Заключение. Активные поверхности и дремлющий гигант

Для чего толь многие опыты учинены в физике и химии? Для чего толь великих мужей были труды и жизни опасные испытания? Для того ли только, чтобы, собрав великое множество разных вещей и материй в беспорядочную кучу, глядеть и удивляться их множеству, не размышляя о их расположении и приведении в порядок.

М. В. Ломоносов

Мы должны отказаться от мысли, будто природа разделена на факультеты, подобно университетам. Разделение труда по дисциплинам перестало быть эффективным.

Л. Акоф

Современная наука и практика со второй половины XX века имеют дело с решением комплексных проблем, а их результаты все в большей степени вызывают глобальные последствия. Это беспрецедентное в истории новое положение вещей потребовало новых принципов подхода к действительности, а также по-новому поставило вопрос об ответственности науки и практики и об организации их.

Оптимальное решение как научной, так и практической комплексной проблемы в целом не складывается из суммы оптимальных решений по ее частям, и это довольно быстро делает очевидным необходимость нового подхода к практике. Например, сброс отходов и сточных вод в водоток (реку, морское течение), относящий загрязнения от предприятия, является оптимальным решением с позиций предприятия, но не оптимальным в рамках народнохозяйственной проблемы в целом и еще менее оптимальным с точки зрения общегосударственной. Для решения комплексных практических проблем необходимо, и все больше осуществляется, многоаспектное их рассмотрение и комплексный подход - привлечение идей, средств, методов и учет обстановки в самых различных областях практической деятельности, часто до рассмотрения юридических вопросов в области международного права. Однако комплексный подход необходимое, но само по себе еще не достаточное условие для целостного эффективного решения проблемы. Оно предполагает знание и учет не только элементов, составляющих в совокупности целое, но и взаимодействия между этими элементами, иначе говоря, знание организации их в единое целое, в систему. Оно предполагает также соответствующую этому знанию скоординированную, организованную совокупность, систему необходимых практических действий. В этом смысле говорят о системном подходе к решению практических проблем.

Системный подход к решению актуальных практических проблем - загрязнения окружающей среды и оптимального использования природных ресурсов - предъявляет требования к знаниям об океане как о системном объекте и обнаруживает явную недостаточность знаний, какими располагают и могут располагать современные науки, связанные с изучением океана. Можно было бы подозревать, что недостаточность этих знаний об океане проистекает из непонимания целостности и системности этого сложного природного объекта, требующих системного подхода к его изучению. Действительно, «системный объект обычно не дается исследователю прямо непосредственно в качестве системы. Цго системность схватывается поначалу лишь интуитивно, лишь как результат сопоставления сложных противоречивых и вместе с тем взаимосвязанных свойств и характеристик объекта» [Блауберг, Юдин, 1973]. Однако океанологи, особенно специализирующиеся на изучении биологии океана, отлично осознавали необходимость интеграции знаний об океане и понимали, что «целостность океанологии как науки в той же мере, в какой целостен океан или отдельный морской водоем как естественноисторический и народнохозяйственный объект, должна быть основным положением современной океанологии» [Зенкевич, 1978].

Отсутствие знаний об океане как о целостном системном объекте объясняется возможностью несистемного исследования любого системного объекта, причем результаты несистемного исследования могут удовлетворять науку и практику, пока они не достигают определенного уровня эволюции. Так, изучение океана до недавнего времени сводилось преимущественно к анализу - «разложению» объекта на сравнительно однородные части и изучению и описанию этих частей средствами физики, химии, биологии и т. д. Таким аналитическим подходом характеризуется история не только океанологии, но и других наук. Аналитический подход, движение «в глубь» объекта, проникновение в его микромир, обеспечил выдающиеся успехи современной науки - овладение атомной и ядерной энергией в физике и технике, расшифровку механизма наследственности в биологии и механизма реакций в химии. Более скромных, но тоже существенных результатов добились частные науки об океане - физика, химия, биология, геология моря. Предполагалось, что накопление материалов наблюдений позволит перейти к широким обобщениям и в конечном счете к охвату объекта в целом. Имелось в виду, что, получив исчерпывающие сведения о частях сложного целого, удастся решить важнейшую задачу: постигнуть механизм функционирования сложного объекта и построить его универсальную теорию, которая сможет «давать ответы» при любой постановке вопроса.

Результат оказался общим для всех наук в той мере, в какой общим для них был аналитический подход к исследованию сложного объекта. Яркую характеристику этого результата и, что важно, методологические выводы из нее дали специалисты по системному подходу в науке И. В. Блауберг и Э. Г. Юдин. Приведем целиком весьма важный для существа рассматриваемого нами вопроса абзац: «...Наука, казалось бы, подготовила плацдарм для овладения механизмами жизни объектов со сложной организацией.

И вот здесь-то обнаружился парадоксальный факт. Оказалось, что накопление огромной массы нового и добротного эмпирического материала не только не облегчает, но, напротив, усложняет и делает все более далеким решение сформулированной выше задачи: сложный объект все время как бы ускользал из рук исследователя. И дело здесь вовсе не в «ползучем» эмпиризме: новые теоретические концепции появлялись во множестве, однако они решали, хотя и очень важные, частичные задачи. Но даже решая более широкие задачи (генетика, эволюционная теория), они не давали охвата объекта в целом. Более того, стремление дать новое теоретическое истолкование эмпирическому материалу приводило к появлению все новых научных направлений, к углубляющейся дифференциации и тем самым к дальнейшему раздроблению и обособлению знаний об изучаемом объекте. Что же касается интеграции знаний, которая, по мнению философов, «неизбежно» сопровождает процесс дифференциации, то в большинстве случаев дело не пошло дальше разговоров об ее необходимости и призывов к ее осуществлению. Это и понятно - если дифференциация науки происходит на основе приращения и переосмысления самого эмпирического знания, то интеграция, чтобы стать научно плодотворной, предполагает осознанную методологическую позицию и ее последовательное проведение» [Блауберг, Юдин, 1973].

Вывод о необходимости для успешной интеграции знаний (изначально?) осознанной системной методологической позиции весьма важен, но не представляется вполне бесспорным. Иначе вопрос можно поставить следующим образом: обязательно ли для успешной интеграции знаний о системном объекте с самого начала и на каждом шаге интегрировать части с позиций целого или же все-таки возможна при изначально не осознанной методологической позиции интеграция знаний о частях в стройную систему знаний о целом, адекватную системному объекту, а соответствующая методология выработается в процессе интеграции? И почему на современном этапе эволюции океанологии важно выяснить этот методологический вопрос?

Современные частные науки об океане - биология моря, химия моря, физическая океанология (первая больше других, а последняя меньше) - достигли такой стадии развития, когда дальнейшее совершенствование знаний о частях целого, с которыми они имеют дело, сдерживается отсутствием знаний целого. Однако под давлением своих внутренних потребностей и современных практических комплексных проблем, требующих количественного знания, они все в большей степени вынуждены использовать комплексный подход и, двигаясь не самым эффективным путем, без осознанной методологической позиции, интегрировать знания, накопленные пограничными областями наук. И этот путь явно приносит успех. При этом они заранее ограничивают степень и характер знаний, например химических и гидрологических при моделировании экосистем, биологических и гидрологических - при расчетах трансформации и распределения веществ, геологических, геоморфологических и химических- при расчетах динамики океана. И ни одна из частных океанологических наук не может претендовать без самоликвидации на статус той системной науки, которая могла бы представлять знания о целом. Действительно, в этом случае из множества свойств частей необходимо выбрать только те, которые формируют структуру и определяют поведение целого, т. е. отбросить подавляющее большинство из тех конкретно-специфических свойств частей, которые как раз и составляют предмет и основной интерес каждой частной океанологической науки.

А как обстоит дело с изучением суши и поверхности планеты в целом? В системе наук, составляющих физическую географию (и входящих в надсистему география), синтезирующее начало представлено двумя отдельными дисциплинами: общей физической географией и ландшафтоведением. Первая изучает географическую оболочку в целом, географическую среду во взаимодействии слагающих ее компонентов, географический процесс как особую форму движения материи [Григорьев, 1966 (1932); Круть, 1978]. Она же организует физико-географические дисциплины в систему наук с общей ориентацией. Вторая - изучает целостные природные комплексы, включая такие крупные, как материки и (по неосуществленной идее) океаны.

Из этого примера следует, что задача синтетического направления или науки - не заменить, а дополнить, а затем объединить в систему другие мореведческие науки.

Морское ландшафтоведение еще не сформировалось и зарождается в недрах нескольких наук - физической океанологии, общей физической географии, морской биологии. Делая начальные шаги, оно далеко не претендует на роль центрального синтезирующего направления.

Может ли возникнуть такая системная наука об океане в физической океанологии? Для того чтобы представить океан как систему, океанологу необходимо сделать два шага. Один - «по горизонтали», и этим шагом необходимо охватить весь «ближайший слой» частей, что весьма трудно, так как традиционно океанология тесно и слишком глубоко связана уже с одной единственной частью - физикой океана. Второй необходимый шаг не менее сложен - это шаг «вверх». Чтобы понять океан как целое, как систему, необходимо знание не только того, как это целое организовано из частей, но и в свою очередь знание этого целого (системы) как части (подсистемы) более сложного целого, т. е. как части географической оболочки. Оба шага легче сделать представителю той области науки, которая не обременена традиционной и глубокой связью с какой-либо частью целого и в то же время непосредственно занята изучением географической оболочки; эта наука - география. Следовательно, естественный претендент на то, чтобы быть системной наукой об океане,- география океана. Ее собственные трудности состоят в подготовке к активной ассимиляции далеко математизированных теорий, создаваемых частными науками об океане. Это трудности менее принципиального характера, чем отказ от эгоцентризма. Но где бы ни возникла системная наука об океане, она станет по существу представлять собой общую географию океана, возможно, под другим названием (например, океаномия (Как часть геономии, интегральной науки о Земле. Термин «геономия» введен Н. Я. Гротом в 1904 г., использован А. С. Мониным, И. В. Крутем и др.), или общая океанология).

Остается вопрос: может ли быть научно плодотворной интеграция знаний, проводимая (в отсутствие соответствующей активности географии) с позиций частных наук об океане? Речь идет не о промежуточных успехах, которые почти автоматически обеспечены при любом шаге исследователя от «своей» части к целому и которые видны уже сегодня, речь идет о возможности (на первый взгляд представляющейся маловероятной) «присвоения» частными науками об океане предмета, предназначенного по природе вещей географии океана.

В истории наук о Земле есть выдающийся прецедент: интеграция знаний о биотических и абиотических факторах жизни географической оболочки, которая привела геохимика Вернадского к разработке потрясающей по силе обобщения концепции биосферы и ноосферы, также «предназначавшейся» природой и, более того, жизненно необходимой, как это сегодня видно, географии. Не повторяется ли тем временем история и не упускает ли на наших глазах география следующую подобную возможность - интеграцию знаний об океане? Уже видны контуры впечатляющей по силе обобщения концепции, вырабатываемой биологией,- концепции экосистемы.

Необходимый шаг в интеграции знаний, который трудно сделать океанологии,- шаг «наружу» от океана как системы к океану как к элементу еще более сложной системы - экологии сделать естественно, поскольку исходная позиция вполне подготовлена и это всего лишь шаг от океанической экосистемы к глобальной (биосфере). Остается последний, труднейший (и, возможно, непреодолимый) для экологии шаг - отказ от преимущественной ориентации на биологию, т. е. фактическое превращение ее в географию океана. Экологом К. М. Хайловым [1973] показана необходимость и неизбежность такого шага, как логическое следствие приводившего к успеху последовательного отказа биологии вначале от органнзмоцентризма (дарвинизм), а затем от видоцентризма (экосистемный подход)- к отказу от биоцентризма. Такой шаг для экологии как генетически биологической дисциплины по многим причинам весьма непрост, но его, не задумываясь, неизбежно сделает, особенно под давлением сегодняшних запросов практики, бурно развивающаяся сейчас математическая экология. Этот шаг - вопрос времени. Возможно даже, что такой шаг уже сделан В. И. Беляевым [1978], точнее это удастся оценить позже, ретроспективно. Примечательно, что его шаг на пути интеграции знаний осуществляется не под «знаменем» концепции экосистем. Он использует понятие геосистемы как более широкое. (Напрашивается вопрос: «гео» здесь геологическая или географическая система?) Другая, зарубежная попытка интеграции знаний об океане [Ниуль, 1978] также использует не это «знамя» - в названии просто: «Моделирование морских систем».

Остается сделать выводы из этого методологического экскурса, и они несколько неожиданно модифицируют вывод специалистов по системному подходу.

Науки, связанные с изучением части целого, могут, по крайней мере до некоторой степени, плодотворно интегрировать знания, вырабатывая или осознавая в процессе этого системную методологическую позицию. Однако интеграция знаний «сверху» - наукой, непосредственно связанной с изучением целого, географией океана, - чтобы быть научно плодотворной, предполагает осознанную системную методологическую позицию и ее последовательное проведение. Упущенные географией возможности, по-видимому, были неизбежны и связаны с отсутствием системного подхода вообще и системного мировоззрения у широкого фронта морских наук.

Иногда полагают, что причиной недостаточного успеха географии были слишком «слабые» средства описания объекта, которыми она пользовалась. Однако действительная причина крылась в обратном - средства описания и методы исследования, которыми располагала география, были слишком сильны и слишком достаточны не только для того, чтобы вполне справляться со стоящими тогда перед нею задачами, но и для того, чтобы почувствовать потребность в разработке или ассимиляции иных, новых и нарождающихся средств, методов, подходов. В том числе тех, которые могли помочь ей поновому увидеть свои задачи и отбросить ограничения, накладываемые на ее эволюцию аналитическим подходом, господствовавшим в науке.

Так как при аналитическом подходе глубоким и количественным знанием объекта можно было признать лишь разложенность его на части с их количественным описанием, знание «механизма» объекта, география и не могла прийти к такому знанию, не потеряв при этом своей целостности, сути и не сводясь к геохимии, биологии, гидрологии и т. д., поскольку она является наукой сугубо системной. Оставаясь системной наукой, она, таким образом, могла оставаться только описательной. Однако с развитием системного подхода в науке и системных наук, особенно кибернетики, выяснилось, что детальное знание «устройства» и «механизмов» частей целого - элементов системы - не только не обязательно, но иногда излишне детальный учет их даже мешает знанию систем, и что части целого необходимо «агрегировать», представлять в виде подсистем или блоков, внутреннее устройство которых не представляет интереса с точки зрения описания системы в целом. При этом условии удается описать структуру и поведение системы с помощью естественноисторического, графического, математического, машинно-ориентированного (не столь важно, какого) языков или их комбинаций. И это описание структуры и поведения системного объекта, если оно достаточно адекватно, рассматривается как знание. В этом смысле все системные науки описательны. Однако описательность географии в наше время не только предстает в новом свете (от представления как о некоторой ущербности при аналитическом подходе к представлению как о вполне достойном системной науки ее характере), но и заставляет говорить о ее особенном характере.

Системы, с которыми имеет дело география, истинно сложны, так как они организованы не только из огромного числа, но и из разнообразных классов элементов и связей. Потому описание их в рамках единого целого предполагает использование такого языка и таких средств, которые в данное время являются (успели стать) достаточно универсальными или унифицированными по отношению одновременно ко всем этим элементам. Именно поэтому основным языком географии как системной науки остается естественноисторический и картографический язык и потому (а не из-за консерватизма ее представителей, как это можно было бы полагать при поверхностном знакомстве с историей географии), например, математический язык, который пока не нашел своей адекватной формы для описания отдельных важных элеменов системы (особенно биологических), даже при всем желании не удается эффективно использовать в этих целях. Однако по мере разработки адекватных форм математического языка география удивительно быстро включала их в свой актив для описания соответствующих элементов. Это приводило к определенной дифференциации соответствующих областей и потере ими системной представительности. Так, океанология теряла облик географической системой науки и становилась все труднее отличимой от гидрологии и физики океана.

Географии в целом удавалось удерживаться (и, как это видно при ретроспективном взгляде, вполне оправданно) от увлечения новыми и новейшими средствами описания, с тем чтобы не упускать из виду объект в целом. На редкость четким видением своего системного объекта география обязана, по-видимому, не только своей связи с практикой, но и своему консерватизму в лучшем смысле этого слова - глубоким традициям, издревле связывающим ее с описанием поверхности нашей планеты. Эти традиции удержали ее от, казалось бы, необходимой модернизации - от отказа от описательности, от полной переориентации на выявление «количественных» законов и механизмов. Следующая попытка модернизации - стремление связать географию с современными мощными концепциями - биосферы, ноосферы и динамических систем. Однако и в этом случае возникает вопрос: не является ли традиционная концепция географической поверхности более емкой и всеобъемлющей, а эти сравнительно новые мощные концепции не являются ли частностью и преходящим перед ее древним ликом, и не потому ли география «не торопится» активно ассимилировать их, как это делают многие другие научные дисциплины? И не оправдают ли вновь такой «консерватизм» новые концепции, развиваемые другими областями знания, как оправдали кибернетика и системный подход традиционную описательность географии?

По-видимому, материал для такого «оправдания» смогут дать интенсивно развивающиеся в естественных науках, особенно в физической химии, исследования поверхностей раздела фаз. Реальные поверхности раздела являются переходными слоями от одной фазы к другой, представляют собой пространственные динамические системы, формирующиеся в процессе взаимодействия фаз, если рассматривать их в структурно-функциональном аспекте, но суть вопроса к нему не сводится.

Поверхностный слой тела всегда обладает исключительными свойствами: избыточной свободной энергией и повышенной потенциальной активностью. Этой потенции сравнительно легко реализоваться, так как поверхности раздела имеют максимально возможное разнообразие условий. Разнообразие условий и повышенная активность, которыми обладает географическая поверхность,- другой важный аспект ее рассмотрения.

Поверхностный слой активно взаимодействует со средой и внутренними слоями тела, трансформирует вещество и энергию и вместе с этим трансформируется сам-это еще один важный аспект. При воздействии на твердые тела их поверхностный слой становится аморфизироваи-ным, причем его активность на порядок и более превышает активность внутри тела. Географическая поверхность, представляющая собой амортизированный переходный слой от земной коры к космическому пространству (толщина этого слоя около 1% радиуса Земли), является местом приложения неравномерного воздействия встречных потоков энергии - земной и солнечной.

Это мощный фактор ускоряющегося саморазвития географической поверхности, и в аспекте этого развития следует ассимилировать концепции биосферы и ноосферы как существеннейших, но всего лишь этапов эволюции географической поверхности, одних из ее частных состояний [Григорьев, 1966 (1932); Круть, 1978]. Более того, формирование биосферы должно быть объяснено из фундаментальных свойств географической поверхности. По-видимому, именно в рамках этой системной науки о совокупности условий, когда-то породивших жизнь, раскроется и тайна происхождения жизни как закономерного этапа в эволюции географической поверхности. В таком понимании географическая поверхность - синоним географической оболочки А. А. Григорьева, но синоним, имеющий тот акцент, что вертикальная структура оболочки фокусируется и формируется на земноводной поверхности.

Можно сказать, что общая география океана как системная наука ждет своего времени, не спеша с крупными концептуальными обобщениями, пока широким фронтом наук не будет осознана и взята в ажтив системная методологическая позиция, не выработаны и апробированы необходимые языки и средства описания, а также пока потребности в такой позиции не продиктуются жесткими запросами практики. Очевидно, что такое время наступает и такие требования уже предъявляются современной океанологии, особенно в отношении проблем биологических ресурсов и загрязнения океана. Таким образом, общую географию океана (системную науку об океане, как бы она ни именовалась) с уверенностью можно назвать наукой будущего. Важнейшей ее частью будет описание океана как существенного элемента географической поверхности и как сложной целостной динамической системы.

Очевидно, что попытка дать такое описание была бы преждевременной. Настоящая книга представляет собой продукт хотя, по-видимому, уже не аналитического, но еще и не системного подхода. Она, скорее, продукт комплексного подхода с некоторой попыткой дать эскиз описания океана, основанный на восходящей к Вернадскому концепции активных граничных поверхностей.

Эта концепция связана с очень сильной схематизацией и идеализацией, а построенные на ее основе генерализованные модели циркумграничной структуры океана, конечно же, слишком слабы по сравнению с современными детализированными моделями в области физики или экологии океана (как правило, реализуемыми на ЭВМ). Такая предельная идеализация, по замечанию Макса Борна, принесла дурную славу физикам, но и позволила им добиться несомненных успехов. В нашем случае генерализованные модели циркумграничной структуры океана пока не позволяют продвинуться слишком далеко. И все же они порождают или наводят на весьма нетривиальные представления и выводы. Отметим лишь те из них, касающиеся распределения жизни и трансформации загрязнения, которые сильно противоречат существующим представлениям, и все же, по-видимому, являются верными.

Неожиданны следующие выводы о биопродуктивных районах пелагиали ниже активного слоя:

- это районы опускания поверхностных вод (в том числе в синоптических вихрях). Здесь индекс разнообразия условий R может достигать 12 - 20, а вероятность сгущения жизни по сравнению с инертной областью возрастает в 30 - 100 раз (иначе: относительная вероятность р = 30/100). Такие районы обычно считаются бедными жизнью. Так, В. Г. Богоров [1967] писал: «... сравнивая количество живого населения в районах, где происходит опускание поверхностных вод, мы наблюдаем повсеместно резкое обеднение на всех глубинах именно в последних». По-видимому, этот вывод является следствием разреженности наблюдений по вертикали и во времени - сгущение должно быть сосредоточено в сравнительно тонком слое (несколько десятков метров или меньше) и может не быть постоянным. Между тем интервалы глубоководных наблюдений - сотни метров;

- глубоководные границы различных водных масс, в том числе даже граница с холодными глубинными антарктическими водами, где относительная вероятность сгущения жизни (возможно, преимущественно микроорганизмы) составляет 8 - 36;

- районы, прилегающие к почти безжизненным сероводородным зонам, р = 20/50;

- интерес для обследования представляют границы геологической активности, р = 36/100.

Еще один важный вывод касается судьбы загрязнений в океане, особенно органических. Масштабы океана очень и очень обманчивы. Они наводят на мысль о его почти безграничных возможностях поглощать и перерабатывать загрязнения. Между тем основная его масса представляет собой весьма инертную, в отношении микробиологической трансформации веществ, область. Объем активных слоев Мирового океана равен объему пресных вод (и льдов) суши, уже не поспевающих с самоочищением. Именно пассивностью глубоководной экосистемы вне пограничных зон, по-видимому, и объясняется тысячелетний возраст органического вещества глубинных вод океанов, а не его необычайной стойкостью к распаду, как это принято считать. Отсюда следует, что природное органическое вещество глубинных вод, попав в верхний пограничный слой, легко вовлекается в биогеохимические циклы, ускоряет их, способствует сгущению жизни в районах подъема вод. С другой стороны, отсюда следует, что и антропогенные органические загрязнения, попавшие в инертную область океана, могут накапливаться в течение времени, соизмеримого со временем жизни природного органического вещества в глубинных водах (порядка тысячи лет), даже если они считаются не очень стойкими к микробиологической трансформации. На основании результатов лабораторного моделирования, которое, как мы знаем, неправомерно в случае экологических систем, рекомендуется и практикуется за рубежом захоронение органических отходов и даже боевых отравляющих веществ (!) в глубинах океана в надежде, что они успеют разложиться до того, как будут вынесены в поверхностный слой. Однако из модели циркумграничной структуры океана следует, что такие надежды не имеют основания. Вторичное загрязнение этими веществами активного слоя, естественно, будет сосредоточено в местах подъема вод, т. е. именно в районах интенсивного рыбного промысла. Следовательно, современное загрязнение океана и захоронение в его глубинах опасных веществ следует квалифицировать как преступление перед будущими поколениями людей.

В трансформации органических веществ, в том числе загрязнений, огромную роль играют внутренние микроскопические границы раздела, наиболее активные поверхности - взвесей и микроорганизмов. Биогеохимическим эффектам внутренних границ раздела и пограничных слоев посвящена следующая книга.