О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем

О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем

Відповідно до ідей, методів і підходів нелінійної динаміки на якісному рівні розглянуто основні особливості геосистем. Підкреслено, що еволюція процесів і об'єктів у літосфері не може бути реалізована поза межами автохвильових процесів, які є просторово-часовими структурами. Суттєво, що загальн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
1. Verfasser: Шуман, В.Н.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2015
Schriftenreihe:Геофизический журнал
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103701
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 93-103. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103701
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1037012025-02-09T16:42:50Z О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем On conceptual grounds of diagnostics and monitoring of geosystems Шуман, В.Н. Відповідно до ідей, методів і підходів нелінійної динаміки на якісному рівні розглянуто основні особливості геосистем. Підкреслено, що еволюція процесів і об'єктів у літосфері не може бути реалізована поза межами автохвильових процесів, які є просторово-часовими структурами. Суттєво, що загальні тенденції еволюції геосистем можуть бути інтерпретовані в термінах сейсмічного процесу. Мова йде про формування в геосистемі деякого узагальненого автохвильового поля, яке самоорганізується за рахунок потоків енергії та речовини із земних надр. Підкреслено актуальність досліджень синхронної динаміки підсистем або елементів гео- середовища, впливу шумів на синхронізацію. В цьому контексті спостереження за спектром спонтанної сейсмоакустичної та електромагнітної емісії літосферного походження в часі та просторовими "біфуркаціями" автоструктур як відображенням еволюції сейсмотектонічних систем, яка породжує сейсмічний процес, виходить на передній план сучасних експериментальних досліджень. Дуже ймовірно, що такий підхід до визначення мети, завдань і способів моніторингу еволюції геосистем є не тільки необхідним, а й невідворотним, тому що дає змогу наблизити його реалізацію до експериментальної ситуації. Within the trend of ideas, methods and approaches of nonlinear dynamics basic features of geo-systems are being considered on high-quality level. It is noticed that evolution of processes and objects in lithosphere cannot be realized outside the limits of self-wave processes, which are spatial-temporal structures. It is remarkable that general trends of evolution of geo-systems can be interpreted in terms of geo-seismicity. We mean formation in geo-system of some generalized self-wave field, which is self-organized at the expense of energy and matter flows from the depth of the earth. Urgency of studies of synchronous dynamics of subsystems or elements of geo-medium, influence of noise on synchronization is being noticed. It is noteworthy that in this context tracking the spectrum of spontaneous seismic-acoustic and electromagnetic emission of lithosphere origin temporally and of spatial "bifurcations" of auto-structures which reflect evolution of seismic-tectonic systems producing seismic process become the first-rate task of modern experimental studies. It is probable that such an approach to formulation of aims, objects and ways of monitoring of evolution of geo-systems is not only necessary but inevitable because it allows to bring it nearer to experimental situation. 2015 Article О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 93-103. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103701 550.3 ru Геофизический журнал application/pdf Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Відповідно до ідей, методів і підходів нелінійної динаміки на якісному рівні розглянуто основні особливості геосистем. Підкреслено, що еволюція процесів і об'єктів у літосфері не може бути реалізована поза межами автохвильових процесів, які є просторово-часовими структурами. Суттєво, що загальні тенденції еволюції геосистем можуть бути інтерпретовані в термінах сейсмічного процесу. Мова йде про формування в геосистемі деякого узагальненого автохвильового поля, яке самоорганізується за рахунок потоків енергії та речовини із земних надр. Підкреслено актуальність досліджень синхронної динаміки підсистем або елементів гео- середовища, впливу шумів на синхронізацію. В цьому контексті спостереження за спектром спонтанної сейсмоакустичної та електромагнітної емісії літосферного походження в часі та просторовими "біфуркаціями" автоструктур як відображенням еволюції сейсмотектонічних систем, яка породжує сейсмічний процес, виходить на передній план сучасних експериментальних досліджень. Дуже ймовірно, що такий підхід до визначення мети, завдань і способів моніторингу еволюції геосистем є не тільки необхідним, а й невідворотним, тому що дає змогу наблизити його реалізацію до експериментальної ситуації.
format Article
author Шуман, В.Н.
spellingShingle Шуман, В.Н.
О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
Геофизический журнал
author_facet Шуман, В.Н.
author_sort Шуман, В.Н.
title О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
title_short О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
title_full О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
title_fullStr О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
title_full_unstemmed О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
title_sort о концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем
publisher Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate 2015
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103701
citation_txt О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 93-103. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series Геофизический журнал
work_keys_str_mv AT šumanvn okonceptualʹnyhosnovahdiagnostikiimonitoringageosistem
AT šumanvn onconceptualgroundsofdiagnosticsandmonitoringofgeosystems
first_indexed 2025-11-28T02:05:11Z
last_indexed 2025-11-28T02:05:11Z
_version_ 1849997938833489920
fulltext О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 93 Введение. Как известно, определение тен- денций развития геосистем и диагностика их динамических состояний — одна из актуаль- нейших задач современной геофизической науки. Все современные методы прогноза эволюции основаны на методах физическо- го моделирования и мониторинге реальных процессов. Именно в этом контексте попытки динамического описания геосистем, традиции моделирования процессов на базе теории ди- намических систем, сами методы нелинейной динамики оказались востребованными для анализа данных геофизического эксперимен- та и мониторинга. К настоящему времени ос- новные теоретические и методологические положения организации систем контроля и мониторинга литосферы достаточно известны и освещены во многих работах, опубликован- ных в последние годы (см., например, [Гуфельд, Новоселов, 2014; Гульельми, 2015] и цитируе- мую там литературу). Тем не менее круг про- блемных вопросов, требующих дальнейших экспериментальных и теоретических исследо- ваний в этой области для реальных геосистем как совокупности компонентов литосферы, объединенных потоком энергии и вещества, УДК 550.3 О концептуальных основах диагностики и мониторинга геосистем © В. Н. Шуман, 2015 Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина Поступила 20 февраля 2015 г. Представлено членом редколлегии В. И. Старостенко Відповідно до ідей, методів і підходів нелінійної динаміки на якісному рівні розглянуто основні особливості геосистем. Підкреслено, що еволюція процесів і об’єктів у літосфері не може бути реалізована поза межами автохвильових процесів, які є просторово-часовими структурами. Суттєво, що загальні тенденції еволюції геосистем можуть бути інтерпретовані в термінах сейсмічного процесу. Мова йде про формування в геосистемі деякого узагальненого автохвильового поля, яке самоорганізується за рахунок потоків енергії та речовини із земних надр. Підкреслено актуальність досліджень синхронної динаміки підсистем або елементів гео- середовища, впливу шумів на синхронізацію. В цьому контексті спостереження за спектром спонтанної сейсмоакустичної та електромагнітної емісії літосферного походження в часі та просторовими «біфуркаціями» автоструктур як відображенням еволюції сейсмотектонічних систем, яка породжує сейсмічний процес, виходить на передній план сучасних експеримен- тальних досліджень. Дуже ймовірно, що такий підхід до визначення мети, завдань і способів моніторингу еволюції геосистем є не тільки необхідним, а й невідворотним, тому що дає змогу наблизити його реалізацію до експериментальної ситуації. Ключові слова: геосистеми, автохвильові процеси, автоструктури, спонтанна емісія, мо- ніторинг. открытых, со сложной динамикой, остается весьма широким. Весьма вероятно, что трудности понимания, объяснения и описания тенденций развития динамических состояний геосистем, их локаль- ного контроля и диагностики состоят, прежде всего, в онтологической сложности исследуе- мых систем и многофакторности действия на них физических полей различной природы. Как известно, соответствующие определения весьма сложны и, что существенно, не всегда однозначны. В некоторых случаях это эмпири- ка без должного теоретического обоснования. В итоге, что странно, во многих, даже вышед- ших в самое последнее время многочисленных публикациях, хотя и подчеркивается ключевая роль представлений нелинейной динамики при постановке и решении рассматриваемых во- просов, ее аппарат использовался весьма из- бирательно и фрагментарно. Стала отчетливо проявляться неадекватность существующих методов мониторинга реальной энергонасы- щенной геосреды [Шуман, 2014а,б; 2015]. За- дача мониторинга стала пониматься в качестве исследования отклика геосистемы на многоча- стотные (приливы и др.) и шумовые сигналы, В. Н. ШУМАН 94 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 причем осуществлять его на иерархических уровнях организации геосистемы. Возникла необходимость отбора из огромного имеюще- гося материала мониторинговых наблюдений, и его приходится проводить с известной долей произвола, когда существенными критерия- ми становятся интересы авторов. Характер- ный пример такого рода — краткосрочный прогноз сейсмичности, в частности, крупных сейсмических событий в реальной геосреде, который оказался значительно более сложной и неопределенной задачей, чем это предпола- галось многими исследователями [Шаповал, 2011; Гуфельд, Новоселов, 2014]. Основная причина — весьма широкий ком- плекс нерешенных вопросов физики землетря- сений [Гульельми, 2015]. Сама же нелинейная динамика лишила нас иллюзии глобальной предсказуемости. В рассматриваемом контексте напомним ситуацию, возникшую в связи с появлением теории самоорганизованной критичности (СОК) — одну из новейших теорий нелиней- ных динамических систем [Бак, 2014]. Как из- вестно, парадигма СОК — эволюции геосисте- мы к критическому состоянию без настройки каких-либо ее параметров — сразу привлекла к себе повышенное внимание геофизиков. Про- гнозные свойства этой модели оказались в цен- тре дискуссии о прогнозируемости сильных сейсмических событий, полагая, что процесс их подготовки порождается типичной систе- мой с СОК [Шаповал, 2011; Шаповал, Шнир- ман, 2011]. Однако вопрос о существовании эффек- тивного прогноза в системах с СОК остает- ся весьма дискуссионным. С одной стороны, утверждается, что обширный класс сложных систем с СОК предсказуем с помощью некото- рых универсальных предвестников [Шаповал, 2011], а с другой — «…понимание сейсмиче- ского процесса как фундаментального след- ствия эволюции сейсмотектонической систе- мы к состоянию СОК, в котором невозможен реальный прогноз динамики и катастроф» [Захаров, 2014]. Не вникая в детали этой дис- куссии, заметим лишь, что на данный момент эффективного критерия обнаружения СОК в реальной геосистеме все еще нет, а сама задача о прогнозируемости систем с СОК теоретиче- ски весьма сложна и исследуется эмпирически [Шаповал, 2011]. Очевидно, в связи с разно- образием нелинейных эффектов и процессов в неравновесных активных динамических си- стемах в последние годы активно обсуждается возможность создания неких объединяющих концепций, в частности, самоорганизации и диссипативных структур, синергетики, авто- волн и автоструктур, теории катастроф. Актуальная задача — исследование син- хронной динамики сложных систем и изуче- ние влияния шумов на синхронизацию, «кон- куренции» между собой различными типами самосогласованного поведения их подсистем. Но поскольку интересы математиков, физиков и геофизиков не всегда канонизированы или параллельны, естественно, появляется жела- ние прибегнуть и, по возможности, ограни- читься менее изощренной системой понятий и представлений, более адаптированных к реаль- ному мониторинговому эксперименту. Таким образом, итог, в сущности, может быть сведен к координации и перегруппировке некоторого известного и, возможно, ограниченного набо- ра теоретических результатов и эксперимен- тальных фактов, не претендуя на большее. В то же время весьма проблематично даже упомя- нуть все многообразие исследований по этой теме. Напомним лишь, что реализация в гео- среде того или иного сценария или механизма деформирования, а, как следствие, и способа релаксации напряжений, особенностей пере- хода разрушений в закритическую (катастро- фическую) стадию (в режим с обострением, согласно терминологии нелинейной динамики) определяется в конечном счете уровнем и ско- ростью подводимой энергии и топологией де- фектов на каждом пространственном масшта- бе. При этом присущая многим сейсмическим явлениям масштабная инвариантность оче- видно связана с масштабно-инвариантными свойствами процессов разрушения, что, в принципе, дает дополнительные возможности их использования для прогноза сейсмичности [Зосимов, Лямшев, 1995]. Ввиду сложности проблемы сосредоточим далее внимание на ее частном аспекте, а имен- но: что нового дают идеи и подходы нелиней- ной динамики и изучение особенностей и ме- ханизмов формирования очагов разрушения в геосреде для теоретического обоснования и экспериментальной реализации мониторинго- вых наблюдений с целью диагностики сейсмо- тектонических систем. Что для этого необхо- димо и что, возможно, позволит продвинуться в исследованиях по прогнозу сейсмичности (в том числе краткосрочном), а также почему классические подходы оказались не готовыми к решению рассматриваемых многомасштаб- ных задач. Как известно, классические подходы О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 95 оказались приемлемыми лишь для исследова- тельских целей, а при реализации функции контроля, предназначенного для оперативной реакции на критические геодинамические явления, оказались малоэффективными. По этой причине разработка некоего единого под- хода, общего взгляда на эту проблему имеет несомненный методологический и прикладной аспект. О мониторинге и диагностике состояний геосистем. Как известно, все современные методы прогноза эволюции реальных систем базируются на результатах физического мо- делирования и мониторинга реальных процес- сов. В последние годы отмечается появление работ, в которых анализируются особенности эволюционных процессов реальных объек- тов на основе численных решений уравнений метафизики, являющихся физически обосно- ванными моделями этих процессов [Макаров, 2012]. В частности, внимание концентрируется на особенностях и новых возможностях, кото- рые дают идеи и подходы нелинейной динами- ки для решения прикладных задач. Заметим также, что до настоящего време- ни методы прогноза эволюции геоструктур строятся, в основном, на анализе сейсмиче- ских каталогов. В этом контексте понятен по- вышенный интерес к СОК, связанный, оче- видно, с ее универсальными свойствами (в определенных пределах). Стали ясны и эти пределы: стационарность модельной систе- мы, демонстрирующей свойство СОК, имеет место на чрезвычайно длинных временных интервалах, соответствующих десятилетиям эволюции сейсмического процесса, а алго- ритмы прогноза, основанные на адаптивных предвестниках, предсказывают порядка 80 % целевых событий, причем доля тревоги со- ставляет около 25 % [Шаповал, 2011]. Весьма вероятно, это свидетельствует о том, что ин- формация, содержащаяся в сейсмических ка- талогах, является неполной и недостаточной для реального успешного прогноза. В связи с этим высказана идея о необходимости перехо- да от анализа потоков событий (каталогов) к со- вместному анализу многомерных временных рядов, получаемых на большом числе пунктов наблюдения, покрывающих всю сейсмически опасную территорию [Любушин, 2011]. Стало предельно ясно, что предикторы сейсмических событий, обладающие определенной надеж- ностью, вообще говоря, могут быть получе- ны только из теоретических представлений о физике процессов. Но для этого необходимы новые идеи и подходы как при развертывании мониторинговых сетей, комплексирования ме- тодов, так и при анализе их результатов [Шу- ман, 2014а, 2015]. Имеются весомые основания предпола- гать, что геосреда как самоорганизующаяся диссипативная система, оперирующая вдали от термодинамического равновесия, в зависи- мости от скорости, с которой поступает в нее энергия и вещество, может быть представлена в виде автоколебательной системы, в которой реализуются нелинейные пространственно- временные процессы. Оказалось, что про- странственная локализация распределения параметров в ней ведет к локализации процес- са во времени. Весьма существенно, что эво- люция процессов и объектов в литосфере не может рассматриваться за рамками автоволно- вых процессов, являющихся пространственно- временными структурами. Особенность лито- сферы — фрактальность ее комплексов, коге- рентность поведения подсистем, адаптация их ансамблей к энергомассопотоку. Однако такие системы характеризуются не только термоди- намическими параметрами, но и скоростью их изменения во времени и пространстве, опреде- ляющей эти потоки (процессы переноса) и тер- модинамические силы (градиент температуры, концентрации и др.). Типичными для таких иерархических неравновесных систем являют- ся высококоррелированное поведение их под- систем и возникновение длинных причинно- следственных связей. Примечательно, что рас- сматриваемые пространственно-временные структуры со своей временной динамикой в определенных рамках не зависят от началь- ных и краевых условий, носят в определен- ном смысле универсальный характер и под- лежат экспериментальной диагностике. Это пространственно-временные структуры актив- ности, в том числе хаотические, представляю- щие собой импульсы и фронты возбуждения, неустойчивость и взаимодействие которых приводит к установлению в системе самопод- держивающихся колебаний с определенной пространственной конфигурацией. Природа эмиссии — трансформация собственной энер- гии геосреды в различные локально неустойчи- вые состояния, которые, собственно говоря, и становятся источниками излучений различной физической природы. Сейсмическая, сейс- моакустическая и электромагнитная эмиссия литосферы — результат активных процессов, возникающих в результате изменений в орга- низации геосреды и характере связей между В. Н. ШУМАН 96 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 ее различными подсистемами. При этом спон- танное эмиссионное излучение, в отличие от вынужденного, не зависит от внешних воз- действий и определяется только свойствами самой геосистемы. Можно предположить, что и сейсмическое, и сейсмоакустическое, и элек- тромагнитное излучение — это динамический отклик геосреды на пронизывающий ее тепло- вой поток и восходящий поток легких газов из низов литосферы. Существенно, что данное непрерывное из- лучение, регистрируемое в геосреде в чрезвы- чайно широком частотном диапазоне, свиде- тельствует об исключительно высокой энер- гонасыщенности литосферы, а фрактальная структура сигналов дает основание искать механизмы его генерации как некоторого кри- тического неравновесного процесса. Здесь не- обходимо, разумеется, учитывать возможность различного физического содержания процес- сов генерации на разных масштабных уровнях геометрически самоподобной блоковой систе- мы геосреды, причем каждый из ее элементов генерирует последовательность импульсов с различным интервалом следования и простран- ственной конфигурацией со стоячими волнами. Весьма вероятно, что этот спонтанный сейс- моакустический и электромагнитный шум литосферного происхождения может быть истолкован в терминах автоколебаний, сама же структура спектра колебаний определяет- ся масштабами, ограничивающими диапазон проявления фрактальных свойств, и значени- ем спектральной размерности [Кадомцев,1994; Зосимов, Лямшев,1995]. Активность и нелинейность геосреды по- рождает интенсивное взаимодействие эмис- сионных и внешних полей, причем и сейсмич- ность, и сейсмоакустическая, и электромагнит- ная эмиссии являются проявлением метаста- бильного состояния вещества земных недр и обладают высокой чувствительностью к внеш- ним воздействиям. При этом флуктуационно- диссипативная теорема, согласно которой механизм любой диссипации является одно- временно и механизмом рождения флуктуа- ций, связывает флуктуации геосистемы с ее диссипативными свойствами [Кадомцев, 1994]. Как известно, с изменением интенсивности потока энергии и вещества из низов литосфе- ры в рассматриваемой геосистеме происходит качественная перестройка имеющихся дисси- пативных или автоволновых структур. В итоге эмиссионное сейсмоакустическое и электро- магнитное излучение отражает собственную эволюцию геосреды, а его спектр — стадию этой эволюции и зависит от параметров ее структуры. Таким образом, в геосистеме в целом фор- мируется некоторое обобщенное автоволновое поле, самоорганизующееся за счет энергетиче- ских потоков из земных недр и элементарных энергетических полей ее отдельных подсистем и блоков, тесно связанное со строением и дина- микой геосреды и, в частности, с топологией ее межблочной структуры. С этой точки зрения слежение за спектром эмиссий в системе во времени и бифуркациям автоструктур в про- странстве приобретают особую значимость, так как позволяют приблизить и конкретизи- ровать постановку задачи и реализацию гео- физического мониторинга к эксперименталь- ной ситуации. В этом контексте исследование спонтанной эмиссии имеет самостоятельное значение как с точки зрения изучения зако- номерностей и механизмов ее генерации, так и получения информации о свойствах геосреды, условиях ее деформирования и энергообме- на, прогноза эволюции [Шуман, 2012, 2014а,б, 2015]. Заметим также, что сам спонтанный шум в геосистеме, как и шумы внешней природы, выступает в роли конструктивного фактора, вызывающего рост степени когерентности или степени порядка в ней. В этом контексте обратим внимание на эффект стохастическо- го резонанса, определяющего группу явлений, при которой отклик нелинейной динамической системы на слабое внешнее воздействие замет- но усиливается с ростом интенсивности шумов в системе [Анищенко и др., 2010]. Самоорганизованная критичность и сейс- мический процесс. Как известно, термин СОК стал частью физического лексикона и привлек к себе повышенное внимание сейсмологов сра- зу после разработки Баком, Тангом и Визен- фельдом ее первой модели, демонстрирующей это свойство — «куче песка», конус которой при подсыпке формируется в результате сбро- са избыточной массы в лавины [Bak et al., 1987]. Многие полагают, что СОК — первая общая теория сложных систем, базирующаяся на от- носительно развитой математической модели. Ее суть состоит в том, что по мере эволюции нелинейной динамической системы она не- избежно приближается к критической точке (точке бифуркации). Наличие СОК означает стремление системы к метастабильному квази- равновесному состоянию, включая и переход к такому состоянию через катастрофы различ- ных масштабов. О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 97 Очевидно, интерес к СОК связан не только с ее универсальностью и прогнозными свой- ствами (в некоторых пределах), но, вероятно, и с необходимостью понять наиболее общие черты и закономерности в поведении сложных нелинейных динамических систем, обнару- живающих самосогласованное стремление к критическим режимам. Как известно, «пред- почтение», отдаваемое системой критическим режимам, обусловлено, по-видимому, их отно- сительно термодинамической выгодностью: свободная энергия ее ансамблей подсистем понижается при формировании пороговых об- разований. В то же время, как отмечает П. Бак, в модели СОК в своем большинстве «…имеют дело с абстрактными сущностями и их построе- ние и исследование может трактоваться скорее как создание языка, нежели как описание ре- альных систем» [Бак, 2014]. Здесь доминирует парадигма прогнозируемости, основанная на принципе СОК: предполагается, что сейсмо- тектонические процессы могут быть отнесе- ны к классу систем с СОК. Однако на данный момент эффективного критерия обнаружения СОК в системе нет. Обычно переход системы к СОК сопровождается появлением характер- ного «розового» шума (или фликкер-шума) на низких частотах ~f –1. Спектр такого шума примечателен тем, что его спектральная плот- ность (энергия, которая приходится на один герц частоты) с падением частоты ведет себя обратно пропорционально некоторой экспо- ненте с показателем, близким к единице. При этом концепция СОК представляет розовый 1/f шум следствием достижения сложной систе- мой критического состояния, к которому эта система склонна приходить. П. Бак по этому поводу отмечает: «…мы пришли к выводу, что шум 1/f должен быть кооперативным фено- меном, когда различные элементы большой системы действуют вместе каким-то согласо- ванным образом» [Бак, 2014]. Особенность си- стем с розовыми 1/f шумом состоит в том, что значительная часть энергии флуктуаций в си- стеме связана с очень медленными процесса- ми и означает возможность катастрофических выбросов в ней. Но всегда ли розовый шум в системе является достаточно « розовым»? Ведь вопреки предложениям П. Бака, его модель СОК демонстрирует критичность к начальным условиям. Возможно, по этой причине среди некоторых профессионалов отмечается не- сколько неоднозначное, даже настороженное отношение к ней: несмотря на известный про- гресс в исследовании СОК, многие ее актуаль- ные проблемы все еще остаются нерешенны- ми. Переход к неравновесному стационарному состоянию является весьма сложным процес- сом взаимодействия между механизмами са- моорганизации, определяющими ход эволюци- онных процессов, и эффектами динамической релаксации, отражающими роль диссипатив- ных факторов в геосреде.Согласно [Зеленый, Милованов, 2004], явление СОК как сингуляр- ного неравновесного состояния в более расши- ренной трактовке можно понять в контексте фундаментальных физических принципов, в частности принципа наименьшего действия. Для достижения системой такого состояния воздействия на нее должны быть как можно медленными. Именно в этом случае стремле- ние системы к состоянию СОК становится универсальным явлением, не зависящим от специфики системы. Тем самым устанавлива- ется соответствие СОК «…фундаментальным физическим принципам, лежащим в основе современной теории динамических систем» (разумеется, при соответствующих ограниче- ниях по частоте; с увеличением частоты шумы в системе, как правило, темнеют) [Зеленый, Милованов, 2004]. Не удивительно, что прогнозные свойства геосистем с СОК оказались в центре дискус- сий о прогнозируемости сейсмичности. Не- которые исследователи до сих пор продол- жают утверждать о невозможности прогноза систем с СОК, если основываться на законе Гуттенберга—Рихтера, причем его (прогноза) ограниченность заложена в самой природе гео- систем [Захаров, 2014]. Однако, несомненно, существуют некоторые наиболее общие зако- номерности в поведении сложных нелиней- ных динамических систем, обнаруживающих самосогласованное стремление к критическим режимам. В частности, эмпирический анализ указывает на возможность весьма эффектив- ного в определенном смысле прогноза в си- стемах с СОК, а представления о самооргани- зации сейсмического процесса согласуются с предсказуемостью наиболее сильных событий [Шаповал, 2011]. Однако эффективность такого прогноза в реальном времени зависит от ло- кальной нестационарности процесса и является неоднородной, причем стационарность такой модельной системы имеет место лишь на чрез- вычайно длинных временных интервалах, что вполне согласуется с требованием медленности изменений внешних воздействий на геосисте- му. Но, во-первых, требование медленности из- менений в геосистемах не всегда выполняется, В. Н. ШУМАН 98 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 и сколько бы мы ни накапливали информацию об их поведении, всегда найдутся некоторые неучтенные или неизвестные процессы, ко- торые будут сказываться на временах, соиз- меримых со временем изучения системы. Во- вторых, реализация в геосреде того или иного способа релаксации накопленных напряжений и, как следствие, формирование очага сейсми- ческого события определяются как уровнем и скоростью изменений пронизывающих систе- му потоков энергии и вещества, так и тополо- гией дефектов на каждом пространственном масштабе геосреды. Можно предположить, что изучение последствий влияния этих факторов потребует разработки новых моделей, методов и, что не менее актуально, адекватных образов и понятий, единых для неравновесных систем более общего типа, которые, возможно, могут иметь решающее значение для постановки бу- дущих работ. В частности, интерпретируя сейс- мичность как результат устойчивой переходной активности геосреды с конечной плотностью энергетических потоков, имеются весомые основания предположить, что ее описание ока- жется эффективным на уровне переходных мод и метастабильных состояний, обусловленных и связанных с взаимодействием ее подсистем, их синхронизацией и подавлением одних колеба- тельных мод другими. Становятся особенно ак- туальными исследования синхронной динами- ки подсистем или элементов геосреды, влияния шумов на синхронизацию, особенностей пре- вращения одних пространственно-временных структур в другие при изменении параметров геосистемы, «бифуркаций» их пространствен- ных образов. Геосреда и автоволновые процессы. Как уже отмечалось, полученные в последние го- ды результаты обширных теоретических и экспериментальных исследований дают весо- мые основания для физического рассмотре- ния литосферы Земли как пространственно- структурированной существенно многомас- штабной открытой энергонасыщенной геоси- стемы с нелинейной динамикой. Как известно, нелинейная динамика значительно расширила в это время свои рамки. Ее основная задача — поиск закономерностей, по которым функ- ционируют ее отдельные составляющие или подсистемы, и взаимодействуют между со- бой, порождая коллективное, согласованное поведение, т. е. как эти подсистемы эволюци- онируют и самоорганизуются. Показано, что в ансамблях взаимодействующих элементов различной природы можно выделить два взаи- моисключающих друг друга процесса: а) син- хронизацию, в результате которой вырабаты- вается приемлемый для взаимодействующих элементов и подсистем общий ритм активности и б) конкуренции, когда происходит подавле- ние активности одного или группы элементов другим, более энергетически мощным в дан- ный момент элементом или ансамблем. Стало очевидным, что проблема сейсмичности тесно связана с решением ключевых проблем в фи- зике и механике разрушения, причем любой прогноз разрушения в принципе невозможен без учета его многомасштабной иерархиче- ской природы [Панин и др., 2012]. Одна из причин интереса к этому кругу проблем связана с попытками поиска новых экспериментальных возможностей диагности- ки геосистем и их динамических состояний. Ясно, что для их решения и корректной по- становки проблем прогноза разрушения не- обходимы новые идеи и подходы, которые и были сформулированы в рамках нелинейной динамики и механики, физической мезомеха- ники и неравновесной термодинамики. Весьма важно, что при термодинамическом подходе не имеет принципиального значения природа ис- точника напряжений в земной коре. Само же формирование возможного очага разрушения связывается с процессами, снижающими ско- рость диссипации энергии, а следовательно, и скорость роста энтропии в системе. Это — про- цесс, удовлетворяющий в некоторой области открытой неравновесной системы принципу минимального производства энтропии. При этом процесс самоорганизации функциони- рует на принципе минимального производства энтропии (вдали от равновесия), а рождение локальных состояний с низкой энтропией в ко- нечном итоге ведет к ускорению общего роста энтропии всей системы. Заметим, что возникновение диссипатив- ных структур носит пороговый характер, который неравновесная термодинамика свя- зывает с неустойчивостью: новая структура всегда является результатом неустойчивости и возникает из флуктуаций [Кадомцев, 1994]. Диссипативные структуры — это упорядо- ченные и самоорганизованные образования в системах, далеких от равновесия, обладающие определенной формой и характерными разме- рами, устойчивые относительно малых возму- щений. Для своего существования они требуют постоянного притока энергии (энергетической подпитки). Важнейшие их характеристики — время жизни, область локализации и фракталь- О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 99 ная размерность (как известно, диссипативные твердотельные структуры, самоорганизующи- еся в открытых системах, являются фракталь- ными). Их характерные признаки — самоподо- бие, масштабная инвариантность, структурная иерархия. При этом автоволновые процессы являются одним из важнейших факторов са- моорганизации в термодинамически откры- тых неравновесных системах. Существенно, что сами сейсмические события, а также их форшоки и афтершоки связываются с транс- формацией автоволновых структур в диссипа- тивные структуры обострения. Следует упомянуть, что под автоколеба- тельной системой обычно понимают систе- му, в которой происходит преобразование энергии квазипостоянного (неколеблющего- ся) источника энергии в энергию колебаний (осциляторных, близких к гармоническим, и релаксационных или разрывных). Именно эти релаксационные автоколебания с частичным сбросом энергии в виде сейсмоакустических и электромагнитных возмущений изменяют фон регистрируемых естественных полей. Эти эмиссии также обладают ярко выраженными свойствами нелинейных процессов, способ- ностью к периодической самоорганизации и хаотизации, характерному поведению в перио- ды приближения к точке бифуркации и выхо- де из нее. По этой причине в последние годы сейсмоакустическому и электромагнитному шуму придается большое значение как с точки зрения изучения механизмов его генерации и механизмов распространения, так и получения информации о свойствах геосреды, условий ее деформирования и тенденции развития. С этой точки зрения электромагнито- и акусто- сейсмогеодинамика рассматривает природу сейсмичности как результат развития земной коры и всей литосферы с учетом их глубинного строения, иерархически-блочной структуры, напряженно-деформированного состояния и процессов разрушения последовательности катастроф нарастающих масштабов. При этом индикаторами такого крупномасштабного ка- тастрофического события в земной коре, со- гласно работе [Макаров, 2011], могут служить: – замирание деформационной активности в ближайшей окрестности формирующе- гося магистрального разрыва; – генерация в этой зоне формирующегося очага разрушения цугов деформацион- ных фронтов и их концентрации в местах формирующегося разрыва. И все же широкий комплекс вопросов фи- зики сейсмического процесса остается нере- шенным [Гуфельд, Новоселов, 2014]. Очевидно, наиболее трудными из них являются вопросы глубокофокусных землетрясений, очаги ко- торых формируются в мантии, причем даже умеренные оптимистические ожидания в их решении в ближайшей перспективе все еще явно опережают реальный прогресс в этой области исследований. В частности, пока не нашли решения важные вопросы формирова- ния автоколебаний, автоволн и автоструктур в неравновесной диссипативной геосреде, не известны с достаточной полнотой механизмы их пространственной локализации, бифурка- ции их пространственных образов, актуальные с точки зрения развития мониторинговых на- блюдений. Однако рассмотренные идеи и по- лученные на их основе качественные резуль- таты являются определяющими для понимания физики процесса разрушения и могут служить концептуальной основой постановки монито- ринговых наблюдений. Мониторинг и прогноз как проблема физи- ки. Так как для большинства сложных динами- ческих систем, с которыми обычно имеют дело в естественных дисциплинах, вывести какие- либо уравнения непосредственно из общих физических принципов, как правило, не уда- ется, их изучение, особенно при эксперимен- тальных исследованиях, «…часто реализуется посредством обработки сигналов, произведен- ных системой» [Лоскутов, 2010]. Очевидно, на- личие только временных рядов (последователь- ности значений некоторых переменных, кото- рые могут быть зарегистрированы экспери- ментально в непрерывном или дискретном ре- жиме через некоторые промежутки времени) при отсутствии соответствующих уравнений сильно ограничивает возможности изучения системы и прогноза ее динамики. Однако вид- на и привлекательность такого подхода: в этом случае нет необходимости в построении соот- ветствующей модели, описывающей динамику исследуемых рядов [Лоскутов, 2010]. Требуется лишь достаточная «длина» временного ряда и малость шумовой составляющей. Разработан ряд методов прогноза, имеющих целью по из- меренным значениям временного ряда пред- сказать будущие значения этих характеристик, в которых на основе статистического анализа предлагалось использовать авторегрессию, скользящее среднее и др. Но с развитием не- линейной динамики стало ясно, что задача про- гноза значительно более сложна и выходит за рамки этих простых схем. Позднее, уже с уче- В. Н. ШУМАН 100 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 том нелинейной динамики, появились новые практические методы и построен ряд алгорит- мов такого прогноза, в частности, на основе мо- делей «куча песка» (СОК). При этом предска- зуемость рассматривалась как универсальное свойство временных рядов произвольной при- роды — сейсмических каталогов, финансовых индексов на биржах и др. [Шаповал, 2011; Ша- повал, Шнирман, 2011]. Предполагалось также, что все эти системы прогнозируемы благода- ря их колебаниям вокруг критической точки, причем один и тот же алгоритм может быть применен к прогнозу экстремальных событий временных рядов весьма различной природы — сильных сейсмических событий, крахов на биржевых рынках, наступления рецессий и др. [Шаповал, 2011]. Тем не менее, хотя эффектив- ный прогноз сильных сейсмических событий и не противоречит СОК [Шаповал, 2011], их краткосрочный прогноз оказался более слож- ной задачей, чем это вытекает из этих моделей [Гуфельд, Новоселов, 2014]. Что же нового привнесли идеи и подходы нелинейной динамики и физической мезоме- ханики для изучения особенностей и меха- низмов формирования очагов разрушения в литосфере, решения практических задач мони- торинга и прогноза сейсмичности, прежде все- го краткосрочного? Как известно, именно этот прогноз представляет наиболее трудную про- блему, в отношении которой все еще не суще- ствует установившейся точки зрения. В част- ности, как отмечают и Гуфельд, и Новоселов, «…не исключено, что точный краткосрочный прогноз вообще недостижим» [Гуфельд, Но- воселов, 2014]. Но, как уже отмечалось, мож- но выдвинуть и контраргументы. Пессимизм здесь, очевидно, обусловлен сложностью и не- традиционностью задач современной теории нелинейных неравновесных сред, возможно связанный с явлениями структурообразования и их динамикой. Как известно, особый класс неравновесных сред представляют так назы- ваемые возбудимые среды, которые имеют некоторый конечный порог неустойчивости: для процессов структурообразования в подоб- ных средах типично «саморазвитие» структур в пространстве, сосуществование локализо- ванных возбуждений, мультистабильность, развитие пространственно неупорядоченных структур («пространственной» турбулентно- сти) [Гапонов-Грехов, Рабинович, 1987]. В этом контексте сейсмические события в некотором смысле ассоциируются с возбуждением в гео- среде автоструктур большой амплитуды за счет внешнего энергопотока при определенном уровне шумов в геосистеме, а основные про- блемы диагностики и мониторинга, вероятно, связаны с бифуркациями в пространствен- ных ансамблях геоструктур. Следовательно, понимание сейсмического процесса как фун- даментального следствия эволюции системы к состоянию СОК, как это обычно предполагает- ся в большинстве работ этого цикла [Шаповал, 2011; Шаповал, Шнирман, 2011], оказывается весьма стесненным жесткими рамками систем с аномально медленной динамикой. В итоге попытки исследования задачи о прогнозируемости систем с СОК исключи- тельно эмпирически весьма проблематичны. В столь сложной ситуации на передний план в современных мониторинговых системах вы- ходят задачи слежения за спектром шумов в геосистеме и бифуркациями автоструктур. В первую очередь, это слежение за сменой то- пологии автоструктур, их пространственного саморазвития, а также процессами нарастания низкочастотных (мягких мод) в спектре ее шу- мов, который, разумеется, у каждой системы свой [Руманов, 2013]. Становится актуальной задача мониторинга восприимчивости систе- мы (или обобщенной восприимчивости как ха- рактеристики отклика геосистемы на внешние воздействия). Исследования в приближении среднего поля в этой ситуации становятся не- эффективными. Заметим, что здесь мы сталкиваемся с весь- ма нетривиальной проблемой: как отличить фликкер-шум в системе от низкочастотного максимума шумов на нижних частотах, свя- занного с ростом восприимчивости системы в этом диапазоне частот. Весьма существен- но, что этот максимум, в отличие от фликкер- шума, исчезает при удалении параметров си- стемы от точки бифуркации [Руманов, 2013]. При этом спонтанные эмиссии литосферно- го происхождения (и сейсмоакустическая, и электромагнитная), являющиеся отражением собственной эволюции геосреды, спектр ко- торых отражает стадию этой эволюции, обла- дающие ярко выраженной способностью к пе- риодической самоорганизации и хаотизации, характерному поведению при приближении к точке бифуркации и выходе геосистемы из нее, неизбежно оказываются в центре внима- ния современных мониторинговых систем. Несомненно, проблема синтеза геоэлектро- магнетизма и нелинейной динамики, сейсмо- электромагнитных явлений как отражения механизмов пространственно- временной ло- О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 101 кализации и формирования автоструктур — относительно новая и перспективная область геофизических, в том числе мониторинговых исследований. Но именно в этом контексте ста- новится особенно заметной неадекватность су- ществующих методов мониторинговых систем и выбора физически обоснованных параметров слежения. При этом сейсмоэлектромагнитные явления служат чувствительным индикатором процессов формирования очагов землетрясений и процессов разрушения в литосфере. Именно по этой причине, как уже отмечалось, сейсмоэ- лектромагнитному шуму как пространственно- временному феномену в последнее время при- дается самостоятельное значение не только с точки зрения механизмов его генерации и рас- пространения, но, прежде всего, с точки зрения получения информации о геосреде, условиях деформирования и эволюции. Необходимость расширения экспериментальных исследований при таком подходе также очевидна. Заключительные замечания. Подводя итог проведенному анализу, можно заключить, что быстрое развитие во второй половине XX века теории сложных динамических систем, к ко- торым могут быть отнесены и геосистемы, изучение особенностей и механизмов форми- рования очагов разрушения в земной коре в русле идей, подходов и методов нелинейной динамики и физической мезомеханики при- вели к значительному прогрессу в описании процессов формирования очагов землетрясе- ний, вопросов прогнозируемости и прогно- за эволюции конкретных геосистем. В част- ности, исследованы теоретические аспекты прогнозируемости в математических моделях с СОК, демонстрирующих основные, грубые свойства сейсмического процесса. Получены весомые свидетельства того, что предшествую- щие сильным сейсмическим событиям явления (предвестники) существуют. На их основе по- строены алгоритмы среднесрочного прогноза, достаточно эффективно предсказывающего их наступление в реальном времени [Шаповал, 2011]. Установлено, что эволюция процессов и объектов в литосфере не может реализовы- ваться вне рамок автоволновых процессов, являющихся пространственно-временными струк турами. Получены весомые основания того, что реальная геосреда может быть пред- ставлена в виде автоколебательной системы, в которой реализуются нелинейные процессы как в пространстве, так и во времени. При этом в неравновесных средах, как правило, формиру- ются не уединенные автоструктуры, а ансамбли таких структур. Существенно, что, несмотря на широкое разнообразие контекстов, в которых реализу- ется динамика геосистем, существуют общие фундаментальные закономерности поведения, независимые от взаимодействий их локальных элементов и подсистем. Примечательно, что об- щие тенденции их развития и эволюции могут интерпретироваться в терминах сейсмическо- го процесса, а проявляющаяся во временных рядах мониторинговых наблюдений динамика имеет общие черты с реальностью. Тем не менее ключевые вопросы, относящие- ся к формированию очагов сейсмических собы- тий, особенно глубинных, их энергетики, мигра- ции, генерации краткосрочных предвестников и краткосрочного прогноза, все еще остаются открытыми и выглядят в ряде случаев весьма пессимистично или имеют мрачноватые оттен- ки. Остаются весьма актуальными исследова- ния по формированию высокоорганизованных пространственно-временных структур в нерав- новесной, неоднородной геосреде — автоволн и автоструктур, их пространственно-временной локализации и бифуркации их пространствен- ных образов, особенностей отклика геосистем на многочастотные и шумовые воздействия раз- личной интенсивности. Весьма примечательно, что отклик реальных геосистем на эти воздей- ствия оказывается различным в зависимости от условий их самовозбуждения, обусловленного особенностями пронизывающего их энергопо- тока и нетривиальным характером динамики в зависимости от размеров системы. В рассматриваемом контексте наиболее важным из того, что было изложено выше, есть формирование в геосистеме некоторого обоб- щенного автоволнового поля, самоорганизую- щегося за счет энергомассопотока из низов ли- тосферы (земных недр). При этом слежение за спектром спонтанных эмиссий (сейсмической, сейсмоакустической и электромагнитной) во времени и пространственных «бифуркаций» автоструктур, являющихся отражением эво- люции сейсмотектонических систем, порож- дающих сейсмический процесс, а также коор- динированных с ними измерений сейсмоатмо- сферных и сейсмоионосферных возмущений, выходит на передний план экспериментальных исследований в ближайшей перспективе. Весь- ма вероятно, что такой подход к определению целей, задач и способов мониторинга геоси- стем с целью краткосрочного прогноза силь- ных сейсмических событий является не только необходимым, но и неизбежным. В. Н. ШУМАН 102 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 Анищенко В. С., Вадивасова Т. Е., Стрелкова Г. И. Автоколебания динамических и стохастиче- ских систем и их математический образ — ат- трактор. Нелинейная динамика. 2010. Т. 6. № 1. С. 107—126. Бак П. Как работает природа. Москва: Книжный дом «Либроком», 2014. 276 с. Гапонов-Грехов А. В., Рабинович М. И. Нелинейная динамика неравномерных сред: структуры и турбулентность. Успехи физ. наук. 1987. Т. 152. Вып. 5. С. 159—162. Гульельми А. В. Форшоки и афтершоки сильных землетрясений в свете теории катастроф. Успехи физ. наук. 2015. Т. 185. № 4. С. 415—429. Гуфельд И. Л., Новоселов О. Н. Сейсмический про- цесс в зоне субдукции. Мониторинг фонового режима. Москва: Изд. МГУЛ, 2014. 100 с. Захаров В. С. Самоподобие структур и процессов в литосфере по результатам фрактального и дина- мического анализа: Автореф. дис. … д-ра геол.- мин. наук. Москва, 2014. 35 с. Зеленый Л. М., Милованов А. В. Фрактальная тополо- гия и странная кинетика: от теории перколяции к проблемам космической электродинамики. Успехи физ. наук. 2004. Т. 174. № 8. С. 810—851. Зосимов В. В., Лямшев Л. М. Фракталы в волновых процессах. Успехи физ. наук. 1995. Т. 165. № 4. С. 361—401. Кадомцев Б. Б. Динамика и информация. Успехи физ. наук. 1994. Т. 164. № 5. С. 449—530. Лоскутов А. Ю. Очарование хаоса. Успехи физ. наук. 2010. Т. 180. № 2. С. 1305—1329. Любушин А. А. Прогноз Великого Японского зем- летрясения и сингулярности сейсмического шума. http://www.seismicweather.com./down loard/ Russian nature journal.pdf.2011. Список литературы Макаров Н. В. Возможности современных методов геомеханического моделирования в приложении к задачам наук о Земле. Москва: Изд. МФЗ РАН, 2012. 14 с. Панин В. Е., Егорушкин В. Е., Панин А. В. Нелинейные волновые процессы в деформируемом твердом теле как многоуровневой иерархически органи- зованной системе. Успехи физ. наук. 2012. Т. 182. № 12. С. 1351—1357. Руманов Э. Н. Критические явления вдали от рав- новесия. Успехи физ. наук. 2013. Т. 183. № 1. С. 103—112. Шаповал А. Б. Вопросы прогнозируемости в изо- тропных моделях с самоорганизованной кри- тичностью: Автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук. Москва, 2011. 35 с. Шаповал А. Б., Шнирман М. Г. Универсальность алго- ритмического прогноза экстремальных событий временных рядов. Информационные технологии и вычислительные системы. 2011. № 4. С. 58—65. Шуман В. Н. Нелинейная динамика геосреды: пере- ходные процессы и критические явления. Гео- физ. журн. 2014а. Т. 36. № 6. С. 129—142. Шуман В. Н. Нелинейная динамика, сейсмичность и аэрокосмические зондирующие системы. Гео- физ. журн. 2015. Т. 37. № 2. С. 38—55. Шуман В. Н. Сейсмический процесс и современные мониторинговые системы. Геофиз. журн. 2014б. Т. 36. № 4. С. 50—64. Шуман В. Н. Электромагнитная эмиссия литосферы: всегда ли мы адекватно трактуем то, о чем как буд- то знаем? Геофиз. журн. 2012. Т. 34. № 2. С. 4—19. Bak P., Tang C., Wiesenfeld K., 1987. Self-Organized Criticality: an Explanations of 1/f Noise. Phys. Rev. Lett. 59, 381—384. On conceptual grounds of diagnostics and monitoring of geosystems © V. N. Shuman, 2015 Within the trend of ideas, methods and approaches of nonlinear dynamics basic features of geo-systems are being considered on high-quality level. It is noticed that evolution of processes and objects in lithosphere cannot be realized outside the limits of self-wave processes, which are spatial-temporal structures. It is remarkable that general trends of evolution of geo-systems can be interpreted in terms of geo-seismicity. We mean formation in geo-system of some generalized self-wave field, which is self-organized at the expense of energy and matter flows from the depth of О КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВАХ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ГЕОСИСТЕМ Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 103 References Anishchenko V. S., Vadivasova T. E., Strelkova G. I., 2010. Self-sustained oscillations of dynamical and stochastic systems and their mathematical image — an attractor. Nelineynaya dinamika 6(1), 107—126 (in Russian). Buck P., 2014. How does nature. Moscow: Book House «Librokom», 276 p. (in Russian). Gaponov-Grekhov A. V., Rabinovich M. I., 1987. Nonli- near dynamics of nonequilibrium media and turbu- lence. Uspekhi fizicheskikh nauk 152(is. 5), 159—162 (in Russian). Guglielmi A. V., 2015. Foreshocks and aftershocks of strong earthquakes in the catastrophe theory. Uspe- khi fizicheskikh nauk 185(4), 415—429 (in Russian). Gufeld I. L., Novoselov O. N., 2014. Seismic process in the subduction zone. Monitoring the background. Moscow: MSFU Publ., 100 p. (in Russian). Zakharov V. S., 2014. Self-similarity of structures and processes in the lithosphere by the results of the fractal and dynamic analysis: Abstract Dis. Dr. geol.- min. sci. Moscow, 35 p. (in Russian). Zelenyy L. M., Milovanov A. V., 2004. Fractal topo- logy and strange kinetics: from percolation theory to problems in cosmic electrodynamics. Uspehi fizicheskih nauk 174(8), 810—851 (in Russian). Zosimov V. V., Lyamshev L. M., 1995. Fractals in wave processes. Uspehi fizicheskih nauk 165(4), 361—401 (in Russian). Kadomtsev B. B., 1994. Dynamics and information. Us- pehi fizicheskih nauk 164(5), 449—530. (in Russian). Loskutov A. Yu., 2010. Fascination of chaos. Uspehi fizicheskih nauk 180(2), 1305—1329 (in Russian). Lyubushin A. A., 2013. Forecast Great Japan Earthquake and singularity of seismic noise. http://www.seismic- weather.com./down loard/Russian nature journal. pdf.2011. (in Russian). Makarov N. V., 2012. Capabilities of modern methods of geomechanical modeling as applied to the Earth science. Moscow: IPE RAS Publ., 14 p. (in Russian). Panin V. E., Egorushkin V. E., Panin A. V., 2012. Non- linear wave processes in a deformable solid as in a multiscale hierarchically organized system. Uspehi fizicheskih nauk 182(12), 1351—1357 (in Russian). Rumanov E. N., 2013. Critical phenomena far from equi- librium. Uspehi fizicheskih nauk 183(1), 103—112 (in Russian). Shapoval A. B., 2011. Questions predictability in isotro- pic models with self-organized criticality: Abstract Dis. Dr. geol.-min. sci. Moscow, 35 p. (in Russian). Shapoval A. B., Shnirman M. G., 2011. Universal algo- rithmic forecast extreme events time series. Infor- matsionnyie tehnologii i vychislitelnyie sistemy (4), 58—65 (in Russian). Shuman V. N., 2014a. Nonlinear dynamics of geomedi- um: transitional processes and critical phenomena. Geofizicheskiy zhurnal 36(6), 129—142 (in Russian). Shuman V. N., 2015. Nonlinear dynamics, seismic sounding and aerospace systems. Geofizicheskiy zhurnal 37(2), 38—55 (in Russian). Shuman V. N., 2014b. Seismic processes and advanced monitoring system. Geofizicheskiy zhurnal 36(4), 50—64 (in Russian). Shuman V. N., 2012. Electromagnetic emission of litho- sphere: Do we adequately interpret what seemed to know? Geofizicheskiy zhurnal 34(2), 4—19 (in Russian). Bak P., Tang C., Wiesenfeld K., 1987. Self-Organized Criticality: an Explanations of 1/f Noise. Phys. Rev. Lett. 59, 381—384. the earth. Urgency of studies of synchronous dynamics of subsystems or elements of geo-medium, influence of noise on synchronization is being noticed. It is noteworthy that in this context tracking the spectrum of spontaneous seismic-acoustic and electromagnetic emission of lithosphere origin temporally and of spatial «bifurcations» of auto-structures which reflect evolution of seismic-tectonic systems producing seismic process become the first-rate task of modern experimental studies. It is probable that such an approach to formulation of aims, objects and ways of monitoring of evolution of geo-systems is not only necessary but inevitable because it allows to bring it nearer to experi- mental situation. Key words: geosystems, autowave processes autostructures spontaneous emission monitoring.

Ähnliche Einträge