地球的自组织性

第二节　地球的自组织性

日常生活中，我们可以察觉到地表是凹凸不平、不均匀的，既有高山、河流，又有低谷、盆地、海洋等。就如地球表面所表现出来的切向上和径向上物质组成的不均匀性一样，整个地球内部的物质组成也是不均匀的。前文已经谈到，由于地球内部的弹性性质的不均匀性，在地震波相速度上表现为速度的突变，以此来探测地球内部的不连续分界面，从而形成了地球内部构造的划分依据。

那么，地球内部的物理性质那么多，例如有密度、磁性、电性、反射性、地热、压力等，这些性质在地球内部是否也有差异呢？能否依据这些物理性质来对地球进行一定的划分呢？

逻辑上，这是可以的。例如，由于地球表面的起伏不平、地下物质的密度分布不均匀，因此就可以用重力仪来实测该点的重力观测值与该点的正常重力值之间的差异，从而获得地球的重力异常场，进而研究地球内部物质密度的分布情况。再如，通过研究测定岩石或古代文物的磁性，可以研究地史时期和人类文明史期的古地磁方向、强度及其演变规律，这就是古地磁学的研究工作。而且还可以利用地球内部的磁性变化来研究地球从形成到现在所发生的一些演变，如大陆漂移、极移等。另外，地球的地热场也是地球的基本物理场之一，它表示地球内部各圈层中的温度分布状态，地球内部的温度分布不仅与空间位置有关，还随时间变化，地球的地温增温率是随着深度的增加而减少的，因此可以通过测量地球的地温来研究地球内部结构的变化情况等。这些都说明了研究地球内部结构的方法有很多，不同专业的研究学者一直在致力于通过研究地球内部物质不同的物理性质来推进对地球的认识。

综观这些研究，可以发现地球内部物质组成是不均匀的，地球内径向上的成层性已经显示了地球内径向上的不均匀性。而且目前的各种观测数据也显示：地球内也很难构成一个完整的连续的界面。这一事实也说明了，地球内部各圈层同样也存在切向上的不均匀性。地球内部的这种不均匀性体现了地球是处于一个变化、发展的系统中。

地球内物质组成上的不均匀自然是地球在宇宙中不断演化发展的结果，这个复杂的不均匀体现了地球内已拥有的较好的有序结构。一定的有序结构体是形成地球内不同等级的组织系统的基础。地球内不同等级组织系统的形成反映了地球的自组织性。

对于一个由大量子系统所组成的系统来说，在一定的条件下，它的子系统之间自发地通过非线性的相互作用就能产生协同现象和相干效应，并形成自己一定的组织功能和时空结构，使系统表现出新的有序状态，常把这个特性叫做系统的自组织性。地球内这种系统状态的形成和发展也正是地球的自组织性的具体表现。

知识链接

3．自组织系统（self-organizing system）

自组织是指在不存在外部指令的情况下，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动形成有序结构。自组织理论是20世纪60年代末期开始建立并发展起来的一种系统理论。它的研究对象主要是复杂自组织系统的形成和发展机制问题，即在一定条件下，系统如何自动地从无序走向有序。从系统论的观点来说，“自组织”是指一个系统在内在机制的驱动下，自行地从简单向复杂、从粗糙向精细的方向发展，不断提高自身的复杂度和精细度的过程；从热力学的观点看，“自组织”是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息，而不断地降低自身的熵含量，提高自身有序度的过程；从统计力学的观点看，“自组织”是指一个系统自发地从最可几状态向几率较低的方向迁移的过程。自组织理论主要由三个部分组成：耗散结构理论、协同学、突变论。任何一个组织都必须具备自组织的一个基本要素，否则就失去了存在的基础和发展的动力。同时，自组织系统具有分离性、层次性、进化性等特征。目前整个宇宙是最大的自组织系统，这个自组织系统又是由无数自组织系统构成，因此地球也具有自组织性。

图1．2　自组织系统