Текст книги "Азбука рисунков природы"

Автор книги: Сергей Зимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 9 страниц)

В речных долинах криолитозоны основная часть полигональных решеток является сингенетической. Они медленно достраивались по мере наращивания и промерзания берегов рек и озер. Поэтому характер рисунков в долине всецело определяется особенностями напряжений в узкой полосе, примыкающей к берегу. Заложенные здесь элементы рисунка в последующем почти не меняются. В этой полосе величина температурных напряжений уменьшается по направлению к берегу, и потенциальный рельеф здесь круто наклонен, поэтому микро– и мезонеоднородности эффект смещающейся границы не затушевывают. Благодаря этому морозобойные решетки озерно-аллювиальных равнин отличаются высокой регулярностью элементов.

При изотропном поле напряжений вблизи берега трещины, подходя к нему, должны разворачиваться. Однако эта ситуация реализуется редко. Выпуклые, относительно крутые берега частично разгружают напряжения в параллельном себе направлении, поэтому трещины подходят к ним под прямым углом. На пологих берегах обычно присутствуют различные неоднородности, параллельные берегу, – волноприбойные уступы и террасы, песчаные гривы. Они задают положение протяженных, параллельных берегу трещин. Между этой трещиной из-за вызванной ею анизотропной разгрузки и берегом поле напряжений становится анизотропным – трещины, образующиеся здесь, перпендикулярны берегу. Так как ширина зоны разгрузки морозобойных трещин теоретически бесконечна, то полоса между берегом и параллельной ему трещиной остается анизотропной даже в то время, когда он значительно удалился от этой трещины. Поэтому перпендикулярные берегу трещины удерживаются анизотропным полем напряжений от разворота. Образование новой, параллельной берегу трещины вновь усиливает анизотропность напряжений вблизи берега и т. д. И лишь у ровных пологих берегов, плавно уходящих под урез воды, трещины при подходе к нему разворачиваются, формируя структуры, подобные изображенным на рис. 104, 105.

По мере отступания берегов их крутизна может изменяться, часто периодически (так формируются пойменные массивы с гривным рельефом). В этом случае возникают комбинированные рисунки, в которых полосы с прямоугольными ячейками разделены зонами, где форма полигонов близка к гексагональной.

При единовременном образовании трещин формируются Т-образные сочленения. Но большинство наблюдаемых морозобойных рисунков образовано при многократном повторном растрескивании, при этом из-за различий в последовательности образования трещин такие сочленения превращаются в крестообразные. В этом случае определить, какой из двух пересекающихся элементов возник первым, трудно.

При резких температурных перепадах морозобойные трещины образуются и на поверхности озерного и морского льда. Во льду напряжения очень быстро релаксируют, и часто трещины под весом самого льда быстро закрываются и залечиваются за счет его перекристаллизации. В последующем новая трещина эту залеченную может пересекать под любым углом. Поэтому рисунок, наблюдаемый на льду к концу зимы, состоит из нескольких взаимно несвязанных наложенных одна на другую разновозрастных структур.

Наиболее простая среда для моделирования морозобойного растрескивания – это слой стеарина или воска, нанесенный на жесткую пластину. У этих материалов высокий коэффициент температурного расширения. Но и для их растрескивания необходима температура ниже —30° С. Для тех же, кто живет не в Сибири, можно порекомендовать обычное оконное или бутылочное стекло (коэффициент Пуассона – 0,25). Нагрейте кусок стекла до красна и облейте его водой. Поверхностный слой стекла в результате резкого охлаждения сожмется и покроется мелкой сеткой поверхностных трещин. В зависимости от того, как и куда вы льете воду, на одном и том же куске стекла можно получить параллельные и расходящиеся полосы, рисунок, похожий на пчелиные соты, систему кругов, фрагменты кирпичной кладки, рисунок, близкий к рисунку по эмали. Все эти рисунки, кроме последнего, можно получить на стекле и не нагревая его.

Если изогнуть лист стекла, то одна его поверхность будет растянута, другая сжата, и трещины будут развиваться лишь в растянутом слое, т. е. будут поверхностными. В результате вторичных напряжений эти трещины разорвут и нижний, ранее сжатый слой. Но если кусок стекла зажат между мягких поверхностей, то можно получить нерассыпавшийся образец с поверхностными трещинами. Простейший вариант опыта – зажать пластину стекла между двух книг и сильно ударить молотком в центр. Удар создаст на нижней поверхности стекла растягивающие напряжения. Раскрывайте книгу и читайте рисунок. Присмотритесь с лупой к длинным разбегающимся лучевым трещинам. От них, как веточки, отходят маленькие трещинки.

Другой интересный объект для чтения – закаленные стекла, например автомобильные (те, что рассыпаются на мелкие призмы). У таких стекол внутренний слой находится в состоянии растяжения, наружный – в состоянии сжатия: внутренний слой стягивает наружный. Трещины в этом материале возникают во внутреннем слое. Рисунок на таком стекле развивается в режиме самоветвления за счет концентрации напряжений на сколах.

Рисунки на сковороде

В синергетике классический пример организации упорядоченных структур – это ячейки Бенара. Возникают они в слое вязкой жидкости, подогреваемой снизу. При большой разности температур более тонкая и потому легкая жидкость снизу стремится поменяться местами с более холодной поверхностью. Эта гравитационная неустойчивость приводит к формированию конвективных ячеек. В литературе описание процесса появления ячеек Бенара часто приводится в следующем виде: «Для того чтобы экспериментально изучать структуры, достаточно иметь сковороду, немного масла и какой-нибудь мелкий порошок, чтобы было заметно движение жидкости. Если дно сковороды плоское и нагреваем мы ее равномерно, то можно считать, что у дна и на поверхности поддерживаются постоянные температуры. Пока разность температур невелика, жидкость неподвижна. Будем плавно увеличивать температуру. Как только разность температуры на подошве и поверхности жидкости превысит некоторую критическую величину, зависящую от свойств жидкости и ее глубины, вся среда разбивается на правильные шестигранные ячейки, в центре каждой из них жидкость движется вверх, по краям – вниз. Если встряхнуть сковороду, разрушив этим ячейки, то очень быстро будет восстановлена прежняя картина».

Вы заметили, что постановка задачи в только что описанном эксперименте подобна постановке задачи о растрескивании у мерзлотоведов – задается (предполагается) однородная среда. В таких условиях разность температур достигнет критического значения по всему пространству одновременно, и везде в случайных местах должны возникать конвективные ячейки, но они подвижны, и поэтому в однородных условиях может сформироваться строго упорядоченная картина. Но на сковороде создать однородные условия невозможно, очень сложно создать равномерный нагрев, не менее сложно обеспечить равномерный тонкий слой жидкости, а ведь величина критического градиента температур, при котором появляются ячейки, в соответствии с числом Рэлея, зависит от толщины слоя жидкости в четвертой степени. В реальности все сложнее, и если вы захотите провести этот эксперимент так, как он только что был описан, т. е. на сковороде, то правильные шестиугольники у вас не получатся, и каждый раз после встряхивания сковороды будут возникать новые рисунки.

Давайте порассуждаем. Рассмотрим такой вариант: пусть на сковороде градиент температуры везде меньше критического. На небольшом точечном участке увеличим нагрев так, чтобы градиент температуры здесь достиг критического, тогда над этой точкой образуется восходящий поток нагретой жидкости, вокруг него – кольцевой нисходящий: образуется одна элементарная конвективная ячейка (у конвективных ячеек горизонтальный размер сравним с толщиной слоя жидкости). Крупицы порошка, рассыпанные по дну сковороды, будут увлекаться придонным течением жидкости к центру восходящего потока, и здесь эти крупицы соберутся в маленький бугорок. В новом варианте зададим, что нагрев сковороды неравномерен, в центре он максимален, а к краям плавно снижается. В этой ситуации при общем увеличении нагрева первая ячейка должна появиться в центре (в вершине конуса потенциального рельефа), последующие – по его периметру и т. д.

Теперь представим, что на сковороде везде градиент температуры немного меньше критического, но в каком-то месте из-за локальной неоднородности появилась одиночная ячейка. Эта ячейка в примыкающей области нарушает стратификацию жидкости, т. е. создает неоднородность и этим может спровоцировать появление рядом новых ячеек (циркуляция жидкости в первой ячейке вызовет циркуляцию в своем окружении). Эти ячейки, в свою очередь, спровоцируют появление следующих. В итоге все пространство покроется ячейками.

Самоусиление потенциала в окружении первой ячейки может происходить за счет нисходящего потока этой ячейки. Этот поток разворачивается не только к центру первой ячейки, но частично и в ее окружении, вызывая новые восходящие потоки. Но возможен и еще один механизм.

Конвекция начинается с появления «на поверхности» нижнего легкого слоя жидкости небольшого бугорка. Бугорок, являясь неоднородностью, провоцирует поднятие окружающей его легкой жидкости – стремится расшириться. Но для своего роста он должен подтягивать к себе легкую жидкость и тем самым уменьшать вокруг толщину ее слоя, этим он препятствует своему расширению. Пока бугорок маленький (имеет малый радиус), преобладает процесс расширения. Теперь представим, что первичный бугорок случайно имеет в плане вытянутую форму. В этом случае его узкие концы будут активно провоцировать возле себя поднятие легкого вещества. Радиус кривизны бугорка здесь небольшой, поэтому истончение легкого слоя в этом месте также небольшое, и это не должно препятствовать поднятию вещества у узкого края вытянутого бугорка. За счет этого эффекта первичный бугорок может активно вытягиваться. В итоге в рельефе «поверхности» нижнего легкого слоя сформируется разрастающаяся в длину складка (гребень), окруженная параллельными ей прогибами. Концы этого гребня должны удлиняться в том направлении, в котором состояние среды ближе к критическому. Развитие линейных элементов при такой схеме должно быть подобно развитию складок в сжато-напряженном упругом слое.

Восходящий поток вещества вдоль этого гребня может стать неустойчивым. В каком-то месте гребня скорость движения жидкости может оказаться немного больше. Для этого сюда необходим дополнительный подток теплого придонного вещества, но его количество ограничено, поэтому появление вершины создает рядом на гребне две седловины и соответственно две новые вершины. Их образование будет связано и с компенсационной активизацией нисходящих потоков тяжелого вещества, окружающих первую вершину.

Теперь после этих предварительных рассуждений перейдем к эксперименту со сковородой. Масло можно взять любое (лишь бы оно не брызгалось), а в качестве порошка можно взять муку (более тяжелые порошки будут лежать на дне неподвижно). Сковороду лучше взять алюминиевую – на светлом фоне сковороды рисунки из темной прожаренной муки лучше заметны. Масло лучше налить слоем 2—3 мм; чем тоньше слой, тем ярче рисунок и больше число ячеек. Сковороду лучше взять самую маленькую – из детского набора (при больших размерах трудно выдержать равномерность толщины слоя масла и трудно охватить взглядом весь рисунок). Перед каждой установкой сковороды на плитку муку необходимо распределить по всей поверхности равномерно. Это в эксперименте может оказаться самым трудным. Муку можно разровнять кисточкой, а можно наклонить или резко сдвинуть сковороду, создавая течение масла.

Итак, сковорода на раскаленной плите. Во всех экспериментах вы отчетливо увидите эффект смещающейся границы структурообразования. Зарождаясь на участке наибольшего нагрева (в точке наиболее плотного касания плиты), рисунок расширяется на все пространство. При наиболее однородных условиях нагрева на это требуется одна – три секунды. Если же задать высокий латеральный градиент (например, поставить сковороду на плиту лишь одним краем, а второй на что-нибудь опереть так, чтобы большая часть сковороды находилась не над плитой), то потребуется 30—60 секунд. Помимо латерального градиента температуры, эффект смещающейся границы обусловливается неравномерностью толщины слоя масла. При относительно равномерном нагреве первые элементы появляются там, где он тоньше, так как здесь выше вертикальный градиент температуры. Возникновение рисунка чаще всего начинается с появления линейных элементов. На дне под протяженными гребнями восходящих потоков за счет подтягивания сюда порошка появляются слабо выраженные темные полосы, они бегут по дну сковороды, как трещины. Эти полосы тут же по мере своего продвижения разрываются, превращаясь в цепочку точек. Чаще всего линейные элементы и цепочки образуют разноориентированные серии из нескольких параллельных линий. Зачастую они ориентированы параллельно краю сковороды.

Ориентация полос и цепочек из точек связана с неоднородностями в распределении частичек муки. При их перемешивании на дне образуется полосчатость, пусть даже почти незаметная, и конвективные валы идут вдоль этих полос. На направлении конвективных валов сказывается и ориентация частиц муки. Достаточно несколько раз немного наклонить сковороду в каком-либо направлении, так чтобы порошок сдвигался взад – вперед по дну, и темные полосы возникнут в этом же направлении.

Со временем первоначальный рисунок перестраивается, и можно увидеть ориентировку, связанную с макротечениями жидкости. Если нагрев сковороды неравномерен, то в зоне наибольшего нагрева объем вещества увеличивается, вся жидкость здесь приподнимается и создается наклон в сторону менее нагретой части. Из-за этого жидкость приходит в движение. В простейшем варианте от сильно нагретого края она по прямой движется к противоположному, там поток раздваивается, и вдоль стенок сковороды возвращается назад. Если бы дно сковороды было идеально ровным, а масло чистым, то вместе с этим потоком смещались бы и конвективные ячейки. Но сами ячейки создают неравномерную температуру дна сковороды, под восходящим потоком она выше. В нашем эксперименте к тому же в центре каждой ячейки образуется бугорок из муки, и ячейке трудно сместиться относительно этого места, она к этому бугорку «привязана».

При отсутствии общего течения в жидкости восходящий и нисходящий потоки в ячейке вертикальны, если же возникло течение, то эти потоки наклоняются – их сносит течение. Вертикальный поток в ячейке, поднимаясь к поверхности, расходится во все стороны и стремится тут же опуститься. Но та часть потока, которая пошла вниз по течению, не может опуститься, потому что ее снесло и под ней оказался вертикальный поток другой ячейки. А та часть потока, которая пошла вверх по течению, не может опуститься, потому что ее тоже снесло и под ней сказывается вертикальный ноток собственной ячейки. И лишь расходящиеся в стороны потоки могут опуститься. В итоге нисходящие потоки между ячейками в направлении течения вырождаются, и система конвективных ячеек медленно перестраивается в систему ориентированных вдоль течения валов – появляется полосчатый рисунок (рис. 128, а).

Отметим, что скорость макротечения на поверхности в таком эксперименте нигде не превышает 1 мм/с. Одновременно с полосами на участках сковороды, где отсутствуют сильные течения, могут быть области, покрытые точками (см. рис. 128, б).

Как видим, и развитие конвективных структур также задается особенностями потенциального рельефа и анизотропными свойствами потенциала.

Если частицы порошка очень мелкие, то на сковороде можно увидеть и тонкие линии, маркирующие шестигранную сеть нисходящих потоков вокруг этих точек. Но эти шестиугольники чаще всего будут неправильными, да и углов в них может быть не шесть, а пять, четыре или три.

В эксперименте с маслом и мукой сеть нисходящих потоков видна плохо. Но если взять сковороду побольше и разогреть в ней воск, а затем снять ее с огня и дать ей медленно остывать, то со временем поверхность воска затвердеет, причем в первую очередь затвердеет воск над нисходящими потоками конвективных ячеек. В результате сформируется сеть прожилок, очень похожая на сеть трещин. Достаточно малейшей анизотропности, и субпараллельные магистральные прожилки тут же ее выявят. На рис. 129, а показана структура, появившаяся при застывании воска в небольшой сковороде (слой воска 2 см), а на рис. 129, б – центральный фрагмент структуры в большом тазу при слое воска 4 см. Анизотропность, связанная с краевым эффектом, в этом месте отсутствовала. Здесь возникает вопрос: какую же абстрактную схему использовать для описания формирования конвективных рисунков – точечную или линейную?

Сковородой можно воспользоваться и для моделирования рисунков ряби течений. Налейте в нее воду и рассыпьте по дну легкий порошок. Если сковорода белая, то лучше взять мелкий порошок угля, если черная – муку. Если сковороду начать немного раскачивать от одного края к другому, то появятся знакопеременные течения. Как только их скорость достигнет некоторой критической величины, частицы порошка, лежащие на дне, придут в движение и тут же начнут сгущаться в мелкие короткие полоски, ориентированные поперек течения. Связано это с тем, что средняя скорость придонного течения, набегающего на препятствие, перед ним выше, чем позади. Бугорок тормозит течение. В результате средняя скорость частиц порошка при их движении к препятствию выше, чем скорость удаления от него. В итоге результирующая знакопеременного движения частиц направлена к их первичному небольшому скоплению. Наибольшие скорости течения наблюдаются в центре сковороды, поэтому первые элементы начнут зарождаться здесь. По мере роста скоростей потоков рисунок будет расширяться. Полоски будут удлиняться, конкурировать за частицы порошка, рассыпанные по дну, некоторые из них будут поглощены более крупными, и в скором времени сформируется система субпараллельных гряд, ориентированных поперек течения (отметим, что строго параллельные гряды, пересекающие все пространство, могут появиться лишь в прямоугольной посуде).

Рис. 128

Рис. 129

Можно задать другое поле течений. Например, раскачивать воду с помощью большой ложки, надавливая ею на поверхность воды в центре сковороды. Тогда появится рисунок гряд, расположенных концентрическими кругами вокруг центра сковороды. (Для того чтобы сформировать рисунок, не обязательно все время раскачивать сковороду. Достаточно один раз раскачать воду, и рисунок успеет сформироваться за время затухания колебаний.)

Рассмотренные рисунки появились в резко анизотропном поле – частицы двигаются по дну лишь вдоль одного направления. Но можно задать и изотропное поле скоростей, при котором частицы равно смещаются во всех направлениях. Для этого надо, не меняя ориентации сковороды, двигать ее по окружности так, чтобы частицы на дне совершали круговые горизонтальные движения, и тогда на дне сковороды вы увидите рисунок пчелиных сот.

В заключение для самостоятельного анализа – еще один «сковородный» рисунок. Смажьте разогретую сковороду маслом, разлейте на нее тонким слоем тесто и понаблюдайте за дырочками, возникающими на поверхности. Не забудьте вовремя перевернуть и посмотрите на блин с обратной стороны.

Дороги, которые мы выбираем

Представим себе стекло аквариума, покрытое тонкой пленкой водорослей. По стеклу ползет «модельная улитка», соскабливающая и поедающая эту пленку. За ней остается полоска чистого стекла. Куда ползет улитка?

Выигрывают в конкуренции и продолжают существовать те организмы, которые наиболее активно поглощают ресурсы. Поэтому улитка должна двигаться в том направлении, где больше пищи. Это ее потенциал. Слой пищи на стеклах аквариума неравномерен, где-то он уже съеден другими улитками. Для улитки важны и факторы среды: температура воды, содержание кислорода, гарантированность от нападения хищников и т. п. Поэтому в итоге моллюск движется туда, где больше пищи, лучше условия и меньше опасность – туда, где выше суммарный потенциал жизнедеятельности. Если улитка не видит дальше собственного носа, то, наткнувшись на собственный или чужой след, она должна развернуться. При таком примитивном поведении следы, оставленные улиткой, в зависимости от особенностей потенциального рельефа при отсутствии микро– и макронеоднородностей будут похожи на структуры, изображенные на рис. 114—119. Чтобы выполнить такие рисунки, моллюск должен хорошо чувствовать градиент потенциала и уметь легко, без больших затрат энергии разворачиваться. В противном случае при тех же внешних условиях рисунки изменятся (ср. рис. 130 и 118).

Моллюск может оставлять два типа следов. Если слой пищи меньше порогового, при котором затраты энергии на ее сбор не компенсируются калорийностью нищи, то моллюск не кормится и оставляет лишь след передвижения. Этот след потенциал не разгружает. Как только потенциал превышает этот уровень, моллюск начинает кормиться и оставляет след поедания, разгружая в пределах следа потенциал, – появляется линия.

Рис. 130

Теперь представим себе человека, собирающего землянику. Допустим, в лесу он наткнулся на поляну, к центру которой количество ягоды увеличивается. Если человек в данный момент не имеет иных целей, кроме сбора ягод (как можно больше и быстрее), а вокруг много конкурентов, то, наткнувшись на поляну, он направится к ее центру, после чего, оставляя за собой выбранное пространство, по спирали будет отодвигаться к ее краю. В итоге, в зависимости от того, как человек двигался к центру поляны, собирая ягоды, – шагом или на корточках – на поляне останутся полосы сильно примятой травы, такие же, как на рис. 118.

Направление движения вершин трещин, складок определяется особенностями потенциала в непосредственной близости от вершины. Большинство же организмов «видят дальше». Поэтому направление их движения определяется значением потенциала в широком пространстве. Если улитка «видит» вдалеке область с высоким значением потенциала, то она направится туда, даже если прямо перед ней значения потенциала низкие. В этом случае, встретив свой след, она может его пересечь. Организм как бы интегрирует значения потенциала в различных направлениях и движется туда, где в сумме потенциал выше. В среднем при движении по этому пути величина разгрузки потенциала будет максимальна и соответственно максимально удовлетворены потребности. Потенциал жизнедеятельности может меняться во времени. Например, у животных активных в светлое время этот потенциал на территории вблизи убежища днем небольшой, но он резко возрастает здесь с приближением ночи.

Высшие организмы способны «смотреть вперед» не только в пространстве, но и во времени и соответственно интегрировать потенциал не только по направлению, но и по времени. Например, хищник, «зная», что в каком-то районе возрастает (допустим, к полудню) плотность его жертв, может направиться туда, хотя в данный момент (утром) потенциал там небольшой. Или, преследуя убегающую жертву, он движется не к ней, а к той точке, где, по его «расчетам», жертва будет находиться в скором времени. Чем выше организовано существо, тем в большей степени его поведение в данный момент обусловлено будущим прогнозным состоянием потенциального поля и тем по большему отрезку времени он интегрирует различные варианты движения и поведения.

Потребности могут быть разнообразные. Например, что движет туристом в незнакомой местности? Как вариант – он собирает эстетическую информацию и соответственно идет в том направлении, в котором имеются интересные объекты. В обобщенном потенциале потребностей в данное время это главный компонент. Ближе к вечеру турист также движется от одного интересного объекта к другому, но в целом его потенциальное поле резко воздымается вблизи от оставленной утром палатки, и, выбирая между несколькими объектами, турист пойдет к тому, который к ней ближе.

А теперь представим, что местность ему знакома, – он «видит» все потенциальное поле. Оно существует в виде модели его сознания. Возможно, местность туристу незнакома, но у него есть карта, это тоже модель пространства. В этих случаях турист, проинтегрировав ряд вариантов движения, выберет такой маршрут, который максимально удовлетворит его потребности. Каждый из этих вариантов или их отдельные участки, пусть и мысленно, турист проходит по своей модели потенциального поля, двигаясь в направлении максимальных значений потенциала. Если он любит заглядывать далеко вперед, то маршрут первого дня он составит так, чтобы в походах и в следующие дни максимально удовлетворять свои потребности. В итоге, в потенциальном поле туриста, заранее выбравшего маршрут, будет задан высокий гребень, по которому он и будет двигаться. В пути может выясниться, что представления о местности были неточны или ошибочны (местность со времени издания карты могла измениться). Изменение потенциального поля скажется на маршруте, он отклонится от этого гребня, будет спланирован по-новому. Сильно изменить потенциальное поле потребностей может обычный дождь.

Потенциальное поле и его разгрузка могут быть индивидуальными (например, турист разгружает только свои потребности) или быть общими для многих организмов, как пленка водорослей для моллюсков.

В зоне разгрузки величина потенциала со временем может вновь восстановиться – на поляне созревает новая ягода, стекло покрывается новой пленкой водорослей, туристу вновь захотелось увидеть маленькое лесное озеро. Или такой вариант – в поисках жертвы хищник движется в направлении, в котором вероятность встречи с ней наиболее велика. Разгрузка потенциала в данном случае выражается в том, что там, где только что прошел хищник, жертва не была обнаружена и соответственно вероятность ее встречи минимальна. Но по прошествии какого-то времени вероятность их появления здесь опять возрастет (чем активнее в передвижении жертва, тем это время короче), и хищник вновь может идти этим следом. Так может возникнуть охотничья тропа.

След может не только разгружать потенциал, но и усиливать. Так, улитка разгружает лишь узкую полоску пищи, но за ней остается достаточно широкая полоса, в которой, «как выснилось», хищники отсутствуют. Поэтому, если первоначальные градиенты потенциала невелики, то улитка вдоль своего следа вернется назад – сформируется клубок следов. При таком поведении моллюска хищнику трудно обнаружить его но следу.

След меняет потенциальное поле не только того, кто его оставил. След одного организма привлекает организм противоположного пола. След жертвы усиливает потенциальное поле, которое управляет движением хищника.

Направление движения организмов может задаваться анизотропностью свойств потенциального поля. Например, при наличии ветра движение хищника, пользующегося обонянием, подчиняется его направлению; грибник выбирает такое направление движения, чтобы солнце светило сбоку; донному организму, имеющему удлиненную форму, при наличии сильного течения трудно двигаться поперек него, трудно удержаться на дне. Также анизотропна может быть зона разгрузки – если солнце светит справа, то грибник больше грибов соберет с левой стороны по ходу своего движения.

Сколь бы ни сложны были причины наших поступков, мы всегда движемся, потому что нас подталкивают желания, потребности, необходимость. Движемся же мы в реальном многомерном пространстве ресурсов и факторов. «Умножьте» количество ресурсов в каждой точке этого пространства на скаляр потребностей в этих ресурсах и вы получите субъективно-объективный потенциальный рельеф, по которому мы движемся. Мы идем по нему, выбирая самые высокие вершины и гребни, стараясь в максимальной степени снизить вокруг себя этот рельеф. В одних случаях мы снижаем только его субъективную составляющую, в других – и объективную.

Поведение организмов и, следовательно, следы жизнедеятельности всегда подчиняются существующему внешнему полю ресурсов и факторов. Но видеть или изучать все это поле и постоянно просчитывать варианты трудно. Перелетная птица не может «увидеть» тропики и не может рассчитать зимние температуры. Поэтому многие универсальные, проверенные естественным или социальным отбором варианты поведения, связанные с дальним предвидением, и модели пространства заложены в генетическую или школьную программу, задаются привычками, инструкциями.

Дороги в отличие от тропинок, как правило, первоначально возникают в модельном порогово-потенциальном поле (в сознании, на карте). Те, кто задают направление дороги, имеют представление об этом поле во всем пространстве, поэтому отдельные дороги сразу (еще в проекте) связывают конечные пункты. Во многих случаях дороги проектируются на перспективу и в их положении учитывается возможность появления в будущем других дорог. Дороги часто развиваются в сильно расчлененном порогово-потенциальном рельефе (горы, болота, существующие дороги, тропы) и соответственно прокладываются по гребням этого рельефа. Но чем на большую перспективу строится дорога, тем точнее она выдерживает генеральное направление и в меньшей степени подчиняется деталям современных рельефов.

В обобщенное значение потенциала дорог входит и обеспеченность территории, региона, страны необходимыми для них ресурсами. Строительство дороги начинается при достижении этой величиной порогового значения. Дорога в окружающем пространстве разгружает эти ресурсы – рабочих, технику и т. п., стягивает их к себе и этим исключает на время своего строительства заложение на примыкающей территории (а иногда и в целой стране) новых дорог. По мере роста потенциала территории происходит как заложение дорог новой генерации, так и «углубление» существующих – увеличение их пропускной способности (твердое покрытие на дороге появляется, когда грузопоток по ней превысит, или планируется, что превысит, некоторый пороговый уровень).

Дорога – это диссипативная структура, она поддерживается, ремонтируется за счет постоянных или периодических денежных, энергетических вливаний (потоков). Без этих потоков она деградирует. Если поток ослабевает, то и транспортная сеть деградирует, снижается ее пропускная способность, некоторые дороги исчезают (но на их месте в порогово-потенциальном рельефе остается гребень).

Транспортное потенциальное поле чаще всего анизотропно – в каких-то направлениях потребность перевозок выше, в итоге возникает обычный полосчатый рисунок (Транссиб, БАМ). Дороги разгружают потребность в перевозках лишь в направлении, параллельном себе, поэтому субпараллельная система дорог при наращивании потенциала разбивается поперечными. Равнинные города (центр города) являются вершинами растущего конуса потенциального рельефа с радиально анизотропным полем. Поэтому каркас окружающей его транспортной структуры и заданный им рисунок улиц будет похож на рис. 131. По сути, это идеализированная схема улиц Москвы или Парижа. Отклонения от этой схемы связаны обычно с холмами и реками, рассекающими конус потенциального рельефа, или с тем, что дороги и улицы развивались в чьем-то модельном потенциальном поле.