11.9. Географическая информация с геосистемной точки зрения

Информация в целом – это способность одного компонента или подсистемы влиять на другие компоненты или подсистемы через прямые и обратные связи и отношения между ними. Информация – это часть объективного мира, которая не является ни веществом, ни энергией. Но вещественные и энергетические потоки способны быть одновременно носителями информации.

Информация с материально-энергетических позиций отличается тем, что малые энергетические (или вещественные) влияния способны вызывать значительные изменения в геосистеме. Тем самым, они как бы противоречат первому начала термодинамики (принципу сохранения вещества и энергии). Это противоречие возникает за счёт:

а) сродства взаимодействующих геосистем;

б) наличия в сложных самооргани зованных геосистемах своеобразных "спусковых механизмов", то есть особенной структуры геосистемы, на которую оказывается влиянию, её подготовленности воспринимать информацию и вести себя в ответ определённым образом;

в) неустойчивых состояний, свойственных открытым системам.

Примеры: 1. Малые изменения содержания СО₂ (в стотысячных частях по массе – ppm) - приводят к колоссальным изменениям в тепловом режиме биосферы, т.к. действуют через «механизм» парниковой системы.

2. Изменения водородного показателя среды рН регулируют гигантские потоки вещества : одни вещества становятся подвижными мигрантами, другие "замирают", депонируются, теряя подвижность и активность.

3. Геологи, геоморфологии, геофизики пользуются сигналами, которые исходят из недр, для изучения земной коры косвенными методами, поиска полезных ископаемых, прогнозов геофизических явлений и тому подобного.

ожение № 2).

Таким образом, в общем случае, разнообразие можно трактовать как одну из форм отображения реального мира, при которой подразумеваются следующая схема:

1) окружающий мир воспринимается человеком как явления природы;.

2) явления воспринимаются человеком через измеримые им переменные;

3) явления по тем или иным критериям сортируются в сознании человека в определенные более или менее однозначно соотносимые с ними образы или классы (кластеры), состояния явлений или диапазон их варьирования;

4) вводятся некоторые способы измерения или оценки, опирающиеся на подсчет числа классов, частоты их встречаемости или масштаба диапазона и распределения переменных.

С другой стороны, всеобщность понятия разнообразия, безусловно, определяет какую-то его прагматическую значимость, интуитивно воспринимаемую большинством как важное свойство объектов, их активности и, в частности, используемых ими ресурсов и среды, создаваемой ими продукции.

Чтобы содержательно использовать это понятие, необходимо в явном виде интерпретировать его фундаментальный и прагматический смысл.

Прагматический аспект разнообразия можно в наиболее полной форме воспроизвести на примере мозаики (как формы изобразительного искусства) и детского конструктора, (как модели любого инженерного сооружения). Мозаика и конструкторы состоят из деталей (patches), то есть множества дискретных, вполне различимых элементов. Каждый элемент описывается некоторыми свойствами. В мозаике это три независимые переменные: цвет, размер, форма. В конструкторах число переменных, характеризующих детали, существенно больше, что, однако, не меняет сути дела.

Целевой функцией как мозаики, так и конструктора является создание некоторых осмысленных картин или конструкций, которые, так или иначе, несут некоторое прагматическое содержание. Художник, использующий изобразительные средства мозаики, создает полотна, воспроизводящие некоторые сложные образы и через эстетические эффекты, действующие на психическое состояние людей.

Очевидно, что сложность мозаичной картины, полнота отображения воспроизводимого объекта, её эстетический эффект при всех прочих условиях зависит от разнообразия исходных деталей. Чем больше градаций цвета, чем больше градаций размеров и форм, тем с большей точностью можно из дискретных элементов создать полотно с малоразличимыми границами, с полной цветовой гаммой переходов, с отсутствием незаполненных щелей или лакун. Из этого мысленно воспроизводимого эксперимента с полной очевидностью ясно, что чем больше исходное разнообразие мозаики или деталей в конструкторе, тем больше можно создать различных по сложности полотен и конструкций с различным функциональным назначением.

Итак, первый смысл разнообразия сводится к созданию возможностей для производства нового разнообразия конструкций (систем) разного целевого назначения. Отсюда вытекает высокий интерес к сохранению разнообразия любых свойств природы, как к сохранению возможностей человека создавать на их основе интересующие его конструкции. При этом само по себе разнообразие не гарантирует качество и функциональное назначение будущих продуктов, а лишь определяет возможность их синтеза.

Из этого примера вытекает еще одно важное отношение: разнообразие деталей порождает разнообразие композиций, которые сами по себе могут рассматриваться как детали «конструкций» более сложного следуюшего уровня. (Например, слог – слово – фраза – абзац и т. д.) Из этих простых моделей с полной очевидностью вытекает иерархичность организации метасистемы, конструируемой на основе исходного разнообразия атомарных элементов. При этом важно отметить, что разнообразие картин будет заведомо больше разнообразия свойств исходной мозаики. Таким образом, возможное разнообразие при переходе от одного уровня к другому при неограниченном числе деталей не уменьшается, а, напротив, увеличивается.

Если представить в качестве модели создание некоторой мозаичной картины, то становится очевидным, что востребованность элементов с различными свойствами будет не равновероятной. Иначе говоря, детали по каждому свойству образуют ранговые распределения. Не равновероятность представительности, или нужды, в деталях разного типа можно считать, по крайней мере, эмпирическим фактом. В ландшафтоведении они называются доминантами и субдоминантами.

Но в данном случае может быть более интересно значение «редкостей». Без редкостей оказывается невозможным создать наиболее сложные конструкции. Если из конструктора утерять наиболее обычную деталь, то возможности конструирования изменятся очень слабо, но если утерять редкую деталь (например, одно колесо из 2, 4, 8), то создать целый тип конструкции будет невозможно. Так же точно, без редких и уникальных урочищ нельзя в полной мере воссоздать ландшафт. Они являются теми диагностическими объектами, которые служат для установления возраста или тенденции саморазвития.

Этот простой пример показывают глубокую прагматичность всех действий, С примитивной, утилитарной точки зрения вызывает удивление и легко доказуема бессмысленность сохранения какого-то редкого вида, например тигра или комара, какой-то пещеры, архитектурного памятника, или груды его обломков, полностью утерявших свой функциональный смысл и т. п. Так же точно «хорошему» хозяйственнику кажется нелепым сохранить степной курган древних кочевников – выгоднее сровнять его до основания и меть ровное, ухоженное поле. Или, как говоря, «чешутся руки» вырубить куртину кустарника посреди поля – чтобы не портил пейзаж и не служил прибежищем мышей и насекомых, ит.п. И недавняя история земоеустройства сполошь и рядом содержала такие действия, которые, казалось бы, совершенно оправданны. Все доводы о возможной собственной полезности этих объектов легко устраняются величиной затрат на их сохранение. Однако адаптивное поведение, исторический опыт человека заставляет его прилагать все усилия для сохранения редкостей, как для сохранения возможной сложности будущих конструкций.

Существует, по-видимому, еще один аспект важности сохранения уникальностей. Если, опять же, рассматривать окружающий мир как некий конструктор, то редкости становятся важными индикаторами наших способностей сколь угодно длительного использования его разнообразия и, соответственно, собственного выживания. Отсюда следует, что способность сохранять редкости, уникальности – это и есть индикатор собственной жизнеспособности или, иначе говоря, устойчивости. Если эти простые демонстрации убедили читателя в функциональном смысле представления о разнообразии и, более того, в неизбежном существовании некоторых правил его организации (иерархичность, ранговость распределений разнотипных элементов), то его последующие действия с разнообразием станут более осмысленными и, самое главное, ответственными.

При всем этом возникает естественный вопрос: коль скоро разнообразие является столь общим понятием, то какие фундаментальные свойства мира оно отражает и как оно связано с другими фундаментальными представлениями об его организации, такими как энергия, действие, температура, давление и т. п.? Ответ на этот вопрос позволит рассматривать разнообразие как одну из физических переменных мировой системы, находящуюся в определенном отношении с другими фундаментальными переменными. Если такое рассмотрение возможно, то многие пространственно-временные изменения разнообразия и возможности использования его для обеспечения собственной устойчивости человеком могут быть описаны и представлены на основе общесистемных, фундаментальных, а не чисто эмпирических представлений.

 Понятие разнообразия соотносимо с системами, рассматриваемыми как статистические ансамбли, состоящие из множества элементов. Соответственно, не важно, кем и какого класса элемент может быть случайным образом выбран из некоторого множества, важно то, что всегда существует неопределенность выбора, которая легко измерима. Неважно, кто осуществляет этот выбор, человек, животное, растение или вообще природа. Важно, что результат выбора уменьшает неопределенность и, соответственно, создает информацию. Под словом «выбор», в данном случае, понимается не обязательно какой – либо активный целенаправленный процесс. Любое движение в пространстве-времени по некоторой, в том числе и случайной, траектории любого объекта подпадает под понятие выбора, и с этих позиций этот выбор уменьшает априорно существующую неопределенность и получает информацию. Неопределенность движения в ансамбле частиц – это и есть энтропия как мера количества информации S [Хазен,1998].

Энтропия и/или информация есть физическая, материальная переменная, в полной мере сопоставимая с физическими переменными, введенными Гиббсом (температура, фазовое состояние, химическое состояние, давление и объём).

На интуитивном уровне «понятию информация» можно поставить в соответствие понятие «условия среды». Хотя сами эти условия не участвуют в процессах вещественно-энергетических обменов, но они существенно влияют на их ход и величину диссипации вещества и энергии. В материальности «условий среды» трудно усомниться, а то что условия среды предоставляют возможность выбора конкретного её состояния из множества существующих, позволяет ставить знак равенства между понятием «условия среды» и информацией-энтропией. Таким образом, понятие «разнообразие» естественно и традиционно связывается с энтропией и информацией.

В приведённых примерах и других подобных случаях говорят о сигнально-информационных взаимодействиях: энергия влияния очень мала по сравнению с процессом-реакцией, который она определяет. Таким образом, влияние – это сигнал, который влияет на энергетический или вещественный поток, будучи с ним несопоставимым по мощности). Сигнал выражается в информационных (а не энерго-массовых) процессах. В частности, сигналы не подчиняются принципу сохранения, обязательному для потоков вещества и энергии.

Говорят также о нелинейности взаимодействий, так как соотношение между величиной влияния и реакцией геосистемы может быть самим разным и зависит от структуры системы. Большие энергетические потоки часто не вызывают особенных изменений в геосисте-мах, в то время как малые флуктуации могут быть разрушающими, то есть в них имеет место несоответствие между энергией влияния и энергией реакции.

С геосистемных позиций информация – это способность геосистемы отображать в себе (в своей структуре и реакциях) структуру другой геосистемы. Главное – не в количестве переданной энергии, а в эффективности передачи и качестве воссоздания структуры.

Благодаря сигнально-информационным взаимодействиям, процессы в геосистемах приобретают большое разнообразие, некоторую непредсказуемость поведения и обретают способность к спонтанным бифуркациям.

Эти взаимодействия, связи и отношения представляют основу управления, потому что позволяют эффективно использовать малые энергетические влияния для приведения в движение больших масс вещества и потоков энергии. Фактически сигналы позволяют использовать скрытую, но подготовленную для использования энергию.