Лаборатория самоорганизации геосистем (до 2000 г. - лаборатория проблем устойчивого развития) была образована в 1994 году. Исследования лаборатории направлены на изучение закономерностей и особенностей самоорганизации экосистем и социально-экономических систем в процессе их взаимодействия.

        В последние десятилетия отмечается заметный рост интереса научной общественности, и даже не искушенных в научных исследованиях людей, к научно-методологической проблеме с завораживающим названием «синергетика».

        Словом “sinergeia” натурфилософы Древней Греции обозначали такое сочетание различных факторов, при котором сила их совместного действия возрастает (или уменьшается, и такое возможно) в большей мере, чем при простой сумме складывающихся факторов, свойств, действий.

        Только методология синергетики позволяет дать исчерпывающее объяснение известному выражению «Хотели как лучше, а получилось как всегда». Обычно обещающие сделать лучше суммируют в своих политических программах положения, законы, законные и подзаконные акты, которые в результате нейтрализуют (демпфируют) развитие процесса к объявленной цели. Получается как всегда – обратный ожидаемому процесс и результат.  Особенно это касается людей, малоискушенных в прикладных вопросах управления, страдающих политическим инфантилизмом, существенно упрощающих/усложняющих систему и не учитывающих объективно происходящие процессы самопроизвольного суммирования факторов, которое, собственно, и приводит к неожиданным результатам.

        В настоящее время синергетика закономерно вышла на уровень носителя новой парадигмы, предполагающей научную интерпретацию разнообразных знаний, полученных человечеством за все время познания им материального мира.  Синергетика – единственная из всех наук, призванная вести исследования в пограничных областях знаний, направленных на выявление закономерностей самопроизвольного образования и разрушения упорядоченных пространственно-временных структур. Это общепризнанно. Но, кроме того, синергетику с полным правом можно отнести к науке телеологической направленности исследований, науке, изучающей процессы целесообразной самоорганизации структур. В этом она опирается на теоретические достижения кибернетики.

        Под синергетикой геосистем мы понимаем научное направление, изучающее взаимодействие естественным образом формирующихся устойчивых целостных структур природной среды, каковыми являются: Земля – как самоорганизующееся космическое образование в Солнечной системе; ландшафты – сообщества растительности и животных, вместе с геосферными оболочками образующие экосистему Земли (дом, в котором живет и развивается все живое); человеческое общество, состоящее из целостных структурных образований различного ранга и соподчинения (государства, сообщества, предприятия и др.). Синергетика геосистем призвана исследовать механизмы неаддитивного суммирования (кооперации) разнородных систем и элементов и формирования новых целостностей, обладающих свойствами, не характерными для составляющих данную структуру частей (явление эмерджентности - emergence– возникновение нового).

        Исследования, использующие методологию синергетики, направлены на раскрытие не только причин самопроизвольного кооперирования и взаимодействия элементов, факторов или объективных явлений, но и того, как можно для достижения определенных целей искусственно соединить элементы в сложные структуры.

        Цели исследования лаборатории:

  1. Разработка концептуальных основ самоорганизации геосистем: спонтанно формирующихся структур, включая социально-экономические.
  2. Изучение механизмов взаимодействия экосистем (в том числе систем косной среды) и социально-экономических систем, как операционально замкнутых целостных структур.
  3. Оценка энергетической  эффективности функционирования социально-экономических систем, как части геосистемы.
  4. Разработка способов картографического отображения динамики геосистем.

        В основе научной идеологии исследований лежит выявленная нами закономерность, изложенная в монографиях (Поздняков, 1988, 1998, 2005) и в статьях (2000 – 2006).

        Общие закономерности самоорганизации геосистем

        В результате изучения динамики природных объектов различного происхождения, обобщения и интерпретации фактического материала, нами разработаны (Поздняков, 1988 - 2006) методологические подходы к описанию геосистем (GS), имеющие принципиальное значение в объективном отображении их динамики. Суть состоит в том, что самоорганизующиеся GS представляют собой парные образования: если формируется система Х, то вместе с ней  формируется и ее сателлит – система Y. Для нее система Х поставляет энергию и выполняет функции «дома» – определяет пространственные границы развития и время существования. Данный методологический подход  позволяет описывать динамику гетерогенных GS в их взаимодействии. Мною были выделены  два типа потоков вещества, энергии и информации (MEI) – F- и D-потоки. F-поток – энергия, изымаемая из среды и накапливаемая GS “X” для себя (см. рисунок), она используется для самосохранения и развития. Энергия в D-потоках – это энергия, вынужденно отдаваемая системой «Х» ее сателлиту GS “Y” (или отбираемая им у GS «X»), необходимая ему для собственного развития. Естественно, что и GS ”Y” переводит получаемые МЕI в новую форму и вынужденно отдает часть ее какой-то другой системе “Z”. Однако Подпись:  для исчерпывающей динамической характеристики системы «Х» учитывать данное обстоятельство нет необходимости, если не ставится специальная задача.  Принципиально важным является внутреннее содержание GS «Х»: сколько и в какой форме она отдает энергию системе “Y” (т.е. каков расход MEI в  D-потоке).

        Методологически важно иметь в виду, что F-поток формируется на среде, но при этом для исследователя не является определяющим, какая из совокупности геосистем, составляющих среду, выполняет функции производителя энергии для «Х». Особенно значимыми являются форма вещества и энергии, их количество и степень упорядоченности, опосредованно характеризующие степень структурной организованности системы (чем она выше, тем больше способность GS к использованию рассеянной энергии). Методологически важным является и то, что F-поток характеризует систему как энергетический «ресурс», а D-поток эту же систему характеризует как «потребитель». Поэтому рост размеров системы «Х↔Y» асимптотически затухает, так как прирост величины расхода энергии (∆qi) в D-потоке стремится к таковой (∆qj) в F-потоке. В результате система развивается в направлении  к состоянию динамического равновесия, характеризующемуся постоянством энтропии и, что самое главное, способностью к обратимости – свойством восстанавливать состояние динамического равновесия, если оно нарушается.

        Развитие геосистем является циклическим. Цикл состоит из трех стадий:

        1 – начальный, переходный  режим формирования, когда система, накапливая MEI,  растет, а энтропия системы уменьшается;

        2 - установившийся, или динамически равновесный период, когда система «ресурс-потребитель»  находится в режиме согласованного автоколебания, не выходящего по амплитуде и частоте за некоторые границы. Динамически равновесное состояние развития системы в целом является детерминированным в том отношении, что оно объективно, и   суммарное количество MEI внутри системы в течение времени меняется незначительно, в среднем оставаясь величиной  постоянной. При этом устанавливается баланс (динамическое равновесие) в количествах вещества и энергии, энтропии и негэнтропии, выделяемых системой в среду и потребляемых из среды;

        3 - переходный период на спаде развития системы, когда она начинает разрушаться или видоизменяться в силу прекращения поступления MEI или при поступлении их в виде неупорядоченного по расходам потока. При этом количество запасенных MEI внутри системы убывает, расход их в D-потоке превышает таковой в F-потоке, а энтропия системы растет.

        Таким образом, характеристика системы Х(t) (например, по объему накапливаемой энергии) пропорциональна разнице усваиваемой ею энергии Ех  и расходуемой в D-потоке энергии Ey для системы Y(t):

        dX(t)/dt=Ex(t,X)-Ey(t,X)

        Отметим важные особенности взаимоотношений систем X и Y.

        1. Существует предел развития системы Х, определяемый емкостью занимаемой ею части среды, в пределах которой развивается данная система. По мере заполнения емкости уменьшается прирост усваиваемой системой энергии в F-потоке: ∆qi(t) →0.

        2. Пределом развития Y-системы является емкость Х-системы. Поэтому прирост энергии в Y-системе  стремится к таковому в X-системе (∆qj(t) →∆qi(t)).

        Согласно изложенной закономерности, составляющие систему X↔Y элементы (подсистемы) находятся в функциональной зависимости от самих регулируемых характеристик. Система Y всегда стремится по своей величине к X, и, по существу, ее величина выступает в качестве обратной отрицательной связи, замедляющей и стабилизирующей рост вещества, энергии и информации в системе X↔Y, приводящей к некоторой динамически равновесной величине, мало меняющейся в течение времени. По этим причинам самоорганизующиеся системы относятся к числу автоколебательных операционально замкнутых структур.

        Опираясь на изложенные выше положения и рассматривая механизмы формирования различных целостных систем, можно констатировать, что в развитии всех материальных (и даже абстрактных) самоорганизующихся сложных структур одновременно протекают два процесса: интеграция и аккумуляция вещества, энергии и информации и формирование потока диссипации MEI (формирование хаоса). При этом любая целостная система обладает имманентно присущим ей свойством целесообразности, состоящей в спонтанном и закономерном стремлении к достижению равновесия: динамически подвижного, в виде так называемого равновесного режима, если Q(M,t)>0;  или статического при условии q(M, t)=0.

        В уравнении, описывающем динамику систем, слагаемые  в правой части находятся в функциональной зависимости от самих регулируемых характеристик систем, и так как второе слагаемое всегда стремится по своей величине к первому слагаемому, то эта функциональная зависимость, выступая в качестве обратной отрицательной связи, замедляет рост вещества, энергии и информации в системе, приводит их массу к некоторой динамически равновесной величине, мало меняющейся в течение времени. Система переходит в разряд самоорганизующихся – единственно способных к увеличению своей упорядоченности за счет изъятия вещества, энергии и информации и порядка (негэнтропии) из среды.

        Спонтанное стремление к равновесию в процессе самоорганизации сложных структур очень ярко проявляется в геоморфодинамике, и не только на Земле, но и при формировании планет (Поздняков, 2003).

        В лаборатории работают 11 научных сотрудников, 7 из них – дипломированные; кроме того, трудятся над кандидатскими диссертациями 3 аспиранта. Среди научных сотрудников подавляющее большинство (9 человек) – молодые специалисты, подающие надежды в плане научных достижений.