"Основы химической термодинамики игнорировать бесполезно, в противном случае будет сплошное бла-бла-бла-бла..Шевченко Н.Б."
В.И. Вернадский в начале 30-х годов писал: «Энтропия мира обычно ставится как бы отдельно от остальных физических явлений, и из необратимости отвечающего ей процесса не делается необходимых логических выводов. …Наше обычное представление о мире указывает, что в мире есть диссимметрия, проявляющаяся в существовании в нем энтропии. Энтропия указывает, что …в пределах нашего геологического и даже космического времени характер энергии мира меняется всегда в одну и ту же сторону — увеличения тепловой энергии, не могущей больше проводить в мире работу».
Внимательные натуралисты постоянно ощущали фундаментальное противоречие между требованием роста энтропии в самопроизвольных процессах и сохранением упорядоченных состояний реальных в реальных природных телах.
Попытку решить эти противоречия предпринял Д.С. Коржинский. Анализируя в рамках классической равновесной термодинамики механизмы формирования метасоматической зональности, он предложил рассматривать эти объекты как в целом неравновесные, но позволяющие говорить о термодинамическом равновесии в каждом отдельном элементарном участке, и ввел понятия о мозаичном равновесии и об инертных и вполне подвижных компонентах. Это дало возможность применить методы равновесной термодинамики к реальным телам, но не решало проблемы в целом.
Диссипативные системы
Пути выхода из противоречия порядок — беспорядок намечает современная физика. Нобелевский лауреат Илья Пригожин (1917–2003) в работе «Философия нестабильности» отметил, что «порядок и беспорядок сосуществуют как два аспекта одного целого», а «стержневым моментом в таком восприятии становится представление о неравновесности».
В идеальной равновесной системе газ полностью перемешан, в каждом ее участке соотношение легких и тяжелых молекул идентично. В реальной системе, находящейся в гравитационном поле, в верхней и нижней ее частях это соотношение будет различно. А ведь все окружающие нас системы находятся в поле тяготения Земли. Другой пример, приводимый И. Пригожиным, «если в две соединенные емкости поместить два газа, допустим, водород и азот, а затем подогреть одну емкость и охладить другую, то в результате, из-за разницы температур, в одной емкости будет больше водорода, а в другой азота. В данном случае мы имеем дело с диссипативным процессом». Поскольку в разрезе земной коры существует геотермический градиент, приведенная модель в своей сути хорошо отражает природные реалии.
Строго говоря, любые реальные системы следует рассматривать с позиций доказанной И. Р. Пригожиным (1947) теоремы термодинамики неравновесных процессов: при внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарное состояние системы соответствует минимальному производству энтропии. Именно такие соотношения и характеризуют энергетическое развитие природы как системы. Состояние равновесия в любом случае остается тем предельным состоянием, к которому система будет стремиться при отсутствии внешних воздействий (если бы она была изолированной). Поэтому расчеты равновесных состояний всегда полезны хотя бы уже потому, что показывают некоторое модельное предельное состояние. Но траектория движения не детерминирована и, в конце концов, настолько запутывается, что предсказать движение системы в целом невозможно — это смесь стабильности и нестабильности. Для того, чтобы решить какую-либо задачу, мы, вообще говоря, должны работать на трех уровнях. При исследовании конкретной системы, необходимо учесть не только элементы данной системы, но и в какую большую систему вписывается исследуемая система, а также какие подсистемы работают внутри нее. То есть, должен быть трехуровневый анализ. Когда специалисты, пытаются от знания какого-либо элемента внизу сделать заключение относительно большой системы, это приводит к неминуемым ошибкам. Этот путь работает только в первом приближении. Поэтому геолог, занимающийся процессом формирования руд, обязан хотя бы в общих чертах представлять, что происходит в системе большего масштаба.
Процесс рудообразования (как и многие другие геологические процессы) потому и антиэнтропийный, что он находится в более крупной диссипативной системе, дающей ему необходимую энергию. Суть противоречия, долгое время привлекавшего внимание натуралистов, в ограничениях системы. В изолированной системе энтропия может только расти, в системе, взаимодействующей с системами более высокого уровня, можно говорить не о равновесии, а об устойчивом состоянии, при котором такое состояние поддерживается диссипацией энергии и ростом энтропии в системах высшего уровня.
Самоорганизация и волновые процессы.
Самоорганизация неразрывно связана с волновыми процессами, т.е. процессами, самоподдерживающимися в нелинейной, диссипативной среде за счет распределенных в ней источников энергии. История их изучения восходит своими корнями к трудам В.И. Вернадского. В.И. Вернадский, 1939, писал: «биокосное естественное тело, представляет собой систему, слагающуюся из двух органически сопряженных, взаимообусловленных основных подсистем — косного (КВ) и живого (ЖВ)». Школа математиков 30-40 годов нашего столетия (Р. Фишер, А.Н. Колмогоров, Н. Винер и др.). Особый вклад в это направление внесли И. Пригожин, Г. Хакен и Брюссельская школа физиков. Благодаря трудам этих ученых, возникла наука синергетика (наука о самоорганизации открытых и далеких от термодинамического равновесия систем), была показана связь волновых процессов с процессами самоорганизации. После этих работ стало ясно, что практически в любых открытых, диссипативных и нелинейных системах неизбежно возникают автоколебательные процессы, поддерживаемые внешними источниками энергии, в результате которых протекает самоорганизация.
Для геологических систем самоорганизация и автоколебательные процессы представляют собой распространенное явление: гейзеры, флишевые толщи, формирование рудоносных структур процессы метасоматоза и др.
УВН.
Голосование