Нелинейные системы могут характеризоваться неадекватной реакцией на воздействия, в частности наличием парадоксально сильного отклика среды на слабые внешние воздействия. Очень важно, что в природных системах мы часто сталкиваемся с многими переменными во времени ритмами, причем в разных сферах и в разных регионах Земли выраженность и временная устойчивость этих ритмов разная.
Среди многих проблем, связанных с развитием процессов во времени, ключевой считается проблема прогнозирования. Серьезным препятствием на пути ее решения часто является наличие во временных рядах данных перестроек и бифуркаций.
В работах приведены многочисленные примеры многообразия ритмов — их проявлений, выраженности, смен одних ритмов другими. Есть очень ярко выраженные ритмы, например годовой ритм в вариациях гидрологических параметров для водоемов (рис. 1.2); временные вариации плотности нефти, наоборот, очень хаотичны (рис. 1.3), их спектрально-временная структура мозаична и неустойчива. Часто ритмы можно выявить только при специальной обработке. Во многих случаях те или иные временные вариации трудно объяснимы, и приходится констатировать лишь их наличие.
Рис. 1.2. Фрагменты временных рядов гидрологических параметров: изменения уровня оз. Сарез и расхода воды в реках, втекающих и вытекающих из озера по данным разных водомерных постов
Годовой ритм выражен очень ярко. В то же время графики имеют индивидуальные особенности.
Рис. 1.3. Временные ряды плотности нефти по данным скважин № 3 (а) и № 5 (б) на Дубровской площади в Белоруссии
Основные причины ритмических геодинамических процессов заключаются в воздействии на горные породы внутренних тектонических сил и различных внешних факторов. К внешним воздействиям относятся, в частности, гравитационные приливы, гео- и гелиомагнитные поля, изменения скорости вращения Земли (возможно, сезонные), а также воздействия антропогенного характера. Объекты, которые вызывают такие воздействия, по аналогии с биоритмологией будем называть времядатчиками.
Среди ритмов, которые наблюдаются в геофизике, выделяются следующие: 0.5, 1, около 13, около 27 суток, 1, 2-3, 5-6, 10-12, 18-20 лет и другие. Можно утверждать, что в геофизических процессах происходит синхронизация ритмов в Земле и/или в ее фрагментах с внешними ритмическими факторами — времядатчиками. Однако в твердой Земле нет таких же по контрасту воздействий времядатчиков, как, например, суточный (циркадианный) ритм в медицине.
В медицине есть понятие системообразующего ритма — циркадианного (суточного) ритма. При сильных стрессовых воздействиях на человека может наступить десинхронизация, под которой понимают рассогласование ритмов организма с ритмами окружающей среды с последующим рассогласованием различных ритмов в самом организме. Подобные явления происходят, например, при работе в ночную смену, при смене временных поясов, в условиях космического полета и т.п. В этих случаях происходит обычно десинхронизация циркадианного -суточного — ритма.
Десинхронизация может произойти и при других стрессовых нагрузках: например, при испуге, шоковых событиях и т. д. Существует понятие ресинхронизации какого-либо ритма; пример такого явления — это восстановление нормального сердечного ритма после воздействия электрическим разрядом. В медицине есть также понятие «десинхроноз» — неблагополучие организма, патологический синдром, сопровождающий десинхронизацию циркадианных ритмов. Возможно, аналог десинхроноза существует не только в медицине, и мы в этой книге остановимся на этом. Можно предположить, что таким аналогом может быть, например, смена сейсмического режима после сильного землетрясения.
По-видимому, к системообразующим ритмам в медицине можно отнести также и годовой, и (в меньшей степени) недельный ритмы. Похоже, что такие же системообразующие ритмы характерны и для процессов в атмосфере Земли, когда в течение суток и года происходят заметные ритмические вариации температуры, освещенности и давления. Что же касается твердой Земли, то в рассматриваемых нами здесь временных масштабах (годы и десятилетия) такие аналоги динамически менее выражены.