Известно, что человечество в конце 20-го века вступило в новый период своей истории - период интенсивного развития. На это существуют определенные причины: ограниченность природных ресурсов и загрязнение окружающей срелы. В связи с этим возникает ряд вопросов:

1. Каков критерий интенсивного развития?

2. Каковы причины, вынуждающие человечество идти по этому пути?

3. Какова роль природной среды на этом этапе эволюции?

4. Сменится ли прогресс на регресс в связи с истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды, потеплением атмосферы и т.д.?

Очевидно, что качественный подход к разрешению ряда таковых вопросов не годится из-за недостаточности количественного подхода. Поэтому для того, чтобы дать обоснованный ответ на предыдущие вопросы необходима разработка количественной теории эволюции. Попытаемся получить общую концепцию функционирования ноосферы с этой точки зрения.

Жизнедеятельность практически всех больших сложных систем (биологических, экологических, социальных) сопровождается непрерывным потреблением продуктов "питания" (вещества, энергии, взаимодействие различного рода полей, информации - MEPI), необходимых для их существования. MEPI поступают из внешней среды некоторым способом в виде K - потоков. Сформулируем сущность термодинамического подхода к эволюции ноосферы в виде следующих тезисов (аксиом) [1].

1. К прогрессивно-эволюционирующим системам будем относить открытые системы, неравновесные системы с вторичными процессами. Вторичные процессы не могут протекать сами собой, а реализуются на фоне других (первичных) процессов. Основным процессом будем считать процесс, который выступает в роли источника MEPI, необходимого для протекания вторичного процесса. Благодаря вторичным процессам в открытых эволюционирующих системах непрерывно поддерживается неравновесное состояние по отношению к окружающей среде или к другим системам.

2. Сущность прогрессивной эволюции вторичных процессов - в их увеличении роста коэффициента полезного действия (КПД), а открытых систем - в увеличении неравновесности по отношению окружающей среде и другим системам. Будем считать КПД энергетической характеристикой вторичных процессов: это отношение работы вторичного процесса к подводимой системе энергии.

3. Эволюционирующие системы используют направленные потоки MEPI для своего функционирования. Прогрессивная эволюция на Земле - это такая эволюция, когда потоки MEPI не рассеиваются даром, а производят определенную работу.

4. Противоречия между прогрессивной эволюцией на Земле и вторым началом термодинамики не существует, так как второе начало динамики не отрицает протекания несамопроизвольных (вторичных) процессов на фоне самопроизвольных (основных). Так в любой тепловой машине уживаются два процесса: самопроизвольный переход тепла от нагретого тела к холодному и несамопроизвольное превращение теплоты в работу.

5. Экстенсивное развитие реализуется на основе роста использования вторичными процессами энергии без увеличения КПД, а интенсивное развитие - при росте КПД.

В отличие от работ [1, 2] будем рассматривать потоки K и F обобщенной энергии MEPI (потоки концентрируемой и рассеиваемой энергии). По аналогии с потоками Гельмгольца будем также рассматривать потоки обобщенной энергии в виде: K=F+S, из которых поток F может быть превращен в работу, поэтому он называется свободным потоком, а поток S -нет, за что он называется связанным потоком. Поток K представляется в виде двух потоков, один из них используется для совершения работы, а другой в виде бесполезно рассеиваемой энергии. Можно сделать заключение, что максимальная работа системы, равна уменьшению свободной энергии MEPI, а не полной внутренней энергии; максимальная работа совершается в идеальных, нереальных обратимых процессах.

Основы учения о ноосфере заложены В.И. Вернадским. Хотя это учение успешно развивается, теория ноосфера в конечном счете не создана, даже нет единой концепции этой теории. Недостаточно четко выделены и границы ноосферы: одни авторы считают, что границы ноосферы и биосферы совпадают, другие считают, что граница ноосферы шире границы биосферы. Некоторые авторы считают, что ноосфера еще только формируется, другие же считают, что формирование ноосферы уже закончено. О путях перехода биосферы в ноосферу так же нет единого мнения. Одни предполагают стихийно-вероятностный подход, другие детерминированный подход, основанный на разумно-целесообразной деятельности людей. Имеются в этом плане наиболее два характерных направления идей Вернадского о ноосфере: коэволюция (совместное развитие) природы и общества и переходные процессы биосферы в ноосферу. Коэволюция ноосферы получила широкое распространение за рубежом. Оптимальное развитие согласно теории коэволюции связано с чрезмерным влиянием и воздействиям на природу. Второе направление основано на полезной для биосферы деятельности человека, целенаправленную работу человека по преобразованию природы. Ноосферу можно определить также с точки зрения диалектического материализма о формах движения материи. Заметим, что возникновение высших форм движения материи, появление систем более высоких уровней (в смысле иерархичности), не исключает исчезновение систем более низкого уровня. Системы с низшей формой движения материи могут быть совмещены с более высокими формами движения материи. Появление новых социальных форм движения материи возникло с появлением человека, совмещенной с биологической. С этой точки зрения можно определить ноосферу как область, в которой превалирует социальная форма движения материи, а биосферу как область, в которой превалирует биологическая форма. Отсюда можно сделать вывод, что ноосфера - подсистема биосферы, которая преобразована деятельностью человека. Но границы ноосферы растут и будкт неизменно расширяться. Этот подход к определению границ ноосферы отличается от вышеуказанных [1].

С точки зрения термодинамики в ноосфере осуществляется первичный (основной) процесс получения энергии и вторичный процесс - производства общественного продукта. С этой точки зрения ноосфера - открытая система, в которой протекают одновременно первичный и вторичный процессы. В этом случае границы ноосферы растут, так как возрастают количество используемой энергии и работа вторичного процесса. Первый, экстенсивный путь развития ноосферы реализовывался на основе увеличения энергетических затрат без существенного уменьшения их на единицу полезного общественного продукта. Этот этап развития ноосферы можно назвать этапом неразвитой ноосферы. По-видимому, он является переходным этапом ко второму этапу интенсивного развития (по Вернадскому - ноосфере). В настоящее время возникла необходимость перехода ко второму пути, так как первый путь развития становится невозможным в виду ряда причин: ограниченность энергетических ресурсов, загрязнение окружающей среды, изменение климата, ухудшение качества жизни, несоответствие между уровнем энергетики и структурой ноосферы и т.д.

Пусть A - работа реализации вторичного процесса, E - количество получаемой энергии, тогда КПД вторичного процесса можно выразить как ? =A/E. Очевидно, что при прогрессивной эволюции dA/dt>0. Выражение для работы связанного потока F можно представить в виде:

Из таблицы видно, что необходимо увеличить КПД использования солнечной энергии как на суше, так и в океане, хотя бы до нескольких процентов; с другой стороны, снизить темпы роста использования энергии на душу населения; снизить темпы роста потребления человечеством невозобновимых ресурсов. Большой вопрос стоит перед человечеством об увеличении используемых посевных земель и росте урожайности на них. Таким образом, используя энергетический подход к эвольции биосферы, можно сделать выводы, что у человечества имеются огромные возможности для эволюции биосферы в ноосферу. Для этого необходимо разумное понимания ряда природных процессов.

1. Голубев В.С. Энергетические основы эволюции ноосферы //Эволюция биосферы и ее внешние связи.- 1992.- С. 139-148.
2. Поздняков А.В. // Проблемы самоорганизации. В. № 3: Самоорганизация геоморфосистем. Томск, 1996. С. 15-24.

Белолипецкий В.М., Шокин Ю.И. Математическое моделирование в задачах охраны окружающей среды. - Новосибирск: Изд-во ИНФОЛИО пресс, 1997. - 240 с.