文档介绍：自组织理论和耗散结构理论及其地学应用*
申维1,2)
1) (中国地质大学国土资源与高新技术研究中心,北京,100083)
2) (中国科学院地球化学研究所矿床地球化学开放实验室,贵阳,550002)
摘要介绍了自组织、自组织临界态理论和耗散结构理论的概念及其近来来在地学特别是地球化学研究领域的应用情况.
关键词非线性自组织临界态自相似地球化学
作者简介申维男 1957年出生博士教授主要从事数学地质研究和教学工作
现代科学已进入非线性科学时代,非线性科学是目前世界性的热门课题,其内容之丰富,应用之广泛几乎是目前所未有的,,把非线性科学引入地学研究中不仅具有重大的理论意义,,从本质上来讲是一个开放系统,它与外界环境存在着物质和能量交换,,各种地质作用及这些作用所形成的地质体,大多数处于复杂的非线性状态,即不规则的分形状态,对地学所研究的对象来说,开放性、不平衡性、无序性、非线性是绝对的、长期的; 而封闭系统、平衡状态、有序性、线性则是相对的、局部的、(包括平衡态自组织和非平衡态自组织)导致的物质构型的多样性、复杂性[1].
1 自组织有关理论
自组织
自组织是自然界中的系统在非人为因素下自发产生的有序状态,可包括在时间、空间、,前者如晶体,是平衡相变时形成的,相变过程具可逆性,是一种低墒低内能状态,内部结构具较高对称性,不需要与外界进行物质和能量的交换,由此是一种“死”,()的解释,是通过不断与环境进行物质和能量交换引入负墒形成和保持的,普利高津(1973)称这种结构为耗散结构[2].非平衡态自组织是系统在远离平衡时,非线性相干作用的结果,过程不具可逆性,内部结构虽具对称性但较差,是一种低墒内能较高的状态,并且只有不断与外界进行物质和能量的交换才能维持,由此是一种“活”结构,,,而且系统多经历了长时间的演化,由此具有自相似的自组织态是普遍的.
地球化学过程中存在着大量的时--,,这种周期性现象并不是由外界环境的周期性变化引起的,而是由地球化学过程的内在机制(例如化学过程和扩散过程或热传导过程).
自组织现象有以下特点: (1) 系统存在结构,存在对称性破缺,这种结构包括时间结构(周期振荡)、空间结构(一维、二维、三维空间的周期分布)、时--空结构(各种形式的波)、,,是依靠消耗外界能量来维持的结构,一旦外界停止向系统供给能量,系统的耗散结构就被破坏;同时,耗散结构是一种稳定的宏观结构,说它