Встатье предлагается нестандартная попытка объяснения общей причины образования«извилистости» природных потоков, прежде всего меандрирования рек.Утверждается, что типы речных русел обусловливаются различным соотношением«живой» силы потока и массой переносимого вещества.
Почемуреки меандрируют? Существующие на Земли реки по внешнему виду в плане можноподразделить на три качественно разных типа:
прямые,разветвленные и извилистые (меандрирующие). В настоящее время конкурируют около30 объяснений причин меандрирования рек: общая денудация земной поверхности,неотектоника, геология, кориолисово ускорение, наличие случайных препятствий,принцип минимума диссипации энергии, концепция энтропии, структурнаятурбулентность, поперечная циркуляция, блуждание динамической оси потока,«свойство потока меандрировать» и др. Ни одна из этих гипотезполностью не подтверждена.
Гидроморфологическаятеория руслового процесса, которая занимается изучением деформаций рек [I],имеет на вооружении системный подход. Одно из его положений гласит: законыразвития системы не являются суммой законов, действующих на более низкомуровне; система развивается по своим законам, не зависящим от законов развитиясоставных частей (принцип эмерджентности). Например, зная законы развитияпесчаных гряд, которые движутся по дну реки, невозможно спрогнозировать развитие(деформации) излучины.
Поэтомуи для поиска причины образования меандр надо выходить на рассмотрение не толькомеандрирующих, а всех рек. Оставаясь в рамках одного меандрирования, можноузнать о нем все, кроме причин его образования. Уровень, на котором заложенапричина образований различных русел, находится выше. Необходимо рассматриватьвсе реки, и тогда можно найти причину меандрирования.
Определения.Река представляет собой не только поток воды. Большинство рек транспортируют посвоему дну наносы. Транспорт наносов проявляется в местных намывах и размывахрусла.
Расходнаносов – количество наносов, проносимых потоком за единицу времени.Транспортирующая способность потока — предельный расход наносов, которыйспособен транспортировать поток.
Изэтих определений видно, что расход наносов не всегда равен транспортирующейспособности потока. Последняя определяется гидравлическими характеристикамипотока на рассматриваемом участке реки и не зависит от количества поступающихнаносов с расположенного выше участка.
Необходимочетко разделить три понятия: поступление наносов в реку с расположенного вышеучастка; транспортирующую способность потока (сколько наносов может перемещатьпоток); расход наносов, который представляет собой результирующую величину от поступлениянаносов и транспортирующей способности потока.
Новоеобъяснение причины меандрирования рек. Предлагается новое обоснованиеобразования различных типов рек. Это относительная транспортирующая способностьпотока, т.е. отношение транспортирующей способности потока к количествупоступающих в реку наносов, отношение того, что река может транспортировать, ктому, что ей предлагается для транспортирования.
Причинно-следственнаяцепочка образования меандрирования такова: транспортирующая способность потокавелика по сравнению с поступлением наносов —-> излишек энергии —>деформация берегов —> образование меандрирования —"> уменьшениеуклона водной поверхности —-> уменьшение транспортирующей способности —->уравновешивание транспортирующей способности и поступления наносов —>меандриро-вание реки при динамическом равновесии.
Причинно-следственнаяцепочка при образовании русловой многорукавности такова: поступление наносовпревышает транспортирующую способность потока —> энергии натранспортирование всех наносов не хватает —> образование осередков из«лишних» наносов —> распластывание русла —> увеличение фронтатранспорта наносов —> увеличение транспортирующей способности —>уравновешивание транспортирующей способности и поступления наносов —>русловая и осередковая многорукавность при динамическом равновесии.
Ленточно-грядовыйтип руслового процесса (прямолинейный) соответствует первоначальному равновесиюподачи наносов и транспортирующей способности. Плановой трансформации русла непроисходит, оно остается прямолинейным, т.е. перегруженные наносами реки — свнутрирус-ловыми островами, равновесные реки — прямолинейные, недогруженныереки — меандрирующие.
Например,р. Зея в своем низовье, которая раньше меандрировала, подойдя правым берегом кБелым горам из песчаника, стала их размывать. Река перегрузилась наносами. Типруслового процесса на десятках километров изменился, русло выпрямилось, и в немпоявилось много островов. При увеличении транспортирующей способности, напримерпри увеличении расходов воды при переработке стока, можно прогнозироватьразмывы берегов и появление извилистости реки.
Частнаяформулировка: Морфологический облик реки является ее реакцией на разность междутем, что река может транспортировать, и тем, что ей предлагается водосбором длятранспортировки.
Применение закономерности в других областях.
Взамечательной статье [2] перечисляются общие законы развития, частные законыорганизации и способы проверки найденных закономерностей. Пункт 4.9 в нейгласит: «Определить способы использования (применения) исследуемогоявления и границы его применимости в науке, технике и социологии», т.е.применение закономерности в других областях.
Попытаемсясформулировать общую формулировку. Внешнее проявление объекта представляетсобой реакцию на разность между тем, что он способен «делать», и тем,что ему предлагают (или его заставляют) делать.
Приведемпримеры.
1.Гольфстрим. Это течение представляет собой извилистый поток. Его«меандры» постоянно развиваются, отделяются «старицы»,которые затем отмирают, а течение идет новым «руслом». Это служитвнешним проявлением разницы между тем, что может транспортировать водаАтлантики, и тем количеством воды, которое ей приходится получать изМексиканского залива. Перепад уровней в Атлантическом океане и Мексиканскомзаливе достигает метров! Обратный эксперимент: может быть существуют слабыетечения, в которых транспортирующая способность окружающих вод океана больше,чем предлагаемое количество течения (или загрязнения); тогда могут происходитьразрывы в транспортируемой примеси. На макроуровне — дырки, на микроуровне — разрежение.
2.Дым из трубы. Представим себе дым, который имеет плотность, равную плотностиокружающего воздуха. Такой дым будет распространяться только по горизонтали.Если транспортирующая способность ветра больше количества поступающего дыма,будут происходить разрывы или разрежение дыма. Если же ветер слабееотносительно поступающего дыма, будут образовываться клубы дыма.
3.Кровеносные сосуды. Пример предложен валеологом B.C. Бобковым. Если транспортирующаяспособность (энергия) крови относительно поступающих загрязнений мала, тополучаются закупорки сосудов. Если энергия крови достаточна для транспортировкивсех загрязнений, изменений не происходит. Если энергия кровотока чрезмерна,это может привести к извилистости вен и, например, к их «выпучиванию»на ногах.
4.Человек в обществе. Человек обладает некоторой активностью (сколько он может).Сдерживающими факторами являются законы и этикет (сколько ему позволяется).Разница между ними приводит к различным проявлениям поведения человека. Если онслишком активен (по отношению к сдерживающим факторам), его жизненный путьстановится извилистым; у относительно пассивного человека жизненный путь — с«разрежениями».
5.Транспортировка ткани. Пример предложен предпринимателем П.Б. Хуршудовым. Надвижущийся транспортер подается ткань. В зависимости от соотношения скоростейподачи ткани и движения транспортера ткань будет или рваться, или собираться вморщины.
Возможно,что таким подходом можно объяснить существование двух режимов теченияжидкостей: ламинарного и турбулентного.
Длякаждого примера можно сформулировать свою частную формулировку закономерности(как для разных рек в п. 3).
Выходна всеобщее правило. В. В. Митрофанов сформулировал постулат разности(дисимметрии) [3]: «Если существует разность чего-либо и обеспечиваетсявзаимодействие между частя-ми с этими разностями, то должен быть некийэффект». Это уже всеобщая формулировка. По отношению к ней общаяформулировка в п. 4 является частной. Здесь говорится о любой разности, а тамбыла разность между тем, что нечто может, и тем, чем это нечто нагружают.
Разностьесть условие для совершения чего-либо.
Примеры:изгиб пластинки под разностью поверхностных натяжений при различной обработкеповерхностей; электрический ток из-за разности потенциалов; дерево зацветаетиз-за возникновения тока соков при положительной разности температур междукроной и корнями; любое движение через диафрагму под действием разностидавлений; работа двигателя под действием разности давлений в разных цилиндрах.
Нашмаленький пример, рассмотренный в первых пунктах, дает повод говорить о многихразных разностях. Разности могут быть между количествами вещества (например,весы), количествами энергии, количествами времени, между скоростями, силами,моментами, даже желаниями.
Спецификапримера о причинах образований различных форм русел. Выше сформулированапричина образования различных форм речных русел: прямолинейных, разветвленных имеандрирующих. Это разность между транспортирующей способностью потока ипоступающими в русло наносами. Положительная или отрицательная разностиприводят к качественно разным проявлениям изменения морфологии русла. Приперегрузке русла наносами из излишков последних образуются острова. Принедогрузке река уменьшает свою транспортирующую способность за счет своегоудлинения, что приводит к развитию меандрирования. Разница между тем, что можетсистема, и тем, что ей предлагается делать, приводит в зависимости от знака кразным проявлениям.
Всеобщаяформулировка о разности вообще приводит к общему эффекту. Для мембраны всеравно, с какой стороны давление больше, а с какой — меньше. Где давлениеменьше, туда и будет происходить диффузия. Если знак разности давленийизменится, то так же изменится и направление движения. Проявление действияразности при разных знаках будет одинаковым.
Спецификарассмотренной разности как причины образования меандрирования и многорукавныхрусел дает повод говорить и о возможности неизведанной специфики другихразностей (во времени, энергии и др.).
Выводы.Поиск причин образования меандрирования привел к закономерности образованиявсех типов русел. Морфологический облик реки является ее реакцией на разностьмежду тем, что река может транспортировать, и тем, что ей предлагаетсяводосбором для транспортировки.
Переносэтой закономерности на другие объекты позволил сформулировать более общуюформулировку этой закономерности. Внешнее проявление объекта представляет собойреакцию на разность между тем, что он способен «делать», и тем, чтоему предлагают (или его заставляют) делать.
Всеобщаяформулировка: если существует разность чего-либо и обеспечиваетсявзаимодействие между частями с этими разностями, то должен быть некий эффект.Разность — движущая сила.
Список литературы
1.Кондратьев Н.Е., Попов И.В… Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теориируслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 272 с.
2.Лимаренко А.В. Алгоритм поиска и решения открывательских задач // Журнал ТРИЗ.1997. № 1. С. 36-42.
3.Митрофанов В.В. От технологического брака к научному открытию. 1998.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта bedload.boom.ru/