|
|
Теория хаоса и синергетика1. Пирамида биопродуктивности экосистемы (на примере леса). Лесные экосистемы играют исключительно важную роль в природе и хозяйственной деятельности Достаточно сказать, что именно они, наравне с Мировым Океаном, поставляют в атмосферу основную до-то кислорода, В то же время они подвергаются наиболее интенсивным антропогенным воздействиям и часто представляют зону экологического бездействия. Примерное распределение организмов лесных экотопов по трофическим уровням пирамид Элтона может выглядеть так: 1. Продуценты. Деревья, кустарники, полукустарники, иногда - травянистые растения, иногда - мхи, папоротники. Видовой состав и продуктивность зависит от климатической зоны и. типа лесов (см. ниже). 2. Консументы первого порядка. Почвенные членистоногие, черни, насекомые, зерноядные птицы, грызуны, копытные. 3-4. Консументы второго - третьего порядка. Пауки, клети, хищные насекомые, насекомоядные млекопитающие (ёж, землеройка, выхухоль) и птицы, хищные рептилии, хищные млекопитающие (все 4 семейства) и птицы. 5. Редуценты-минерализаторы. В лесных экосистемах главенствующую роль в минерализации и возврате биогенных элементов в круговорот играют не столько бактерии (нитрификаторы, аммонификаторы, сульфатредукторы), сколько грибы, причём как высшие - аскомицеты и базидомицеты, так и низшие плесневые. Видимо, это связано с избыточным (как правило) увлажнением и кислой реакцией лесных почв. Ниже приводятся более подробные описания некоторых типов лесов и обитающих в них организмов. Начать стоит с хвойных лесов - тайги, как наиболее распространённых на планете. В почве обитает многочисленное население мелких животных, но крупных животных мало (по сравнению с почвами листопадных лесов или степей). Многие из крупных травоядных позвоночных, таких, как лось, заяц-беляк и тетерев, зависят, по крайней мере частично, от развивающихся широколиственных сообществ. Семена хвойных служат важным источником существования многих животных, таких как белки, чижи, клесты. Как и в тундре, здесь сильно выражены сезонная периодичность и колебания численности многих популяций. Классический пример - циклы численности зайца-беляка и рыси. В хвойных лесах наблюдаются вспышки численности жуков-короедов и насекомых-дефолиантов (пильщиков, почкоедов и т.п.), особенно там, где в древостое доминируют всего один или два вида. Такие вспышки, однако, являются частью непрерывного цикла развития, к которому адаптирована экосистема хвойного леса. Биомасса продуцентов в этом биоме огромна, и, как легко себе представить, продукция строевого леса с единицы площади потенциально может быть очень велика, если поддерживать возобновление растений и круговороты биогенных элементов. Другие подразделения биома северных хвойных лесов, которые можно рассматривать как отдельные биомы, - это леса карликовой сосны и можжевельника, или "карликовых хвойных", и леса жёлтой сосны, растущие на промежуточных высотах между степями и зоной елей в Колорадо, Юте, Ныо-Мексико и Аризоне. Это в общем редколесья, в которых количество травянистых растений велико, особенно там, где пожары представляют собой естественный фактор окружающей среды. Сообщества листопадных лесов занимают области с большим количеством равномерно распределённых осадков (750 - 1500 мм) и умеренной температурой, для которой характерны чёткие сезонные колебания. Первоначально умеренные листопадные леса покрывали весь восток Северной Америки, всю Европу, часть Японии, Австралии и южную оконечность Южной Америки. Таким образом, биомы листопадных лесов в большей степени изолированы друг от друга, чем тундра и северные хвойные леса. Их видовой состав, несомненно, должен отражать эту степень изоляции. Поскольку в таких лесах деревья и кустарники в течение части года лишены листьев, контраст между зимой и летом очень велик. Травянистый и кустарниковый ярусы, а также почвенная биота развиты хорошо. Многие растения дают сочные мясистые плоды и орехи, например, жёлуди или буковые орешки. Животное население первоначальных лесов Северной Америки представлено виргинским оленем, медведем, серой и чёрной белкой, серой лисицей, рыжей рысью и дикой индейкой. Характерные мелкие птицы зрелых стадий - красноглазый виреон, большой американским дрозд, американская хохлатая синица, желтоголовая американская славка и несколько видов дятлов. Развитие листопадных лесов умеренной .зоны представляет собой длительную сукцессию" Для ранних сукцессионннх стадий характерна растительность переходных степей или залежей, на промежуточных стадиях часто выделяются сосны. Листопадные леса умеренной зоны представляют собой наиболее важные биотические области мира, так как именно в этих районах цивилизация достигла наибольшего развития. В результате этот биом сильно изменился под влиянием человеческой деятельности, его больная часть замещена культурными сообществами идя сообществами лесных опушек. Разнообразие жизни достигает, по-видимому, максимума в широколиственных вечнозелёных дождевых тропических лесах, которые расположены на малых, высотах полосой вдоль экватора. Дождей выпадает от 2000 до 2250 мм в год; в течение года отмечается один или несколько относительно "сухих" сезонов 120 -130 мм в месяц или меньше. Дождевые леса встречаются в трёх главных областях: Бассейны Амазонки и Ориноко в Южной Америке (крупнейший сплошной лесной массив) и Центральноамериканский перешеек; Бассейны Конго, Нигера и Замбези в Центральной и Западной Африке и Мадагаскар; 3. Области Индо-Малайская и Борнео - Новая Гвинея. Эти области отличаются друг от друга по видовому составу (так как находятся в разных биогеографических.областях), но сходны по структуре и экологии лесов. Основной источник пищи животных в тропических лесах - плоды и термиты. Обилие птиц в этих лесах объясняется тем, что многие из них растительноядные, Это питающиеся плодами попугаи, птица-носорог, туканы, котинги, трогоны и райские птицы. Поскольку "чердаки" джунглей перенаселены, многие птицы вьют себе висячие гнёзда, а насекомые строят висячие коконы, что спасает их от армии Муравьёв и других хищников. Хотя известно несколько видов ярких птиц и насекомых, обитающих в более открытых местах, основная масса животных дождевого леса неприметна, и многие из них ведут ночной образ жизни. Биопродуктивность леса зависит от климатической зоны и его типа. Лоусон даёт следующие цифры для нижних уровней I =1 леса. Висконсин: биомасса деревьев - средняя сухая масса надземных частей равна 27кг/м2; годовая чистая продукция всей растительности р = I1 = 812 кг/м2. Элтон демонстрирует пирамиду численности особей на 1000 м2 леса умеренной зоны (Уитхэм, Англия): продуценты, I1= 200; I2 = 150000; I3 = 120000; I4 =2 А вот данные Голли о пирамиде биомассы тропического леса (Панама). I1=40000 г/м2; I2=4 г/м2; I3=1 г/м2 - редуценты (бактерии, грибы, детритофаги) - 10 г/м2. Вмешательство в жизнь лесной экосистемы на разных уровнях может иметь весьма заметные последствия. Так на 3 и 4 трофических уровнях (консументы высших порядков) массовый отстрел хищников и браконьерство могут привести к вспышкам численности зерноядных птиц и грызунов, что повлияет на процесс воспроизводства на уровне I1 (выедание кедрового ореха и т. д.). Однако самыми опасными вмешательствами для устойчивости пирамиды будут вмешательства на низших уровнях, особенно бесконтрольная вырубка. Это может вести к антропогенным сукцессиям крайне нежелательного направления (кедровая тайга или сосновый бор - смешанное заболоченное редколесье). 2. Анализ кризисного явления - сдача экзамена. Сдача экзамена может служить хорошим примером кризисного явления и успешно описываться на языке синэргетики и теории катастроф. Точка бифуркации здесь будет представлена моментом решения экзаменатора (сдал - не сдал), пограничное состояние системы студент-экзаменатор - самим процессом ответа. Аттрактором у студента будет выступать желание сдать экзамен, а у экзаменующего - объективно оценить его знания. Креативная триада ТЕОС+ХАОС=КОСМОС для студента будет выглядеть как способность к дискурсивному мышлению и логическому анализу + материал курса, усвоенный им и имеющий отношение к экзаменационному вопросу = ответ, то есть намерение и возможность + потенция / материал / = результат. Для экзаменатора характерна своя креативная триада: объективный (на базе более глубоких знаний предмета) подход к экзаменуемому + материал его ответов на вопросы = оценка ответа. Можно использовать и диаграмму Фейнмана, в этом случае в узле решётки встречаются три понятия: знания студента и умение их преподнести, во-первых, объективность и уровень компетентности экзаменатора, во-вторых, и результат - оценка знаний, в-третьих. Тогда первый фактор выступает как аргумент х, второй - как вид функции f(x) и результат - как у=f(x). Легко заметить, что временной вектор направлен в сторону у, т.е. результата. Но мы, в соответствии с теорией синэргетики, можем перенаправить его в узловой точке (например, при анализе результата). Допустим, результат оказался отрицательным (студент провалил экзамен), тогда, если у положителен, то есть принимавший экзамен был объективен и компетентен, то можно сделать вывод о том, что х<0 знания студента недостаточны. Аналогично, если х>0 и студент хорошо знает предмет, способен логически мыслить и грамотно донести ответ до экзаменатора, то значение у>0 (сдал) будет указывать f(х)>0 - экзаменатор компетентен и объективен, а обратный случай - на вольную или невольную ошибку экзаменатора. Интересен и обратный случай. Пусть студент заведомо ничего не знает или настолько неспособен к самостоятельной работе (проще говоря - туп), что не в состоянии ответить на дополнительный вопрос. В таком случае позитивная оценка у>0 означала бы, при должной квалификации экзаменатора, наличие у него неких привходящих мотивов (например, взятки), и лишь отрицательный результат свидетельствовал бы о его объективности. Можно построить креативную триаду и для пары "студент - экзаменатор", тогда она, в терминах ХАОС + ТЕОС = КОСМОС будет выглядеть как знания студента и экзаменатора по теме вопроса (материал) + активный диалог в процессе ответа = оценка ответа, результат. Рассматриваемая ситуация нестабильна и поэтому негомеостатична, но ставит себе цель - аттрактор своего поведения - переход к гомеостазу на новом уровне (экзамен либо сдан, либо нет). Согласно принципу подчинения Хагена, параметры порядка мезоуровня (структура ответа студента) задаются параметрами макроуровня самой фактов, гипотез, идей, имён, дат, схем и проч., отложившимися ранее в сознании экзаменуемого. Управляющими параметрами будут служить те законы и правила, которые связаны с данной дисциплиной и материалом вопроса (закон Ома, уравнения Максвелла), текст анализируемой поэмы, комплекс исторических фактов и дат и т.д.). Переменные мезоуровня должны победить хаос и задать онтологию, структуру ответа. Мы описываем фазу трансформации, а для неё характерна нелинейность, неустойчивость и незамкнутость. Нелинейность проявляется в нарушении принципа суперпозиции: результат (сдал - не сдал) не равен сумме воздействий, единичных положений в ответе студента, но в большой степени зависит от их (положений, высказываний) иерархичности и функциональной связи. Результат, таким образом, не обязательно пропорционален усилиям студента (как правило, больше, либо меньше), и если он затратит на подготовку в два раза больше времени или приведёт в два раза больше фактов, это не значит, что его оценка автоматически станет в два раза выше. Хотя, сточки зрения психологии, рассматриваемую систему можно считать практически замкнутой (диалог двух человек, аттрактором которого является объективная оценка знаний одного из них другим), но по мере приближения к точке бифуркации, в области сильной нелинейности (момент принятия экзаменатором решения) система становится .всё более психологически открытой, и незначительные внешние события (гудок автомобиля за окном, распахнувшаяся форточка, выражение, лица однокурсника и т.д.) могут иметь значительное влияние на участников диалога и его результат. В свою очередь нелинейность и незамкнутооть системы порождают её неустойчивость и в точке бифуркации можно достаточно слабыми воздействиями повлиять на судьбу выбора системы, причём выбор может осуществляться как осознанно, так и неосознанно (второе - чаще). Опытные студенты интуитивно хорошо чувствуют эту особенность описываемой ситуации и знают, что уверенно и вовремя произнесённая фраза даже если она не верна по смыслу, реплика, улыбка или слезы (особенно если студентка сдаёт экзамен молодому мужчине) могут склонить весы в их пользу даже при дефиците знаний. Верно и обратное: вовремя сказанное экзаменатором слово одобрения значительно усилит психологический статус экзаменуемого, а насмешка или ехидная реплика могут полностью надломить его психологическую устойчивость. Системе, рассматриваемой в настоящем примере, свойственна эмержентность, динамическая иерархичность. Процесс рождения параметра порядка в точке бифуркации (сдал - не сдал) можно представить как ещё одну креативную триаду ТЕОС + ХАОС = КОСМОС - управляющие параметры мегауровия (структура ответа и диалога, включая дополнительные вопросы) + переменные микроуровня (комплекс относящихся к вопросу экзаменатора фактов, формул, схем, дат, текстов, имён, событий и проч.) = параметр порядка макроуровня. Точка бифуркации становится на микроуровне моментом перемены, происходит выбор альтернативы, и это формирует результат на макроуровне. Наконец, системе свойственен и ещё один принцип синэргетики - подчёркивающий нашу ограниченность представлений о ней - это принцип наблюдаемости. Поскольку мы видим то, что хотим увидеть, интерпретация результата бифуркации в особенности, его причин, серьёзно зависит от интерпретатора. Так в нашем случае отрицательный результат будет существенно по-разному оценен деканом факультета, коллегам экзаменатора, им самим, экзаменуемым, его однокурсниками, его родителями. Однозначно сказать, чья оценка верна, вряд ли возможно, для этого необходимо точно знать значения микро, мезо- и макроуправляющих параметров согласно диаграмм Фейнмана (см. выше). Анализируя сдачу экзамена в рамках теории катастроф - скачкообразных изменений характеристик системы в точке бифуркации - мы найдём все основные признаки катастрофы. Бимодальность - в конкретной ситуации реализуется лишь одна из альтернатив, и мы заранее не можем сказать - какая именно. Однако, имея ансамбль подобных систем и подвергнув результаты статобработке (экзаменационные оценки курса, факультета, погодовой анализ и т. д.) мы можем достаточно точно определить вероятность того или иного исхода. Нарушение симметрии - как одно из проявлений бимодальности. В точке бифуркаций равноправие возможностей нарушается (и необратимо). Пороговость - то есть существует пороговый управляющий параметр, в нашем случае - сумма адекватной или неадекватной информации отвечающего студента, как только она доходит до порогового значения (определяемого экзаменатором) происходит момент катастрофы и принимается одно из альтернативных решений. Неустойчивость по начальным данным: незначительное изменение параметров системы непосредственно перед точкой бифуркации (ответ на дополнительный вопрос ошибка, описка, оговорка и т.д.) может радикально влиять на выбор альтернативы. Явления гистерезиса - результат остаётся значимым и по исчезновении вызвавшей его причины. Система обладает памятью - в нашем случае это иллюстрируется тем, что пересдать заваленный экзамен тому же преподавателю не в пример труднее, чем сдать его с первого захода. Увеличение шумовых флуктуаций - как один из характерных признаков приближающейся катастрофы. Амплитуда кратковременных отклонений от среднего будет возрастать по мере приближения к точке катастрофы. У студента это будет проявляться и на физиологическом уровне/ залповый выброс адреналина и кортикостероидов в кровь, скачки температуры тела и артериального давления, тремор, усиленное потоотделение и продукция АДГ, тахикардия и т.д. и на психологическом - неожиданная забывчивость по отношению к общеизвестным фактам, вплоть до таблицы умножения и фамилии экзаменатора или, напротив, удивительное обострение памяти: "как будто в открытый учебник глядишь..." Наконец, в анализируемом примере можно найти и моменты замедления характерных ритмов, затишье перед бурей - так студент (особенно неопытный) может впадать в своего рода психологический ступор, ощущая пугающую "пустоту в голове". Такое "психологическое затишье" многократно описано, имеет аналоги в поведении неживых, механических систем. Резюмируя, можно отметить, что конфликтная житейская ситуация может быть удачно описана, в рамках и, терминах синэргетики и теории катастроф. Применение аппарата этих дисциплин демонстрирует заметную прогностическую ценность. ЛИТЕРАТУРА Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.: Мир. 1993 Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Мир, 1990 Хакен Г. Синергетика. Гл.1.- М.: Мир,1980. Малинецкий Г.Г., Курдюмов С.И., Капина С.И. Синергетика и прогнозы будущего. - М.: Наука, 1997. Дубнищева И.А. Концепции современного естествознания. - М., 1987. Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.  |
|
Банк готовых работ
Форма заказа
Скачать работу
экономические  Copyright © refbank.ru 2005-2024
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат refbank.ru. Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено. |
|