Оглавление         Введение         Часть 1         Часть 2         Часть 3         Заключение

Глава 1        Глава 2         Глава 3         Глава 4        Глава 5    Глава 6    Глава 7     Литература

Глава 6

Гомеостаз планетарной биосферы

На описании планетарной биосферы, как мы её предполагаем трактовать в свете «Идеи единого гомеостатического устройства», есть необходимость остановиться несколько более подробно, чем на описаниях систем и уровней регуляции гомеостаза органоидов, клеток и организма. Это продиктовано, прежде всего тем, что:

1. Учение о биосфере, сформированное профессором В.И. Вернадским (1926) и уходящее своими корнями к Жану Ламарку (Жан Батист Пьер Антуан де Моне, 1744-1829), В.В. Докучаеву (1846-1903) и Эдуарду Зюссу (1931-1914), предполагает биосферу как «тонкую пленку жизни на земной поверхности», определяющую «лик Земли» и охватывающую в совокупности часть атмосферы до высоты озонового слоя (20-25 км). Как некую часть литосферы, а особенно, кору выветривания и всю гидросферу, нижняя граница которой опускается в среднем на 2-3 км на суше и 1-2 км ниже дна океана.

    Наше желание, основанное на попытке физической формализации «живого», требует введения такого понятия как «планетарная биосфера», где субъектом исследований и экстраполяций должно выступать не столь абстрактная субстанция, какой является «биосфера» В.И. Вернадского, а конкретное материальное целое, наделенное всеми свойствами целого. Только в этой форме можно попытаться трактовать его как гомеостаз, отвечающий всем его характеристикам: как самостоятельный, целостный и независимый (в силу всеобщей подчиненности) субъект гомеостатического мира. Ибо «планетарный гомеостаз» или «планетарная биосфера», - это единая система, из числа доступных изучению, объединяющая неживую и живую материю, имеющая собственную внутреннюю среду, отличную от внешней, термодинамически неравновесную по отношению к окружающей среде (космическому пространству), самостоятельно поддерживающую это неравновесие, обменивающуюся с ней (внешней средой) веществом, энергией и информацией, имеющую выраженную границу несмешиваемых сред.

2.  Другой причиной является то, что вторично, как это было на уровне элементарного при описании системы, очевидно наделенной свойством гомеостаза, приходится сталкиваться с системой, где выраженная и весьма ясная граница несмешиваемых внешней и внутренней сред не имеет физической оболочки, хотя и может быть точно обозначена.

3.  Следующей причиной является то, что впервые «биосфера» В.И. Вернадского и наша планета Земля будут рассмотрены как единая «планетарная биосфера», т.е. как целостный субъект (иерарх) в последовательном эволюционном ряду действительных материальных участников «единого гомеостатического устройства», наделенных удивительным свойством гомеостаз[1].

4.   И, наконец, приходится констатировать, что именно эта отрасль знаний, должная находиться на стыке таких дисциплин как биология, биологическая физика, физика, физическая химия, астрономия и астрофизика, чаще всего является предметом интересов только энтузиастов санитарного и экологического надзора, оставаясь чаще всего за пределами внимания серьёзных научных школ со времён академика В.И. Вернадского, давая таким образом колоссальный плацдарм для расцвета всевозможных астрологических, нетрадиционных и других околонаучных или откровенно оккультных течений, стремительно заполняющих образовавшийся научный вакуум в этой интереснейшей, важнейшей и более чем ответственной области мирового знания.

Учение профессора В.И.Вернадского о «биосфере»

Биосфера[2], согласно учению профессора В.И. Вернадского, - это оболочка Земли[3], состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

«Живые организмы, - писал профессор В.И. Вернадский, - являются функцией биосферы[4] и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей. Для того, чтобы в этом убедиться, мы должны выразить живые организмы как нечто целое и единое[5]. Так выраженные организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением»[6]. Конец цитаты.

Таким образом, профессор В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделял в биосфере 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ:

1.  живое вещество, заключающее в себе всех представителей растительного и животного мира: продуцентов, консументов и редуцентов;

2.  биогенное вещество, представленное горючими ископаемыми, известняками и др., т.е. веществом, создаваемым и перерабатываемым живыми организмами;

3.  косное вещество, образованное процессами, в которых живые организмы не участвуют, например, изверженные горные породы;

4.  биокосное вещество, создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы, составляющие почву;

5.  радиоактивное вещество;

6.  рассеянные атомы и, наконец,

7.  вещество космического происхождения, т.е. метеориты и космическая пыль.

Можно только попытаться оценить, насколько это было важно в то время, когда родилась концепция «биосферы». Несомненно, что это имеет серьёзное значение и сейчас.  В плане же рассмотрения «Идеи единого гомеостатического устройства» такая классификация не суть существенна, сколь актуален и приоритетен сам факт констатации её единого статистического начала, сформированного ещё на заре самой идеи -«биогенного и живого вещества».

Массовые отношения участников планетарной биосферы

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши и гидросферы, где в сообществе развиваются зелёные растения и живущие за их счет гетеротрофные организмы[7].

    Более 90% всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97-98% биомассы суши). При этом общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1.8-2.5×10¹⁸г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы всей биосферы (3×10²⁴г). Тем не менее, профессор В.И. Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество «наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития».

    Именно планетарного, а не его отдельной части. В этом великий ученый несомненно опередил свою эпоху. По всей вероятности, для более целостного обобщения, возможно, его «смущала» разница масс самой планеты и «живого» вещества. Может быть, именно потому профессор В.И. Вернадский и его последователи (В.Н. Сукачев[8], Н.В. Тимофеев-Ресовский[9], А.Н. Тюруканов, В.М. Федоров и др.[10]) ограничились только поверхностными характеристиками, находя и в них колоссальную разницу массовых отношений, не вписывающуюся в возможные эффекты гомеостатического поведения человека, «активно преобразующего мир».

    Хотя именно профессор В.И. Вернадский в своих «Размышлениях натуралиста», опубликованных в 1977, писал: «Мы должны различать три реальности:

1. реальность в области жизни человека, природные явления ноосферы и нашей планеты, взятой как целое;

2. микроскопическую реальность атомных явлений, которая захватывает и микроскопическую жизнь, и жизнь организмов, даже посредством приборов не видную вооруженному глазу человека и

3.  реальность космических просторов, в которых солнечная система и даже «галаксия» теряются в ноосферическом разрезе мира». Конец цитаты.

Вообще, если представить себе массовые характеристики обобщенных участников (составляющих) «планетарной биосферы», то они распределятся следующим образом:

масса Земли                                                             5.976                  × 10²⁷ г

масса планетарной биосферы                                5. 976                 × 10²⁷ г

массы биосферы Вернадского                                3                         × 10²⁴ г

масса атмосферы[11]                                               5.15                    × 10²¹ г

масса воды                                                               1.4                      × 10²¹ г

общая масса живого вещества                               1.8-2.5                × 10¹⁹ г

общая масса растений                                            1.6-2.2                × 10¹⁹ г

биомасса сухопутных животных                           3.2-4.1                × 10¹⁷ г

биомасса морских животных                                 6                         × 10¹⁵ г

биомасса водных растений                                    0.3                      × 10¹⁵ г

общая масса человечества                                      2.8-3.5                × 10¹³ г

средняя масса человека                                          7.2                       × 10⁴  г

средняя масса организма                                                                   »10⁴   г

средняя масса клетки человека                              1.25                    × 10^-4 г

средняя масса клетки эукариот                                                         »10^-5 г

При этом 90% всего живого вещества планетарной биосферы приходится на растительность, из них на суше располагаются 97-98%. Приблизительно также распределен и животный мир. Интересно и важно, что доля человечества в общем балансе внутри планетарных массовых отношений очень и очень мала (таблица 13).

Таблица 13. Массы участников планетарной биосферы, выраженные в 10¹⁰ г

Даже в отношении к общей биомассе животных, населяющих планетарную биосферу, биомасса человечества не превышает 0.01% (таблица 14)

Таблица 14. Массовые отношения участников планетарной биосферы, выраженные в процентах (%)

Источники биогеохимической активности

Основным источником биогеохимической активности организмов на Земле является солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелёными растениями и некоторыми микроорганизмами для синтеза органических веществ, обеспечивая пищей и энергией все остальные организмы.

    По существующим представлениям, именно благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2 миллиардов лет назад началось накопление в атмосфере кислорода, явившегося причиной образования озонового экрана, защитившего живое вещество от жёсткого космического излучения[12] и поддерживающего современный газовый состав атмосферы.

    Появление кислорода всегда рассматривалось как важнейший этап эволюции «биосферы» в общей эволюции материального мира. Если же исходить из «Идеи единого гомеостатического устройства», то необратимость факта появления кислорода в первичной атмосфере Земли была, согласно «теории сложного», детерминирована общим и закономерным стремлением к самоорганизации и усложнению материи.

    Жизнь на Земле в геологически обозримый период всегда существовала и развивалась через форму сложно организованных комплексов (композитов) разнообразных организмов (симбиозов, биоценозов). Вместе с тем, живые организмы и среда их обитания тесно связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостные динамические системы – «биогеоценозы»[13], которые сегодня чаще стали называть «экосистемами»[14], хотя это и не совсем верно, т.к. это больше может быть отнесено к растительному миру.

Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы синтеза, накопления и распада органических веществ обеспечивали и обеспечивают постоянный кругооборот вещества и энергии внутри «биосферы» при постоянном обмене веществом, энергией и информацией с внешней для неё средой – с космическим пространством. С этим кругооборотом связана и миграция химических элементов, прежде всего, биогенного свойства. Это: H, C, N, O, Na, Mg, P, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, и др., а также их биогеохимические циклы[15] (рисунок 35).

    В ходе развития жизни неоднократно происходила смена одних групп организмов другими и, при этом, всегда поддерживалось более или менее постоянное  соотношение форм её составляющих и выполняющих те или иные геохимические функции.

    Качественно новый этап развития «биосферы» или «планетарной биосферы» наступил в эпоху, когда деятельность человека, «преобразующая поверхность Земли», по своим масштабам стала соизмеримой, по мнению профессора В.И. Вернадского, с геологическими процессами.

Рисунок 35. Схема биогеохимической цикличности в биосфере Земли.

Справа на схеме дан разрез дерново-подзолистой почвы под хвойным лесом по А.Г. Назарову[16]

Как отмечал профессор, «биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов»[17]. И хотя использование природных ресурсов в начале XX века и теперь происходило и происходит без серьёзного учёта закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы[18], это не может и не должно быть использовано, как элемент предстоящей трагедии.

    Между тем, до сих пор остаются весьма популярными теории так называемых «экологических катастроф»: теория «парниковой катастрофы»[19], теория «разрушения озонового слоя»[20], теория «ядерной катастрофы»[21], теория «уничтожения биосферы»[22] и многие другие.

    Но, если рассматривать всё происходящее на Земле с точки зрения «Идеи единого гомеостатического устройства», то эти обстоятельства, также как и все другие, подчинены необратимости эволюционного процесса, т.е. детерминированы термодинамической рациональностью, а потому «независимо неотвратимы» сами по себе. Если же позволить себе напомнить, что «не сам человек решает всё сам, хотя каждый думает об этом иначе...», то становится очевидным некоторая наивность подобного рода безысходных измышлений.

Человечество, как составная часть материального мира в планетарной биосфере, - это лишь видовая популяция Homo sapiens, составляющая 0,0005×10^-11% от общей массы планетарной биосферы Земли.

    По мере своей эволюции человечество неизбежно движется по пути самоусовершенствования и накопления не только знаний, но и орудий уничтожения для развития внутрипопуляционной конкурентной борьбы. Но тот же эволюционный процесс, заставивший человечество создавать и постоянно совершенствовать своё оружие, заставляет всё более и более задумываться над возможными последствиями его наличия. А это – уже серьёзный повод и генеральный признак процесса самоусовершенствования.

    Коль у представителей развивающейся популяции хватило знаний и материально-технической базы «создать», значит хватит возможностей задуматься, а задумавшись, «не применить». А затем, ещё глубже задумавшись, уничтожить или найти иное применение.

Самым же ярким подтверждением тому и являются вышеназванные «теории экологических катастроф^13-17». Это обстоятельство уже само свидетельствует, что человечество уже задумалось.

    Между тем, неизбежность внутривидовой борьбы особей одной популяции является одним из базовых факторов «Эволюционного учения» Чарльза Дарвина. Т.е. человечество, как видовая популяция, безусловно, подчинена всем своим действием, развитием мысли, науки, техники, технологий этой безусловной общебиологической необходимости[23].

    Ведь именно популяции в блестящей теории профессора В.И. Вернадского и исследованиях профессора Н.И. Вавилова занимают место одного из основных инструментов планетарной биосферы, операторов её развития[24].

    Более того, в соответствии с «теорией сложного» профессора И.Р. Пригожина возможность переноса знаний физики и термодинамики на поведенческие «флуктуации», общественные процессы, составляющие суть гомеостатического поведения человека в его видовой популяции Homo sapiens, не только оправданы, но и глубоко обоснованы[25].

Участники «планетарной биосферы» согласно учения профессора В.И. Вернадского и профессора И.А. Шилова[26]

Чтобы не отходить от принятых принципов изложения, следует хотя бы в общем, поименовать всех участников «планетарной биосферы», составляющих исполнительную и акцепторную часть системы, наделенной свойством гомеостаза, и объединяющей совокупный круговорот веществ в его общем балансе обмена веществом, энергией и информацией с иерархом более высокого уровня расположения и внутри себя.

    Если позволить некоторые фривольности в функциональных корреляциях между схемами устройства планетарной биосферы и устройством организма высших животных и человека, единообразно наделенных свойством гомеостаза, то мы обречём себя на следующую идентификацию:

1.  отдельные особи исполняют роль специализированных «клеток» планетарной биосферы;

2.  популяции - аналог специализированных «тканей» планетарной биосферы;

3.  биоценозы – больше напоминают симбиоз специализированных «тканей»;

4.  биогеоценозы и экосистемы – «системы органов и тканей»;

Если же принять эту, более чем условную функциональную идентификацию биосферных систем, то следует дать определение каждому из них, коль скоро они являются совокупными участниками планетарного гомеостаза:

1.  отдельная особь растительного и животного мира, включая людей, обитающих на Земле;

2.  популяции[27]  как совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определённую территорию[28];

3.  биоценозы[29] как совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих тот или иной участок суши или водоёма[30];

4.  биогеоценозы[31] как однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и «косных» компонентов, объединённых общим обменом вещества и энергии в единый природный комплекс[32].

Чрезвычайно интересно и крайне важно, что «выйдя», при последовательном описании гомеостатической иерархии, на эту ступень её организации, - на уровень «планетарной биосферы», оперирующий статистическими величинами огромных количеств своих участников[33], их масс и энергий, описательная стратегия, принятая нами в «Идее единого гомеостатического устройства», не вступила в противоречие всеобщим законам бытия и развития.

    Первое же, что в этом ракурсе требует «эволюционного» комментария, - это факт последовательного самоусложнения и самосовершенствования в процессе исторического развития, ибо:

1. статистическая эволюция на астрономическом уровне предшествовала физической, создав планетарный плацдарм для появления «сложного» в локальном;

2. физическая эволюция, сохранив статистический инструмент, «катализировала» химическую эволюцию;

3. химическая эволюция, обогащенная физическим и статистическим инструментами, стала прародителем эволюции органических веществ;

4. органическая эволюция, имеющая в арсенале уже три инструмента (статистический, физический и химический), обогатившая себя действительным катализом, ускорила следующую фазу самоусложнения - эволюцию биологическую;

5. биологическая эволюция, имея четыре инструмента (статистический, физический, химический и каталитический), успешно комбинируя ими, создала клетку как плацдарм всей эволюции живой материи;

6. эволюция клетки, располагая уже пятью вышеназванными удивительными инструментами, сумела окружить себя гомеостазом организма;

7. эволюция организма, имея на вооружении шесть инструментов и высшую из всех предшественников и прародителей степень независимости и свободы, создала удивительный посыл к эволюции гомеостатического поведения, т.е. эволюции разума;

8. эволюция разума, оперируя полным арсеналом семи означенных выше инструментальных возможностей, неизбежно приступила к изменению своего прародителя, т.е. планетарной биосферы, модифицируя её своим постоянно совершенствующимся гомеостатическим поведением, изменяя т.о. качество окружающей его среды.

И, если клетка в борьбе за стабильность внешней среды, смогла изменить её, окружив себя организмом (вторичным гомеостазом), то организм, в том же стремлении, но более активно «продолжает начатое клеткой дело», изменяя планетарную биосферу.

    Следующая часть, требующая разъяснений, это вопрос о том, как организм смог использовать предоставленный в его распоряжение арсенал методов (инструментов) в борьбе за эффективность эволюции гомеостатического поведения и в какие формы обобщений он смог их преобразовать[34].

    Перечислим только важнейшие из них:

1. естественный отбор наиболее совершенных особей через выживание наиболее устойчивых, допускаемых к продлению рода;

2. наследование признаков: наследуются лишь целесообразные признаки по отношению к устойчивости и совершенству от матери и отца к детям;

3. изменчивость в процессе наследования: мутации, модификации, принцип композитарности наследуемого материала;

4. принцип рациональной эффективности, - трофические ряды: продуценты, консументы, редуценты; аутотрофы – гетеротрофы;

5. авторегуляция численности популяции через факторы:

·   физические – плотность численности популяции;

·   химические – удельная концентрация продуктов обмена и жизнедеятельности во внешней среде;

·   биологические – частота визуальных контактов, лимит продовольствия, эпидемическая и эпизоотическая вероятность, отношения хищник-жертва[35], отношение сапрофит-паразит[36]

Ещё одна часть в рассуждениях, нуждающаяся в пояснении или хотя бы в определенном акценте внимания: у всех вышеназванных участников, их систем и разновидностей отношений при всём их великом множестве и разнообразии единственным прямым акцептором информации по прежнему остаётся живая клетка, - прародитель живой материи, гомеостаз «первого рода» (первичный гомеостаз), оградивший себя естественной оболочкой от внешней среды, от своего родителя.

    Таким образом, следующая часть, требующая специальных комментариев, это вопрос об атмосфере, её структурно-функциональном и морфологическом устройстве, поскольку, приписывая планетарной биосфере беспрекословное, на первый взгляд, обладание гомеостазом, мы вновь сталкиваемся с отсутствием строгой физической оболочки, её окружающей, как мы привыкли её констатировать на уровне клетки и организма, но обеспечивающей, между тем, чёткое исполнение условий выраженности и несмешиваемости внешней и внутренней сред.

Граница несмешиваемых сред планетарной биосферы

Скорее всего, границей такого несмешения сред для планетарной биосферы следует признать всю атмосферу и, возможно, магнитосферу Земли, а не только её озоновый слой, как это принято считать по традиции. Это видится более разумным, нежели ориентация только на абстрактную часть целого, исполняющую вполне конкретную функциональную роль в общей задаче атмосферы по отношению к планете и устройству планетарного гомеостаза. Это представляется ещё более убедительным от того, что:

1. планетарная атмосфера[37] по классическому определению астрономии – это «газовая оболочка» или газовая среда вокруг Земли, которая вращается с Землёй как единое целое;

2. планетарная атмосфера материальна, имеет выраженные границы: сверху 1.1×10⁶-1.3×10⁶ м и снизу – поверхность планеты. Выше 1300 км (1.3×10⁶ м) никаких следов атмосферы пока не обнаружено, хотя и представлено структурированной магнитосферой. У поверхности атмосфера состоит из: 78.1% азота, 21% кислорода, 0.9% аргона, в незначительных % присутствует углекислый газ, водород, гелий, неон и некоторые другие газы.

Признав границей планетарной биосферы верхнюю границу атмосферы, трудно допустить серьёзную ошибку, поскольку при радиусе Земли 6.378×10⁶ м и максимальной высоте атмосферы 1.3×10⁶ м, эти составляющие единого целого «планетарная биосфера» находятся в одном порядке физического измерения. А вот их функциональные роли так прекрасно дополняют друг друга, что аналитическое их разделение, как минимум, не целесообразно. Ошибиться здесь можно лишь в том, сможем ли мы победить в себе определённую предубеждённость и не включим в морфологический состав границы планетарной биосферы магнитосферу Земли. Однако, в своём изложении, постараемся учесть и такую возможность.

Попытаемся же произвести некий пробный функциональный анализ, как того требует логика, и рассмотрим атмосферу и магнитосферу Земли как некую оболочку нашей «планетарной биосферы».

Атмосфера по определению: это газовая оболочка (газовая среда) вокруг Земли, мало меняющая процентные соотношения перечисленных выше газов[38] до высоты около 100 км[39] (10⁵ м). Атмосферу подразделяют на:

1.  тропосферу   0-7-10-12-16-18 ·10³м

2.  стратосферу  10-18-22-25-45-50-70 ·10³м

3.  ионосферу    70-80-100-120-180-220-300-350-800-1300 ·10³м.

На высоте ~20-25 км (2×10⁴ м – 2.5×10⁴ м) расположен слой озона, образовавшийся на границе сред воздух – безвоздушное, а вернее, - безкислородное пространство и который, как уже было отмечено мнением профессоров В.И. Вернадского, Н.И. Вавилова, К.А. Тимирязева, А.Н. Северцова «предохраняет биомассу планетарной биосферы от вредного влияния коротковолнового излучения», вызывающего собственно ионизацию кислорода воздуха до озона.

    В нижних слоях < 20 км (2×10⁴ м) атмосфера содержит водяной пар[40], а также твёрдые и жидкие аэрозольные частицы[41], находящиеся постоянно во взвешенном состоянии.

    Выше 100 км[42] (10⁵ м) состав «воздуха» начинает меняться. С увеличением высоты в нём растет доля лёгких газов. На очень больших высотах >120 км (1.2×10⁵ м) преобладающими становятся гелий и водород. При этом часть молекул газов, формирующих ионосферу, представлены в виде атомов и ионов.

    Давление и плотность воздуха в атмосфере с высотой убывает, а вот температура меняется более сложно. В зависимости от её распределения, атмосферу подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Это связано с тем, что в атмосфере одновременно рассеивается и поглощается солнечная и земная радиация (рисунок 36). При этом, атмосфера и сама может быть рассмотрена как источник излучения: от инфракрасного до коротковолнового.

Рисунок 36.

Строение атмосферы и распределение тепловых потоков Земли

Атмосфера, благодаря её газовой композитной природе, весьма подвижна во всех направлениях. Так между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен теплотой и влагой, обусловливающий постоянный круговорот воды с образованием облаков и выпадением осадков, – по аналогии ячеек Бенара[43] на уровне элементарной самоорганизации и «флип-флоп» переходов[44] на уровне клеточной мембраны при дополнительном энергообеспечении.

   Также как молекулы жидкости в случае Ячеек Бенара (рисунок 9, стр. 145) или фосфолипидов в мембранах, воздух атмосферы находится в непрерывном горизонтальном и вертикальном движении. Это объясняется неравномерностью нагревания атмосферы, что и способствует её общей циркуляции.

   Атмосфера располагает и самостоятельным электрическим полем: в ней возникают различные электрические, оптические, акустические и другие физические явления, исследование которых, возможно, ещё принесёт свои неожиданности.

Тропосфера. (рисунок 36) Верхняя граница тропосферы – тропопауза, лежит над экватором в среднем на уровне 16-18 км, в умеренных широтах 10-12 км, а в полярных 7-10 км. Именно в тропосфере находится более 79% массы всей атмосферы. Тропосфера, в которой сосредоточен почти весь водяной пар, характеризуется почти полной проницаемостью по отношению к проходящей через неё коротковолновой солнечной радиации и значительным поглощением длинноволнового (теплового) излучения Земли, вызываемого главным образом, водяным паром и облаками. Именно поэтому тропосфера нагревается преимущественно от земной поверхности. Но с высотой температура заметно падает (рисунок 37).

Стратосфера характеризуется наличием в ней слоя озона (трехатомного кислорода), который энергично поглощает ультрафиолетовое солнечное излучение, вследствие чего падение температуры с высотой в нижней стратосфере прекращается и сменяется значительным её ростом до высоты 60 км (6×10³м). Выше, примерно на высоте 80 км (8×10³м) температура вновь убывает до минимума (рисунок 37).

Рисунок 37. 

Средние изменения температуры и давления в атмосфере Земли

Пространство, ограниченное верхней границей стратосферы, т.е. нижней границей ионосферы и поверхностью Земли, исполняет сложную роль своеобразного «сферического резонатора»[45], варьирующего характеристиками геомагнитного и электромагнитного поля Земли и, соответственно, планетарной биосферы. Собственные частоты этого «резонатора» соответствуют длинам волн, которые укладываются целое число раз вдоль окружности Земного шара и приблизительно равны 8, 14, 20, 26 и 32 Гц[46].

Ремарка: крайне интересным и весьма примечательным в этом аспекте представляется тот факт, что исследование акустических характеристик сердца и сердечно-сосудистой системы человека и животных (собак) достоверно показало оптимальные диапазоны звуковых частот, составляющих  энергетический эквивалент механической гидродинамической активности (механической работы) сердца как естественного «резонатора» на уровне организма, такого же носителя гомеостаза: 4; 8; 14-15 и 18 Гц[47].

Очень важно обратить особое внимание на то, что отличительным качеством атмосферного «сферического резонатора» является его планиметрическая ориентация, перпендикулярная векторным направлениям к космической и к земной радиации. Вполне естественно в этой связи то, что эта роль отведена в атмосфере самой активной её части -  ионосфере Земли.

Ионосфера – это внешняя область атмосферы, на которую падает вся мощь и многообразие излучений Солнца, звёзд и межзвёздного пространства. В ионосфере также различают нескольких сильно ионизированных слоёв, способных к отражению коротких радиоволн. Среди них принято выделять два главных отражающих слоя ионосферы:

1.        так называемый слой Е, расположенный на высоте около 100 км (10⁵ м);

2.        слой F, лежащий на высоте 200-300 км (2×10⁵ м - 3×10⁵ м),

3.        который иногда подразделяют ещё на два слоя: F₁ и

4.        слой F_2.  

Обнаружены ещё два, но более слабых слоя:

1.        это так называемый «промежуточный слой» или слой D, появляющийся в дневное время на высоте 50-70 км (5×10⁴ м - 7×10⁴ м) и действующий только на самые длинные (километровые) радиоволны, и

2.        слой G, лежащий выше слоя F₂.

3.        и, наконец, иногда обнаруживается ещё так называемый спорадический слой Es.

Ни один из этих слоев не имеет резко выраженных границ и представляет собой область максимальной концентрации ионов. Считают, что:

1.        слой Е является результатом ионизации ультрафиолетовым излучением солнца молекулярного кислорода;

2.        слой F₁ – молекулярного азота, а

3.        слой F₂ – атомарного кислорода.

Поскольку ионизация обусловлена главным образом действием ультрафиолетового излучения Солнца, то высота и толщина ионизированных слоёв изменяется вместе с суточными, годовыми и более длительными (11 и 22-летним) циклами[48] его активности.

    Максимумы ионизации слоёв Е и F₁  совпадают с максимумами солнечного излучения. Так суточный максимум наблюдается в полдень, а годовой приходится на время летнего солнцестояния. Ионизация слоёв Е и F₁ возрастает с увеличением солнечной активности.

    Ионизация слоя F₂ тесно связана с магнитными бурями, также вызываемыми изменением солнечной активности, сопровождающимися резким повышением интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца, излучения радиоволн и т.д. В эти периоды ионосфера способна полностью поглотить коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, что сопровождается весьма существенным повышением её температуры.

    Верхняя часть ионосферы, расположенная выше 800 км (8×10⁵ м), называется иногда «сферой диссипации» или «сферой рассеивания». Она характеризуется тем, что в этом слое газы настолько разряжены, что их частицы, двигаясь с огромными скоростями, почти не сталкиваются друг с другом, а отдельные, наиболее быстро двигающиеся частицы могут уходить из поля земного притяжения в межпланетное пространство.

Магнитосфера[49] - это та область околоземного космического пространства, физические свойства, размеры и форма которой определяются магнитным полем Земли[50] и его взаимодействием с потоками заряженных частиц солнечного ветра[51] (рисунок 38).

Рисунок 38. Магнитосфера Земли

В отличие от атмосферы, магнитосфера Земли не сферична, она сильно вытянута в так называемую «ночную» сторону, т.е. в сторону, противоположную направлению к Солнцу.

    С «дневной» стороны поток плазмы солнечного ветра сжимает геомагнитное поле, искажая его дипольный характер. На ночной же стороне его силовые линии вытягиваются в протяжённый магнитный «хвост». При этом линии, расположенные выше плоскости эклиптики[52], направлены к Солнцу, а расположенные ниже – от Солнца в полном соответствии ориентации магнитных полюсов. Диаметр хвоста составляет ~ 40 земных радиусов (R) (2.5512×10⁸ м), а поля противоположных направлений в магнитном хвосте разделяет так называемый «токовый слой».

    Внутри токового слоя напряжённость поля близка к нулю. Здесь давление полей различных направлений уравновешивается давлением горячей плазмы, поэтому часто говорят, что противоположно направленные поля в геомагнитном хвосте разделены нейтральным слоем.

   Давление магнитного поля, в свою очередь, уравновешивается давлением плазмы вдоль всей границы магнитосферы. Саму же её (магнитосферы) границу, при грубом рассмотрении, можно считать непрозрачной для солнечного ветра.

   На дневной стороне граница магнитосферы, получившая название «магнитопауза», проходит на расстоянии ~10 R Земли (6.378×10⁷ м) и частично захватывает траекторию эклиптики Луны (3.84×10⁸ м) в области хвоста магнитосферы (2.5512×10⁹м).

    Напряжённость поля магнитопаузы зависит от параметров солнечного ветра и обычно составляет несколько десятков гамм. Сверхзвуковой же поток солнечной плазмы при обтекании магнитосферы вызывает формирование так называемой «бесстолкновительной» ударной волны. При этом, все линии геомагнитного поля в магнитосфере разделяют на два класса:

1.        линии, близкие к линиям магнитного диполя, и

2.        линии, уходящие в хвост магнитосферы.

В пространстве эти два класса линий разделены областями, которые называют «полярными овалами»[53]. Морфология (топология) поля в районе этих овалов такова, что здесь можно говорить о существовании некой «магнитной щели», в которую проникают частицы солнечного ветра, составляя структурно функциональную основу так называемых «солнечных ловушек».

    Особенно эффективно частицы проникают в щель вблизи полуденного меридиана. Эту область принято называть «полярным каспом»[54].

   Внутреннюю часть магнитосферы, расположенную в пределах диполь-подобного геомагнитного поля, называют плазмосферой.

Плазмосфера расположена примерно в 3 R Земли (1.9134×10⁷ м) от её поверхности. Концентрация частиц «холодной» плазмы в ней составляет 10⁴×см^-3, а частицы плазмосферы участвуют в суточном вращении Земли.

Концентрация частиц во внешней части магнитосферы на 2-3 порядка ниже, чем в плазмосфере (10-10²×см^-3), но все равно, остаётся ешё очень высокой. Движение частиц плазмы здесь определяется электрическими полями, возбуждаемыми солнечным ветром. При этом, общая картина конвекции (движения) частиц во внешних частях магнитосферы сильно зависит от величины и направления магнитного поля в межпланетной среде.

    Учитывая характер реактивного понижения интенсивности прямых космических лучей и солнечного ветра, достигающих поверхности Земли при интенсификации движения плазмы в плазмосфере, ориентация и направленность магнитного поля Земли формирует своеобразную неоднородность в высокой «чувствительности» к управляющим сигналам, поступающим из различных участков космического пространства: максимальной со стороны Солнца и минимальной с ночной стороны.

    Во внутренних областях магнитосферы магнитное поле Земли удерживает, как в ловушке, потоки частиц с энергией ³n×10⁵ эВ. Эти частицы и образуют так называемые «радиационные пояса» Земли.

Радиационные пояса Земли[55] – это внутренние области земной магнитосферы (рисунок 39), в которых магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы[56], обладающие кинетической энергией от n×10⁴ эВ до n×10⁸ эВ.

Рисунок 39. Структура радиационных поясов Земли

Выходу заряженных частиц из радиационного пояса Земли мешает особая конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц своеобразную магнитную ловушку. Под действием сил Лоренца захваченные в неё частицы совершают сложное движение, которое можно представить как колебательное по спиральной траектории вдоль силовой линии магнитного поля из Северного полушария в Южное и обратно с одновременным более медленным перемещением[57] вокруг самой Земли (рисунок 40).

Рисунок 40. Движение заряженных частиц (электронов), захваченных в геомагнитную  ловушку.

Дрейф протонов происходит в обратном направлении. Частицы движутся по спирали вдоль силовой линии магнитного поля Земли и, одновременно, дрейфуют по долготе. Когда частица движется по спирали в сторону увеличения магнитного поля, приближаясь к Земле, радиус спирали и её шаг уменьшаются, а вектор скорости, оставаясь неизменным по величине, приближается к плоскости, перпендикулярной направлению геомагнитного поля. Наконец, в некоторой точке, называемой «зеркальной», происходит как бы «отражение»[58] частицы и она начинает двигаться в обратном направлении к сопряжённой «зеркальной» точке в другом полушарии. Одно колебание вдоль силовой линии из Северного полушария в Южное протон с энергией ~ n×10⁸ эВ совершает за время ~3×10^-1 с, а время жизни такого протона в геомагнитной ловушке может достигать 100 лет (~3×10⁹ с). Долготный дрейф, также характерный для заряженных частиц, попавших в геомагнитную ловушку, происходит со значительно меньшей скоростью: от нескольких минут до суток. При этом положительные ионы дрейфуют в западном направлении, а электроны и отрицательные ионы – в восточном.

Внешний радиационный пояс Земли заключён между магнитными оболочками, удаленными от 3 до 6 R Земли (1.9134×10⁷ м – 3.8268×10⁷м) с максимальной плотностью потока частиц, достигающей 10⁶ - 10⁷ е/(см²×с×ср) с энергиями n×10⁴ – n×10⁵ эВ и средним временем жизни 10⁵ – 10⁷ с.

Внутренний радиационный пояс Земли (1.5 R Земли = 9.567×10⁶ м) характеризуется наличием протонов высоких энергий от 2×10⁷ эВ до 8×10⁸ эВ с максимумом плотности потока до 10⁴ протон/(см²×с×ср). Во внутреннем поясе присутствуют также электроны с энергиями от n×10⁴ эВ до 10⁶ эВ. Плотность их потока достигает ~10⁶ - 10⁷ е/(см²×с×ср). С внешней стороны этот пояс ограничен магнитной оболочкой ~2R Земли на геомагнитных широтах ~ 45^о. Для него характерны электроны с энергиями от 4×10⁴ эВ до 10⁵ эВ, поток которых в максимуме достигает ~10⁶ - 10⁷ е/(см²×с×ср).

Внешний пояс и пояс протонов малых энергий ближе всего: это высоты от 2×10⁵ м до 3×10⁵ м для широт 50^о-60^о. На эти же широты проецируется зона «квазизахвата», совпадающая с областью максимальной частоты появления полярных сияний. Пояс протонов малых энергий ~ 3×10⁴ эВ до 10⁷ эВ простирается на расстоянии от 1,5 R (9.567×10⁶ м) до 7-8 R (4.4646×10⁷ м – 5,1024×10⁷ м) от Земли.

Зона квазизахвата расположена за внешним поясом и имеет сложную пространственную структуру, обусловленную деформацией магнитосферы солнечным ветром. Основными частицами в зоне квазизахвата являются электроны и протоны с энергиями < 10⁵ эВ. В периоды повышения солнечной активности во внешнем поясе присутствуют также электроны больших энергий до 10⁶ эВ и выше.

    Происхождение захваченных частиц с энергией, значительно превышающей среднюю энергию теплового движения атомов и молекул атмосферы, связывают с действием нескольких физических механизмов:

1. распадом нейтронов, созданных космическими лучами в атмосфере Земли (образующиеся при этом протоны пополняют внутренние радиационные пояса Земли);

2.  «накачкой» частиц пояса во время геомагнитных возмущений (магнитных бурь), которая в первую очередь обусловливает существование электронов внутреннего пояса;

3.  ускорением и медленным переносом частиц солнечного происхождения из внешней во внутреннюю области магнитосферы (так пополняются электроны внешнего пояса и пояс протонов малых энергий).

Проникновение частиц солнечного ветра и других космических лучей в радиационные пояса Земли возможно только через особые точки магнитосферы, так называемые «дневные полярные каспы», а также через нейтральный слой в «хвосте» магнитосферы с её ночной стороны. В этих областях геомагнитное поле резко ослаблено и не является существенным препятствием для частиц межпланетной плазмы.

    Частично радиационные пояса Земли появляются за счёт захвата протонов и электронов солнечных космических лучей, проникающих во внутренние области магнитосферы. По-видимому, этих источников частиц достаточно для создания характерного распределения их устойчивых потоков в радиационном поясе для того, чтобы составить динамическое равновесие между процессами его пополнения и потерь в общем балансе обмена космическим веществом и энергией.

    Покидают же радиационные пояса Земли лишь те частицы, которые потеряли часть своей энергии на ионизацию, рассеивание при столкновениях, обеспечивая таким образом, некую ротацию и обновление пула холодной плазмы.

Механизмы акцепта внешней информации и способы её модуляции

Говоря о механизмах акцепта на уровне планетарной биосферы, следует, прежде всего, охарактеризовать тот объем и качество информации в виде вещества и энергии, которые «обрушивается» на Землю из космического пространства, а равно действуют изнутри как некий статистический композит. Не даром же по «формуле» Н.В. Тимофеева-Рисовского «Биосфера – особый природный центр, организующий планетарные и космические процессы как передаточная станция[59] космических сил...»[60] в процессах непрерывного обмена веществом, энергий и информацией с внешней для неё средой – космическим пространством.

Характеристика околоземного космического пространства[61] как внешней среды планетарной биосферы

Поток космических лучей, приходящих на Землю, приблизительно равномерен со всех направлений космического пространства. В результате их взаимодействия с атомными ядрами воздуха, уже в атмосфере Земли возникает так называемое «вторичное излучение», в котором встречаются практически все элементарные частицы высоких энергий. Преимущественно это протоны.

Среди космических лучей различают:

 - высокоэнергетические (вплоть до 10²¹эВ) или так называемые «галактические космические лучи», приходящие к Земле извне Солнечной системы;

- «солнечные космические лучи» умеренных энергий (£10¹⁰эВ), связанные с активностью Солнца и, так называемый

- «солнечный ветер», как постоянный радиальный поток плазмы солнечной короны в межпланетное пространство с энергиями 10² – 10³ эВ.

Состав галактических космических лучей. Поток космических лучей у поверхности Земли равен приблизительно 1 частице на см² с^-1. Более 90% частиц первичных космических лучей всех энергий составляют протоны, 7% - альфа частицы и лишь небольшая доля (1%) приходится на ядра более тяжёлых элементов.

    Такой состав приблизительно соответствует средней распространённости элементов во Вселенной с двумя существенными отклонениями: в космических лучах значительно больше лёгких (Li, Be, B) и тяжёлых ядер с массовым числом Z ³ 20.

    Согласно современным представлениям, «обогащение» космических лучей тяжёлыми ядрами является следствием более эффективного их ускорения в источнике по сравнению с лёгкими ядрами. Большее же количество ядер Li, Be, B по сравнению со средней распространённостью, связано с расщеплением тяжёлых ядер при столкновении с ядрами атомов межзвёздной среды.

    Именно это обстоятельство позволяет думать о том, что галактические космические лучи, как информационно управляющий поток, наделены всеми необходимыми информационными свойствами метагалактических, галактических и планетарных систем.

    Плотность энергии галактических космических лучей составляет приблизительно 10-12 эрг×см^-3 = 0.6 эВ×см^-3, что сравнимо по порядку величины с плотностью всех других видов энергии: гравитационной, магнитной, кинетической энергии движения межзвёздного газа.

    Возможно, что позже мы сможем использовать и эту информацию для серьёзного дифференциального анализа.

    Как показывают расчёты, такую величину плотности энергии космические лучи могут обеспечить за счёт вспышек сверхновых звёзд, которые рождаются в нашей Галактике не реже одного раза в сто лет, образуя при этом так называемые «пульсары»[62]. Отсюда и возникло предположение, что названные космические лучи имеют галактическое (а не метагалактическое) происхождение.

    При этом химический состав космических лучей формируется при прохождении ими межзвёздной среды и может быть носителем информации о её свойствах.

    Проникая в Солнечную систему, галактические космические лучи вступают во взаимодействие с межпланетным магнитным полем, которое формируется намагниченной плазмой, движущейся радиально от Солнца (рисунок 41), и потому получившей название «солнечный ветер».

Рисунок 40. Схема токового слоя Солнца в околосолнечном пространстве. На нижней части рисунка представлена схема отношения магнитных слоёв Земли токовому слою Солнца

В Солнечной системе устанавливается равновесие между конвективным потоком космических лучей, выносимым солнечным ветром наружу, и потоком, направленным внутрь системы.

    Влияние межпланетного поля «чувствуют» частицы с энергией < 10¹⁰эВ. При этом, параметры гелиосферы изменяются в течение 11-ти летнего солнечного цикла. Именно с этим связаны циклические изменения интенсивности галактических космических лучей, получивших название «11-летней вариации». Важно, что интенсивность галактических космических лучей изменяется в противофазе с солнечной активностью (по типу эффекта Форбуш понижения).

    Попадая в магнитное поле Земли, космические лучи отклоняются от первоначального направления вследствие воздействия на них так называемых сил Лоренца[63]. На заданную широту вблизи Земли с данного направления приходят только частицы с энергией, превышающей некоторое пороговое значение (³ 1.5×10¹⁰ эВ – 2.5×10⁹ эВ для протонов). Этот эффект называется «геомагнитным обрезанием»[64].

    Попадая в атмосферу Земли, высокоэнергетические протоны и другие ядра космических лучей сталкиваются с ядрами атомов воздуха[65]. В результате этого происходит расщепление нескольких нестабильных элементарных частиц[66]. Средний пробег до ядра взаимодействия в атмосфере для протонов приблизительно равен 90 г/см², что составляет » 1/11 часть всей толщи атмосферы. Следовательно, протон успевает несколько раз взаимодействовать с ядрами, прежде чем достигнет поверхности Земли. В связи с этим, вероятность дойти до уровня моря у первичных (галактических) космических лучей крайне мала.

    При взаимодействии первичной частицы с ядрами атомов воздуха рождаются почти все известные элементарные частицы, среди которых главную роль играют p-мезоны, как заряженные, так и нейтральные. Взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, они, подобно первичной частице, рождают новые каскады частиц до тех пор, пока их энергия не снизится до »10⁹эВ. Уровня же моря достигают менее 1% ядерно-активных частиц.

Мюонная и нейтринная компоненты образуются при распаде p^±-мезонов. Высокоэнергичные мюоны слабо взаимодействуют с веществом, поэтому они доходят до уровня моря и проникают глубоко под землю.

Возникновение электронно-фотонной компоненты связано с распадом p^о-мезонов: p^о ® 2g. В кулоновском поле ядер каждый g-квант рождает электрон-позитронную пару (g ® е⁺ + е^-). За счет «тормозного излучения»[67] частиц этой пары вновь возникают g-кванты, которые рождают, в свою очередь, новые электрон-позитронные пары.

    Повторение этого процесса приводит к лавинообразному размножению числа частиц до тех пор, пока при некоторой критической энергии преобладающими не станут конкурирующие процессы потери энергии g-квантами и электронами (позитронами). После этого происходит затухание каскада. Важно, что число частиц в максимуме каскада пропорционально энергии первичной частицы.

Солнечные космические лучи, в отличие от первичных галактических космических лучей, наблюдаются эпизодически после некоторых хромосферных вспышек. При этом частота появления солнечных космических лучей сопоставима с уровнем солнечной активности. В годы максимума солнечной активности регистрируется до ~10 событий в год с энергией частиц ³ 10⁷ эВ, а в годы минимума – одно или меньше.

    В солнечных космических лучах наблюдаются частицы с более низкими (по сравнению с галактическими космическими лучами) энергиями. Энергия протонов обычно ограничивается  ³ 10⁹ эВ, иногда достигая нескольких n×10⁹ эВ. При этом интенсивность солнечных космических лучей падает с уменьшением энергии частиц резче, чем интенсивность галактических космических лучей.

    В большинстве случаев состав солнечных космических лучей в интервале 1-3 х 10⁷ эВ/нуклон соответствует распространённости элементов на Солнце. Весьма часто наблюдаются вариации в 2-3 раза относительно содержания ядер Не и Fe.

    Из данных по составу «легких» ядер, как в случае с галактическими космическими лучами, исследователями была получена оценка толщи вещества, проходимого солнечными космическими лучами в атмосфере Солнца. Она по оценке составляет £ 0.2 г/см².

    Это показывает, что ускорение частиц во время солнечной вспышки происходит не в глубине солнечной атмосферы, а в верхних её слоях – короне или верхней хромосфере. В интервале < 10⁷ эВ/нуклон потоки солнечных космических лучей часто обогащены тяжёлыми ядрами, что указывает на наличие преимущественного ускорения тяжёлых ядер на Солнце в области малых энергий.

    Интенсивность солнечных космических лучей различается от события к событию на несколько порядков по своей величине. Более интенсивные события наблюдаются, как правило, после сильных хромосферных вспышек. Изменения же их интенсивности связаны, по всей видимости, с разными условиями генерации и выхода частиц из области ускорения, а потому могут быть также признаны информативно управляющими, наделенными тем или иным признаком управления.

    Длительность возрастания интенсивности солнечных космических лучей составляет несколько суток для < 10⁷ эВ и несколько часов для потоков больших энергий. Причём, в начале возрастания наблюдается анизотропия частиц[68] вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля.

    Значительный рост солнечных космических лучей вызывает дополнительную ионизацию в ионосфере Земли, обусловливая возникновение помех вплоть до полного прекращения радиосвязи в диапазоне коротковолновых частот[69].

Солнечный ветер[70], - это постоянный радиальный поток плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Поток энергии, идущий из недр Солнца и нагревающий плазму короны до 1.5-2 миллионов градусов К. При этом, как полагают, постоянный нагрев не уравновешивается потерей энергии, т.к. плотность короны относительно мала. Избыточную же энергию в значительной степени уносят частицы солнечного ветра (10²⁰ – 10²² Дж×с^-1 или 10¹-10³ эВ). Это служит основанием специалистам астрофизикам предполагать, что корона Солнца не находится в гидростатическом равновесии, а непрерывно расширяется.

    По составу солнечный ветер не отличается от плазмы короны[71]. У её основания (в 10⁶ м от фотосферы Солнца) частицы имеют радиальную скорость порядка ~ n·10² м/с, на расстоянии нескольких солнечных радиусов она достигает скорости звука в плазме (10⁵-1.5×10⁵ м/с). У орбиты Земли скорость протонов составляет[72] 3×10⁵-7.5×10⁵ м/с, а их пространственная концентрация – от нескольких частиц до нескольких десятков частиц на 1 см³ (~ n·10¹ см^-3).

    Солнечный ветер уносит с собой петли силовых линий солнечного магнитного поля, которые образуют межпланетное магнитное поле[73]. Сочетание же радиального движения частиц солнечного ветра с вращением Солнца придаёт этим линиям форму спиралей.

   Крупномасштабная структура магнитного поля в окрестностях Солнца имеет вид секторов[74], в которых поле направлено от Солнца и к нему.

    Размер полости, занятой солнечным ветром, точно не известен. Есть мнение, что её радиус не менее 100 астрономических единиц. Причем у границ этой полости динамическое давление солнечного ветра должно уравновешиваться давлением межзвёздного газа, галактического магнитного поля и галактических космических лучей.

    В окрестностях Земли столкновение потока частиц солнечного ветра с геомагнитным полем порождает стационарную ударную волну перед земной магнитосферой[75] со стороны Солнца: солнечный ветер как бы обтекает магнитосферу, ограничивая её протяжённость в пространстве, формируя, таким образом, внешнюю границу планетарной биосферы.

    Из этого следует, что функционально-морфологическая структура планетарной биосферы не ограничивается только атмосферой, и уже тем более только её озоновым слоем, а поднимается много выше до естественной границы магнитосферы, находящейся на высотах от 9.567×10⁶ м с «дневной стороны» до 5.1024×10⁷ м с «ночной стороны» от поверхности Земли.

Цикличность управляющих потоков космического и солнечного излучения для планетарной биосферы.

Главная особенность общего магнитного поля Солнца в том, что с периодом в 22 года, получившим название цикла Хейла, отмечается изменение его полярности. Именно это является источником существования основного 11-ти летнего цикла солнечной активности, о котором мы уже имели возможность кратко упомянуть выше, и который изменяет ежегодно солнечную постоянную на ~0.02% в год.

    Этот цикл, а также циклы, связанные с временем обращения Земли вокруг собственной оси, сочетанные с временем обращения Луны вокруг нашей планеты, формируют так называемые:

·  суточный или циркадный цикл;

·  недельный цикл,

·  28-дневный лунный сидерический или синодический месяц и

·  годовой цикл.

Реакция возмущения на уровне планетарной биосферы

Изменения интенсивности солнечного ветра и его плотности, связанные со вспышками на Солнце, являются основной причиной периодического «возмущения» магнитосферы и, соответственно, геомагнитного поля Земли, получивших название магнитных бурь.

    Магнитные бури часто объясняют быстрым выделением энергии, запасённой в полях хвостовой части магнитосферы. Альтернативным же объяснением является представление о магнитосферной «динамо генерации» электродвижущей силы на границе магнитосферы.

    Важно не это (для нас), при любом толковании «генеза» магнитных бурь, мы можем отчетливо констатировать трансформации инструментов управления космического уровня элементарных материальных составляющих космических лучей в магнитные и электромагнитные явления, действующие генерализованно на обитателей всей планетарной биосферы в целом. При этом сохраняется и их дуализм, и их индивидуальность.

    Резкое возрастание плотности энергии в солнечном ветре приводит к магнитосферным бурям[76], как основополагающему механизму проявления реакции возмущения планетарной биосферы на уровне её взаимодействия с гомеостатическим хозяином более высокого уровня в их общем иерархическом ряду, и чем-то очень напоминают:

1. радиационный захват ядерной реакции, в которой ядро-мишень захватывает налетающую частицу, а энергия возбуждения образующегося ядра излучается в виде g-кванта;

2.  эффект «захвата» квантов солнечной энергии на уровне растительной клетки при фотосинтезе;

3.   эффект «захвата» квантов света молекулой родопсина при зрительной рецепции.

Форбуш эффект или эффект Форбуш-понижения

Солнце, как основной источник вещества и энергии, составляющих на 98% суть информации для планетарной биосферы и солнечной планетарной системы, излучает на уровне своей хромосферы и короны в диапазонах частот:

10²¹ – 10¹³ Гц и 10¹² Гц с длинами волн до 10 м:

10^-4 – 10² нм; 1-10² мкм до 1 мм и 10 м.

При полной мощности солнечного излучения 3.83×10²⁶ Дж с^-1 (3.83×10⁷эВ), потока излучения с единицы его поверхности 6.27×10⁷ Дж м^-2 с^-1 и полной внутренней лучистой энергии 2.8×10⁴⁰ Дж с^-1 (2.8×10²¹эВ), до поверхности Земли доходит излучение волн более 290 нМ с энергией, равной 1.4×10³ Дж м^-2 с^-1. Эта величина называется «солнечной постоянной» для среднего расстояния. Остальные излучения «фильтруются» магнитосферой и ионосферой Земли.

    При крупных вспышках на Солнце высвобождается до 10²³ – 10²⁵ Дж с^-1 (10⁴-10⁶эВ) энергии[77], тогда как нормальный полный поток энергии Солнца составляет ~10⁴ Дж с^-1. Для рентгеновского и ультрафиолетового участков спектра, а также участка радиодиапазона, прирост потока энергии в период вспышек колоссален, т.к. увеличивается до 10⁴ раз.

    Одновременно, могут возникать и новые потоки заряженных частиц солнечного происхождения. При этом скорость солнечного ветра также может увеличиваться в несколько раз. Всё это приводит к сильнейшим возмущениям основных параметров магнитосферы и ионосферы Земли, к существенному ужесточению спектра электромагнитной и корпускулярной радиации в околоземном космическом пространстве. Так что, даже не внося заметного вклада в общий поток излучения Солнца, вспышки количественно меняют спектральный состав излучения, а усиление потока жесткой радиации Солнца является фактором, определяющим их геоэффективность (таблица 15).

Таблица 15. Характерные значения полное энергии (Е) и мощности (Р), выделяемой в самых больших вспышках и самых малых субвспышках по Аллену К.У.[78]^,74

* Для подавляющего большинства субвспышек отсутствует[79]

Реакция возмущения планетарной биосферы в ответ на активацию солнечного ветра, сопровождается активным захватом заряженных частиц геомагнитными ловушками магнитосферы Земли, резким увеличением плотности и интенсивности их движения в плазмо- и ионосфере.

    Как следствие, интенсивность галактических космических лучей, солнечных лучей и солнечного ветра, достигающих поверхности Земли, резко ослабевает, а конфигурация и плотность геомагнитного поля Земли существенно и резко меняется.

    Скорость такой реакции соизмерима со скоростью ионизации плазмо- и ионосферы, составляя доли секунды (~0.3 с), что соизмеримо со скоростью биохимических реакций.

    Вот так протекает реакция возмущения планетарной биосферы, а завершается она «высыпанием» частиц из магнитных ловушек радиационных поясов магнитосферы Земли, в особенности из зон захвата. Это приводит к усилению ионизации плазмосферы. В полярных областях Земли в это время фиксируются обильные полярные сияния.

    Таким образом, если рассматривать реакцию возмущения планетарной биосферы, как неспецифическую реактивную компоненту в общей системе регуляции гомеостатических систем с позиций «Идеи единого гомеостатического устройства», то эта реакция полностью отвечает изначальным признакам, имея:

1. фактор возмущения (солнечная вспышка, как информация или «стресс-фактор»);

2. активацию акцепторных механизмов (акцепт информации, накопление заряженных частиц в плазмо- и ионосфере);

3.  фильтрацию, трансформацию и модуляцию первичной информации (деспециализация информации[80], изменение конфигурации и плотности геомагнитного поля Земли);

4.   нарушение гомеостаза планетарной биосферы (увеличение энтропии, изменение баланса в обмене веществом, энергией и информацией);

5.   физиологический ответ (на уровне статистического ответа биомассы живой и неживой [?] материи);

6.    адаптацию (восстановление баланса в обмене веществом, энергией и информацией, составляющих существо эволюционного процесса).

Иначе, мы можем с достаточной степенью уверенности утверждать, что построение и реактивность планетарной биосферы, если её рассматривать как единое целое, а не разорванные системокомплексы, демонстрируют серьёзное единоподобие с рассмотренными выше субъектами, наделёнными свойствами гомеостаза (клетка, организм).

    Если же нам удастся найти подтверждающие примеры тому, что проводимый акцепт информации, поступающей из Космоса, находит своё отражение в конкретных физиологических, биохимических, биофизических или иных проявлениях со стороны организмов, как непосредственных «подчиненных» гомеостазу планетарной биосферы, то единоподобие регуляторных систем на уровне самой планетарной биосферы, организма и клетки, равно наделенных собственным гомеостазом, можно будет считать доказанным.

    Воспользовавшись описанием природы магнитных бурь, механизмов их возникновения, можно позволить себе в более или менее достаточной мере убедительности попытаться проиллюстрировать такое доказательство известной и, в то же время, «загадочной» цикличностью фактически всех биологических процессов, их чувствительностью к гелио- и геомагнитным эффектам, констатируя основной принцип такой зависимости: принцип отрицательной связи[81] с гомеостатическим иерархом и его системами более высоких уровней регуляции.

Цикличность управляющих потоков космического и солнечного излучения для планетарной биосферы.

Главная особенность условий жизни всех участников планетарной биосферы Земли состоит в том, что все они опосредованно или непосредственно подвержены периодически изменяющимися условиями внешней для них среды, т.е. состояния самой планетарной биосферы. Эти процессы носят строго циклический характер и детерминированы астрофизической ориентацией нашей планеты в космическом пространстве. Это: освещенность, температурный режим, геомагнитное состояние планетарной биосферы, проникающие космические излучения.

    Если суммировать литературные обращения к этой «исторической» теме, всегда привлекавшей к себе внимание наблюдателей от естествоиспытателей и учёных до детей, астрологов и оккультистов, то наиболее известными из них можно назвать:

1.  суточный или циркадный цикл;

2.  недельный, 28-дневный (27.32 суток – сидерический месяц; 29.53 суток – синодический месяц),

3.   годовой,

4.  11-летний и

5.    22-летний.

Бóльшие по продолжительности циклы менее изучены, а потому могут стать в какой-то степени самостоятельным предметом исторических изысканий более усердных исследователей.

    Между тем, некоторые авторы находят и другие, более частые по продолжительности циклы, связывая их с «внутри суточной цикличностью»[82], к примеру, в физическом тонусе человека с его подъёмом около 5, 11, 16, 20, 24 часов и спадом около 2, 9, 14, 18, 22 часов[83]. Они даже были подвергнуты квалификации как автоколебательные или автоволновые процессы.

    В предыдущих разделах мы уже косвенно затрагивали этот сложнейший предмет, подтверждая его существование фактом циклических изменений плотностей и численностей отдельных популяций, например, в отношениях: хищник – жертва, паразит – сапрофит и т.д. Но таких фактов великое множество. Их можно найти на всех уровнях организации материи от макромолекулярного до популяционного. В биологических системах происходят незатухающие колебания характеристических физических параметров: иммунной и ферментативной активности, концентраций ряда метаболитов, других параметров, определяющих физиологическое и гомеостатическое поведение и т.д.

    Можно привести аргументы в пользу того, что биологическая система не только не может не быть, но и должна быть колебательной[84]. Этому специальному предмету посвящены очень серьёзные научные работы профессоров Ф. Халберг (1965, 1991), П. Гленсдорфа (1973), Б.С. Алякринского (1983),  М.В. Волькенштейна (1988), И.Р. Пригожина (1990), Б.М. Владимирского (1995), Л.П. Агуловой (1998), Ж. Корнелиссен (1998), Т. Бреус (1998), Г.Р. Иваницкого (1998, 1999), Klaus Richard Dietrich Nickel (1948-2003) и многих, многих других.

Первый аргумент следует из того, что сложная полуоткрытая (или открытая, если угодно) система, включающая автокаталитические химические реакции, находясь вдали от термодинамического равновесия фактически «обречена» на предельные циклы. Этот аргумент приводится профессорами М.В. Волькенштейном (1988) и И.Р. Пригожиным (1990).

Второй аргумент приведен профессором Молчановым: «устойчивые системы за время эволюции, утверждает профессор, - должны были уравновеситься, стать частью среды. Напротив, неустойчивые системы за это время распались. Следовательно, лишь системы, внутренние движения в которых имеют колебательную природу, могли сохраниться»[85]

Третий аргумент продиктован и закреплён всей историей эволюции сложного в физиологии всех представителей живой материи Земли, обращающейся вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Именно этому факту мы обязаны такому понятию как «биологические часы», описывающие суточные периодичности, свойственные жизненным процессам: смена сна и бодрствования у животных и человека, производство и потребление кислорода растениями в ночное и дневное время суток и т.д.

И, наконец, четвёртый аргумент, который весьма часто использовался авторами и прежде, но который относительно недавно приобрел довольно чёткое звучание, близкое идеологически нашему пониманию «теории адаптации и адаптивной регуляции гомеостатических систем». Это более высокая адаптивность или адаптивная лабильность автоколебательных процессов в сравнении с монотонными. При этом временная организация любой биологической системы образуется совокупностью всех её ритмических процессов, взаимодействующих между собой и изменяющимися условиями внешней среды[86], что делает такую систему:

1.        более чувствительной к внешним действиям в реакциях синхронизации и резонанса;

2.        более адаптивной по скорости развития реакций возмущения;

3.        более аддитивной к акцепту и трансляции энергии;

4.        более лабильной в возможностях трансформации и модуляции информации.

Как это ни удивительно, но означенная цикличность, рациональная с точки зрения устройства и функции на уровне теоретических измышлений, находит свою прямую иллюстрацию в жизни представителей планетарноё биосферы.

    От системы дыхания и кровообращения до движений животного и человека она (цикличность) имеет место быть. Бег гепарда, прыжки кенгуру, полет птицы и насекомого, плавание рыбы и скольжение змеи, движение ресничек инфузории и жгутика хламидомонады, сердечный и дыхательный ритмы. Всё это периодические, зачастую автоволновые процессы превращения химической энергии в механический физиологический ответ системы, наделенной свойством устойчивого гомеостаза.

    В плане нашего изложения, более важно, что перечислив многочисленные подтверждающие примеры тому, что проводимый акцепт информации, поступающей из Космоса, не только имеет своё безусловное отображение в конкретных физиологических, биохимических, биофизических проявлениях со стороны организмов, он, прежде всего, рационален. А это значит, что задачу поиска единоподобия регуляторных систем на уровне планетарной биосферы, организма и клетки, равно наделенных собственным гомеостазом, можно действительно считать доказанной.

Вместо заключения

Исходя из вышеизложенного, можно придти ещё к одному очень важному заключению: управляющая регуляция в гомеостатическом мире вообще и саморегуляция, в частности, построены на едином принципе генерализованного действия высшего иерарха в рамках его собственного гомеостаза на гомеостаз его участников.

    Такое построение управляющей системы делает (сделало) гомеостатические системы очень чувствительными и очень реактивными к любому локальному или тотальному действию. Это позволяет носителям гомеостаза в ответ на любое (управляющее или случайное) действие быстро мобилизовать все свои резервные возможности путём перераспределения нагрузок внутри себя (в процессах срочной и долговременной адаптации).

    При этом, на уровне иерархов гомеостатического мира: «планетарная биосфера» и выше, названные участники наделены способностью самостоятельно поддерживать собственный гомеостаз, пользуя в качестве границы несмешиваемых внутренней и внешней сред силы гравитационных статических и динамических отношений физических полей, сил и потоков.

    Говоря же о системе управления на этом уровне организации материи, её следует признать системой «двойного подчинения»: централизованного – от высшего иерарха до всех и каждого из участников на любом уровне; и от управляющего центра «непосредственного подчинения» (по типу Солнце - Земля) до межгалактического.

  Учитывая эти эволюционно детерминированные особенности структурного и функционального построения отношений субъектов материального мира, а также на основании вышеизложенного, можно утверждать, что:

1. возможности акцепта внешней информации на уровне планетарной биосферы тесно связаны с состоянием магнитосферы Земли и их можно подразделить по механизмам акцепта потока вещества и энергии на два:

- механизм захвата информационных потоков высоких энергий (от 10⁵ до 10⁶ эВ);

- механизм акцепта первично «отфильтрованной» информации, достигающей поверхности Земли в виде потоков вещества с меньшими энергиями;

2.  Информационные потоки сверхвысоких энергий (от ³ 1.5×10¹⁰ и 2.5×10⁹ эВ до 10²¹эВ) не являются информационными для планетарной биосферы, исполняя, по всей вероятности, роль иных координирующих потоков, поскольку при столкновении с магнитосферой Земли, они, не проникают в глубину планетарной биосферы, но приобретают определённые её свойства;

3. Механизм захвата информационных потоков высоких энергий (10⁵ эВ до 10⁶ эВ) осуществляется при помощи «магнитных ловушек» или «магнитных каспов» планетарной магнитосферы;

4.Усиленный захват информационных потоков высоких энергий при увеличении интенсивности галактических космических лучей, солнечных космических лучей и жёстких компонентов солнечного ветра сопровождается ростом ионизации радиационных поясов и ионосферы Земли;

5.  Фильтрация прямых информационных потоков сверхвысоких и высоких энергий, осуществляемых радиационными слоями магнитосферы и ионосферой Земли, связана прямой пропорцией со степенью их ионизации и обратно пропорциональной - с вероятностью их прямого проникновения в атмосферу Земли. Этот эффект носит имя «эффекта Форбуш-понижения»;

6.  Информационные потоки малых энергий, «допущенные» для проникновения к уровню ионосферы, ещё более замедляются путём их замены (модуляции) пропорциональным количеством частиц, способных достичь своих «потребителей» на поверхности Земли, т.е. быть акцептованными на уровне клеток особей (дочерних гомеостазов);

7. Базовый механизм акцепта внешних информационных потоков осуществляется после их фильтрации, модуляции и трансформации на уровне клеток и клеточных органоидов особей, обитающих в планетарной биосфере.

Глава 7

Метагалактика Шепли

Далее >>

Оглавление         Введение         Часть 1         Часть 2         Часть 3         Заключение

Глава 1        Глава 2         Глава 3         Глава 4        Глава 5    Глава 6    Глава 7     Литература

Оглавление         Введение         Часть 1         Часть 2         Часть 3         Заключение

Глава 1        Глава 2         Глава 3         Глава 4        Глава 5    Глава 6    Глава 7     Литература