамического движения может быть выражением суперпозиции большого числа гармонических колебаний различных частот.

Длиннопериодичесие возбуждения земной коры характеризуются малым затуханием и способны накапливаться в пределах крупных структурных блоков Земли, играющих роль резонаторов. Планета в целом, ее геоид, составные континенты, слагающие их горные постройки, являются совокупностями комплексов резонаторов низкочастотных колебаний, в которых накапливается энергия ритмических внешних воздействий, и волновые процессы которых активно участвуют в формировании внутренних структур. Одним из таких резонаторов служит литосфера, разгрузка энергии которой осуществляется в форме импульсных процессов (землетрясений) и тектонической активности.

Исходя из этого, голографическая модель вещества весьма продуктивна при анализе условий и закономерностей распределения рудных и углеводородных месторождений. Низкочастотная сейсмическая активность связана с собственными колебаниями планетарных и региональных структур земной коры и определяется в значительной степени их геометрией. В соответствии с распределением наиболее низкочастотных мод собственных колебаний в форме пучностей и узлов стоячих волн возникают условия для структурирования континентальных массивов и далее по иерархии «матрешек» до мелких региональных систем.

Наиболее подвержены преобразованию горные породы в зонах деструкции — участках земной коры, соответствующих узлам и узловым линиям интерференции сейсмических колебаний, поскольку знак смещений в них частиц среды меняется на противоположный при переходе через узловую линию. В деструкции осадочных и прочих пород создаются условия для активной эманации флюидов и подвижных трансмагматических комплексов из глубинных слоев литосферы и мантии, которые участвуют в процессах метаморфизма и дифференциации метамагматических очагов. В целом узловые зоны эволюционируют от структур будинажа до расплавления в течение реального геологического времени.

Среди наиболее подвижных ионов присутствуют протоны, которые выполняют роль активного восстановителя и эффективного транспорта легких соединений. Отсюда понятна приуроченность углеводородных месторождений к узловым линиям, оконтуривающим континенты (шельфовые залежи природного газа и нефти) и рассекающим их в виде S-образной формы. На территории Западной Сибири месторождения концентрируются в пограничных областях, а также вблизи S-образной узловой линии, продекорированной долиной реки Обь, где имеется и ярко выраженный узел второй гармоники в районе г. Сургута.

Параллельно, как бы по другому вектору бифуркации, происходит интенсивная дифференциация химического состава вмещающих палеозойских метаморфитов и перекрывающих осадочных толщ, обусловленная теми же флюидными явлениями. Процесс начинается с региональной гипергенной каолинизации, сопровождается масштабной диффузионной и инфильтрационной дифференциацией, а заканчивается формированием очень крупных месторождений оолитовых гетитлептохлоритовых руд (Бакчарский бассейн), циркон-ильменитовых месторождений (Тарское, Туганское, Георгиевское), месторождений каолинита, не до конца изученных проявлений золота, редкоземельных, радиоактивных элементов и т. д.

В соответствии с принципом «матрешек», собственные колебания проявляются не только в континентах и их составляющих структурах. Любой геологический объект, обладающий границами, является резонатором. Так в распределении рудных тел и залежей углеводородов также наблюдается внутрирезонаторная упорядоченность. Как показано нами раньше, минерализация в объеме месторождений, жил, жеод, конкреций несет яркие признаки циклического характера, формирующиеся в результате автоколебательных длиннопериодических процессов в протонно-гидратном состоянии систем. Например, в крупнейшем золоторудном месторождении Бендиго (Австралия) глубиной более 1000 м пространственно-ритмическая структура состоит из многоэтажных седловидных золотокварцевых жил, представляющих результат сброса напряжений. Расстояние между слоями сланцев в антиклинали и жилами в них соответствует волновым числам установившихся колебаний по оси образовавшегося в результате сброса напряжений волновода, ограниченного горизонтальными поверхностями рудовмещающей толщи. Примечательно, что рудная зона на всю мощность пронизана секущей зону дайкой мончикита (щелочного лампрофира). Наиболее интенсивные жилы здесь соответствуют кратному делению длины волновода (глубины шахты от дневной поверхности до подошвы), располагаясь посредине, а также приурочены к отметкам ¼, 1/3, ¾ и т. п. Можно с большой долей уверенности ожидать подобное распределение по толще осадочных пород и для месторождений углеводородов.

Таким образом, геодинамическая функция геологической среды Земли напрямую связана с низкочастотными волновыми космическими воздействиями, а не только с эндогенными процессами релаксации внутренней энергии, которые в свою очередь в основном определяются теми же причинами. Влияние внешних по отношению к Земле тел является первопричиной дрейфа континентов и океанических течений. В геологической среде и на ее поверхности практически все процессы минералообразования идут с участием протонно-гидратационного механизма. Их масштабы, благодаря низкоэнергетической активации процессов, значительно превышают те, что следуют из традиционных термодинамических и геохимических представлений. Привлечение голографической модели, в частности, интерференционных картин разномасштабных собственных колебаний крупных структурных блоков Земли по декорирующим элементам рельефа, создает дополнительную возможность разгадывания и понимания особенностей геодинамических и геохимических процессов в глубинных слоях земной коры и прогнозирования поисково-разведочных работ.