20 Глава 1 по мере удаления от Солнца возрастает. Поэтому с увеличением расстояния от Солнца создаются более благоприятные условия для процессов самоорганизации, которые протекают в неравно- весных условиях, С другой стороны, сложность образуемых сис- тем зависит от температуры. С увеличением расстояния от Солн- ца температура падает, поэтому существует некоторое оптималь- ное расстояние, на котором возможно образование систем мак- симальной сложности. Уровень самоорганизации системы опре- деляется степенью отклонения от равновесного состояния и уровнем сложности. В солнечной системе наиболее оптимальное сочетание названных параметров наблюдается на расстояниях, соответствующих орбите Земли. Таким образом, в Солнечной системе наибольший уровень самоорганизации может быть дос- тигнут на Земле. Земля находится в состоянии энергетического равновесия с приходящим солнечным излучением. Средняя температура Земли почти не изменяется уже несколько миллионов лет. Спектральная излучательная способность солнечного излучения близка к тем- пературе абсолютно черного тела при 6000° К и существенно от- личается от аналогичной характеристики земного излучения. Это обусловлено тем, что средняя температура Земли гораздо ниже — около 300° К. При равенстве мощности падающего на Землю и испускаемого ей излучения и таком различии спектральных ха- рактеристик Земля излучает примерно в 20 раз больше фотонов, чем она их поглощает. Плотность энтропии излучения пропор- циональна плотности фотонов, значит, Земля излучает энтропии в 20 раз больше, чем получает. То есть Земля является мощным генератором энтропии. Этот рост скорости производства энтро- пии обеспечивается диссипативными структурами, существую- щими на нашей планете, в биосфере. Одним из основных призна- ков самоорганизующейся системы является когерентное поведе- ние ее элементов. Примером когерентного поведения являются крупномасштабные течения и вихревые образования в атмосфере, океане и озерах. Для живых существ также характерно когерент- ное поведение, которое в этом случае обеспечивается генетиче- ским кодом или стереотипами поведения. Приведем оценку экспорта энтропии на Земле. Плотность энергии абсолютно черного излучения равна: 1, = оТ, а плот- ность энтропии — /, = (4/3)оТ°. Выражая 1, через /., получим: ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ ОЗЕР 21 1, =(4/3) 1, /Т. Таким образом, скорость производства энтропии на Земле равна: а5аг = (4/3) 1‚(ИТ. - НТ)), где Т, — температура солнечного излучения, Т; — средняя тем- пература поверхности Земли. Подставив соответствующие циф- ры, получим, что а$ /аг = —6х10“ Вт/К. Оценки экспорта энтро- пии за счет разности температур внутренних и поверхностных слоев Земли дает величину на три порядка меньшую. Таким об- разом, основную роль в экспорте энтропии играет коротковолно- вое солнечное излучение. Экспорт энтропии обеспечивает ком- пенсацию ее производства в земных оболочках. Климатические и погодные процессы являются наиболее энтропийно емкими. Кон- вективные магматические процессы являются формой диссипа- тивных структур, подобных ячейкам Бенара. Оценки числа Релея для магмы дают надкритические значения. Структура возникаю- щих конвективных ячеек значительно осложняется вследствие вращения Земли. Согласно некоторым моделям дрейф континен- тов обусловлен именно конвективными течениями. Системы ги- гантских атмосферных ячеек Хэдли, Ферреля, полярные ячейки формируются из-за разности температур и действия отклоняю- щей силы Кориолиса. После этого краткого введения остановимся на определении экологии, которое является, с одной стороны, наиболее общим, а с другой стороны — наиболее "физическим". При этом экология понимается как наука, изучающая процессы самоорганизации и эволюции систем в живой и неживой природе. При таком опре- делении хорошо видна особая роль физики в изучении важней- ших проблем экологии. Круг этих вопросов может быть выделен в особую отрасль физики — экологическую физику. Геофизика (физика Земли), изучающая, в частности, физические процессы в литосфере, гидросфере, атмосфере, по сути, исследует физиче- ские процессы в биосфере. Физика, накопившая богатейший опыт исследования закономерностей физических процессов, про- текающих в оболочках Земли, на стыке которых и формируются жизненно-важные экосистемы, подверженные влиянию геоэво- люционного и катастрофически возрастающего антропогенного фактора, может взять на себя решение ряда проблем, связанных с