Salin.Al.Ru
Биография
Публицистика
Беллетристика
Учебная литература
Наука
Фотоработы
НА ФРОНТЕ И В ТЫЛУ НАУКИ

Говорят, выдумывать в геологии можно только по невежеству, на все случаи жизни написаны всеобъемлющие инструкции, методы там изложены хорошие, дело лишь за тем, чтобы освоить их и грамотно использовать. Так-то оно так...

Но откуда тогда берутся оговорки: "Методика дает хорошие результаты при условии осторожного и разумного использования", "при применении метода надо соблюдать большую осторожность", "возможны недоразумения, но вдумчивый анализ позволит, выявить наиболее вероятный их источник". Может быть, читатель и не найдет ничего-странного в подобных высказываниях. Но попробуйте произнести: "Квадрат гипотенузы при осторожном и разумном использовании теоремы Пифагора может оказаться равным сумме квадратов катетов". Не звучит... Что здесь не так, становится более понятным из рекомендации, предостерегающей от формального, механического использования геологических методов.

Передовой фронт науки всегда оставляет за собой технологию, рутину, механически, формально выполняемые операции. Чтобы открыть законы Ньютона, надо было иметь творческий гений Ньютона, чтобы воспользоваться ими, достаточно незаконченного среднего образования. В геологии же до сих пор нет ничего выполняемого механически, все имеющиеся методы должны применяться творчески, вдумчиво, осторожно, надо хорошо знать геологическое строение района, быть высококвалифицированным специалистом, знать и уметь еще многое другое.

И ведь с этим не поспоришь. Читая одни и те же инструкции, геологи, имеющие большую практику, разрабатывают, каждый свою, последовательность действий, систему приемов, формулировать которые не принято. Простейшие утверждения, за которыми в более строгих науках закрепилось и другое, уважительное наименование "фундаментальные", в геологии расцениваются как "прописные истины", не заслуживающие не только формулировки, но и упоминания. Нетрудно представить, как была бы воспринята геологами любая из аксиом евклидовой геометрии, при условии полной ее анонимности, конечно.

"Через две точки можно провести только одну прямую"? А что, без этих слов можно было бы провести больше? Так не лучше ли заняться серьезным делом... Вот и занимается геолог эволюцией, движением континентов, непрерывно-прерывистым развитием, а секрет, как ему удалось построить хорошую геологическую карту, умирает вместе с ним. И потому...

"За геологом надо подглядывать",- этот афоризм пущен в ход, кажется, профессором Ю. А. Ворониным. К сожалению, и я тоже многому научился еще тогда, когда относился к картированию как к искусству, и исходные посылки моих действий долгое время были скрыты от меня за собственной черепной коробкой. Приходилось подглядывать за самим собой, к своей голове относиться как к черному ящику, - я не знаю, почему я делаю так, но раз я поступил именно так, а не иначе, по видимым мне результатам могу я восстановить побудительные мотивы действующего субъекта? Вот так-то в геологии...

Но вот, долго ли, коротко ли (лет за десять), а подкоп, с целью подведения фундамента, под собственную науку я, наконец, сделал. Что касается "прописных истин", могу похвастаться тем, что даже в самоочевидном любому нормальному человеку отношении "выше" выискал субглобальную и вовсе уж непонятную проблему транзитивности... Ну, а дальше-то что? Что получит от этого геологическая практика?

Обратимся к опыту смежных наук. Можно усмотреть некоторые параллели в истории геологической и топографической карты.

Многократно уже цитированный в этом тексте профессор В. Н. Вебер в "Полевой геологии" 1923 года писал: "Геологическая работа без некоторой доли фантазии является сухим сбором фактов, цена такой фантазии зависит от талантливости, наблюдательности и знаний геолога". Без малейшего оттенка осуждения упомянул автор самого распространенного довоенного геологического учебника о творческом характере геологической съемки, ее индивидуальности, о том, что из одного и того же набора фактов разные исследователи делают зачастую совершенно различные выводы.

А вот еще одна цитата из того же источника: "Топографическая карта всегда индивидуальна; есть топографы, которые очень много изображают, притом точно, но карта неудобочитаема, "не похожа"; бывают же удивительно талантливые съемщики, умеющие настолько выделять характерное в рельефе, что сопоставление карты и местности в натуре не представляет затруднений". Опять индивидуальность, талант, фантазия, интуиция...

Современному топографу в этих комплиментах было бы непонятно все. Карты сейчас делают так называемым аэрофотограмметрическим способом, все они совершенно одинаково безукоризненны по качеству, их "похожесть" может быть названа абсолютной, любой планшет воспринимается как маленькая копия местности, в построении карты начисто исключена фантазия, творчество, индивидуальность, не у дел остается и талант топографа-исполнителя... Ничего, кроме формальных, механически выполняемых операций, не осталось здесь в картографировании.

Та же участь ожидает и геологическое картирование.

Истины ради все же следует признать, что остались на топокарте и не полностью еще обезличенные компоненты, выполняемые не электронно-вычислительной машиной, а человеком, и несущие на себе отпечаток его творческой индивидуальности. Я имею в виду, конечно, не рельеф или гидросеть, а различные полунаучно-фантастические надписи: "Возможно движение лошади с вьюком", - вдоль ущелий, непреодолимых даже для альпинистов с квалификацией ниже мастера спорта.

Что же получается? Прошел фронт науки в физике - оставил после себя инженерию, в геодезии - оставил высокоавтоматизированную методику. Задачи, когда-то истощавшие остроумие ученых и других творческих работников, сейчас решают инженеры и аккуратные девочки - операторы ЭВМ.

Для выявления же возрастных? взаимоотношений слоистых толщ - массовой, типовой задачи, имеющей двухсотлетний собственный возраст, - до сих пор требуется творчество, талант, знания и умения стратиграфа, ее решение подчеркнуто индивидуально, над ним ломают головы и за него ломают копья кандидаты и доктора геолого-минералогических наук, профессора и члены-корреспонденты академий наук союзных республик и даже... страшно сказать... "большой" Академии. Что-то не торопится наша наука передавать свои занятия практике, предпочитая практиковать собственноручно.

Однако членам-корреспондентам все равно придется капитулировать перед лавинообразно увеличивающимся объемом исходного материала. Резко возрастает количество, да и глубина буримых скважин, девятый вал аналитических данных грозит раздавить бедного стратиграфа, с голыми руками противостоящего разгулу информационной стихии.

Почти все дисциплины/с которыми стратиграфия обменивается научным продуктом, автоматизировали свое производство. Не применять ЭВМ при решении самых массовых задач - значит обречь стратиграфию на отсталость, вернее - усугубить эту отсталость.

Нельзя сказать, чтобы автоматические методы совсем обошли стороной нашу научную отрасль. Одно только перечисление применявшихся математических аппаратов производит впечатление: кластер-анализ, распознавание образов, теория группового выбора, дискриминантный анализ, непараметрическая статистика и многое другое. Правда, существенных успехов на этом пути достигнуто не было. Оно и понятно - ведь ниоткуда не следует, что произведя предписанные действия над истинными исходными данными/мы должны получить и истинные результаты. У всех предложенных методов есть один общий недостаток - в них слишком много математики и слишком мало геологии.

Похожая история приключилась некоторое время назад с ,биологией, в которую усиленно внедряли дифференциальное исчисление. После многочисленных неудач эти попытки были расценены как насильственное приживление чуждых приемов, не отвечающих существу биологии.

Более чем достаточную проверку практической эффективности прошли традиционные, неформализованные стратиграфические методы. Формализация, то есть приведение понятий и операций стратиграфии в соответствие с требованиями формальной логики, осуществлена. Любая однозначная последовательность действий, а именно такова изложенная в предыдущих главах последовательность логического вывода временных геологических понятий, может быть реализована как алгоритм и программа для ЭВМ. Вводя в машину исходные данные стратиграфических описаний какого-либо района, мы можем строить геологическую карту автоматически. Это и будет собственно стратиграфической математикой, или, если угодно, математической стратиграфией, делающей ненужным использование "посторонних" приемов, вроде кластер-анализа или непараметрической статистики. Алгоритм превращает в технологию решение задачи, требующее в настоящее время от геологов огромных затрат творческих усилий.

Попробуем изложить алгоритм прослеживания слоев по данным исходных стратиграфических описаний. Трудности здесь возникают, мягко говоря, приличные. Дело в том, что алгоритмы, даже когда они опубликованы в научных статьях, никто не читает, даже специалисты самого близкого профиля. Исключение только одно - их проштудируют, причем самым придирчивым образом, лишь те, кто собирается применить их в своей работе.

"Я слышал, дам хотят заставить читать по-русски. Право, страх! Могу ли их себе представить с "Благонамеренным" в руках?" - иронизировал в свое время Александр Сергеевич Пушкин. Мало надеясь на то, что публика, вооружившись моим алгоритмом, тотчас примется прослеживать на собственных кухнях слои в торте "Наполеон", я все-таки попробую представить ее с этим моим текстом в руках.

Начнем с названия. Слово "алгоритм", или, не так еще давно, "алгорифм", происходит от имени арабского математика Аль-Хорезми. Современные европейские языки вообще содержат много терминов арабского происхождения. И "алгебра" (аль-джебр), и "зенит" (замт), и "алкоголь", "альманах", "алхимия" пришли к нам с мусульманского Востока. В самой Европе "порвалась связь времен", мрачное христианское средневековье не унаследовало научных и культурных совершенств Древней Греции, воспринятых арабами, и поэтому, снова обратившись в эпоху Возрождения к интеллектуальным ценностям, европейцы оказались вынужденными заимствовать многое у более развитых соседей.

Алгоритм есть последовательность действий, которые надо предпринять для решения той или иной задачи. С чего эта последовательность начинается?

"Возьмя живого петуха...", - читаем сразу под заголовком алгоритма по изготовлению патентованного натурального мумиё. Похожее начало и у алгоритма Евклида: "Обозревай два числа...". Другими словами, прежде всего требуется оговорить характер исходных данных и форму их представления. Что играет роль животрепещущего петуха или бесстрастных чисел в стратиграфических описаниях?

"В видимом низу обнажения залегает серый мелкозернистый хорошо отсортированный песчаник...", - обычно записывает в полевом дневнике геолог после изучения некоторого естественного выхода горных пород. Из песчаника он выколачивает образцы для химических, минералогических анализов, собирает все, какие только смог обнаружить, окаменелые остатки древних организмов. В "камералке" результаты проведенных анализов и палеонтологических определений пополнят первоначальное описание.

В исходных данных фигурируют латинские и русские слова или целые предложения, цифры, отрезки кривых и диаграмм... Набор не слишком удобоваримый для ЭВМ. Необходимо как-то унифицировать его, привести к единому виду.

Обозначим номером 1 "песчаник", номером 2 - "мелкозернистость", номером 3 - серый цвет. Можно дополнительно к перечисленным признакам ввести и обозначить номером 4 конкретный "серый мелкозернистый песчаник", отличая его, таким образом, не только от глин и конгломератов, но и от красных, и от крупнозернистых песчаников. Древний китайский философ Гунсунь Лун утверждал, что конкретное понятие "белая лошадь" образуется при слиянии свойства белизны как такового со свойством лошадности.

Совсем уж нетрудно представить в том же виде и палеонтологические определения. Находки мамонта обозначим номером 5, находки раковинки морской одноклеточной фораминиферы Pseudoelphidiella subcarinata - номером 6.

А как же быть с возможной неоднозначностью определений палеонтологического материала? Ведь, как вы помните, процедура эта не формализована и, следовательно, не имеет гарантированного качества. И поэтому, отнеся найденную раковинку к виду Pseudoelphidiella subcarinata, мы можем ошибиться и назвать этим именем вовсе не Pseudoelphidiella subcarinata и, с другой стороны, настоящих Pseudoelphidiella subcarinata можем квалифицировать как что-то иное. Какие это будет иметь последствия для наших стратиграфических построений?

Представим себе крайний случай. Преувеличения, даже если они и чрезмерны и в практических ситуациях не реализуются, полезны тем, что помогают яснее понять суть дела.

11 января 1613 года, во времена Людовика XIII, недалеко от замка Шомон в долине Роны были найдены гигантские кости. Присутствовавший при сем предприимчивый хирург Мазурье быстро смекнул, что в руках умного человека и бренные останки могут обернуться золотым кладом. Оперативно отпечатал он тексты, в которых объявлял о находке захоронения Тевтобохуса - вождя кимвров, сражавшегося против римского консула Гая Мария. Согласно правдивому сообщению Мазурье (а можно ли сомневаться в честности основоположника доныне процветающей династии мазуриков?), кости были заключены в гробнице длиной 30 футов (более девяти метров) с надписью Teutobochus rex (король Тевтобохус); в том же месте были обнаружены, по заверениям Мазурье, около пятидесяти медалей с изображением Мария.

"Реклама - двигатель торговли" - эта формула была известна и нашим далеким предкам. Сенсация находила и в XVII веке неплохой сбыт. Платные демонстрации Тевтобохуса в Париже и других городах Франции имели серьезный кассовый успех.

Предположим теперь,' что определить наши палеонтологические коллекции мы доверили современному мазурику, который дал нашим находкам мамонта латинское название Teutobochus rex. Как это отразится на решении стратиграфической задачи? Да никак.

Главное, чтобы останки мамонта, названные Teutobochus rex и обозначенные в перечне признаков номером 5, всегда представляли собой одно и то же, и всегда не то, что обозначено другими номерами, например, что это не серый мелкозернистый песчаник (№ 4) и не одноклеточная фораминифера Pseudoelphidiella subcarinata (№ 6).

Разве нельзя правильно взвешивать на неправильных весах? Допустим, вес пятисотграммовой гири заставит стрелку весов отклониться до деления "629 граммов". Разве все те предметы, потянувшие на таких весах на те же самые 629 граммов, не будут равны друг другу как полукилограммовые?

Точки наблюдения, как мы ранее договорились, в каждом реальном описании, по естественным ли, искусственным обнажениям, будем нумеровать снизу вверх. Так, как это делается и в традиционной стратиграфии.

Теперь исходные данные, подготовленные к вводу в ЭВМ, приобрели более удобоваримый вид. Полевое описание по речке Быстрой будет выглядеть так:

1. 1, 2, 3, 4, 5, 28, 30, 32, 39, 0

2. 1, 2, 3, 4, 5, 8, 11, 29, 30, 32, 41, 45, 0

. . . . . . .

8. 1,5, 7/11, 19, 127, 0

9. 6. 8, 14, 18, 45, 69, 0

24. 15, 24, 47, 48, 49, 51, ..., 132, 136, 0

Получив исходные данные в этой форме, ЭВМ приступает, согласно команде введенной ранее в ее память программы, к анализу распространения каждого признака по -изученной территории. Просмотрев все описания, машина перекомбинирует цифры по-другому. Допустим, признак № 5 (Teutobochus rex) в первом описании (по речке Быстрой, обозначим его римской цифрой I) встречается с первой по восьмую точки наблюдения, во втором описании (по склонам горы Острой, занумеруем его как II) - начиная с пятой и вплоть до шестнадцатой точки, и т. д. Признак № 6 (одноклеточная фораминифера Pseudoelphidiella subcarinata) распространен: I - с 9 по 13, II - с 18 по 21, и т. д.

Далее необходимо установить, в каких взаимоотношениях находятся все учтенные нами признаки, то есть кто выше - Teutobochus rex или Pseudoelphidiella subcarinata? А может, они являются неотличительными друг от друга?

Но понятие "выше" для ЭВМ - пустой звук. Машина умеет только считать, это просто большой, очень большой арифмометр. Все, что нам надо установить с ее помощью, должно быть сведено к операциям с числами. Недаром ЭВМ и называется электронно-вычислительной машиной.

К счастью, стратиграфические отношения нетрудно перевести в числа. Номера точек, соответственно порядку полевого описания, возрастают снизу вверх, значит - чем больше номер, тем выше.

"Teutobochus rex" распространен - 1:1-8, 11:5-16. Pseudoelphidiella subcarinata - 1:9-13, II: 18-21, другими словами, и на речке Быстрой, и на горе Острой мамонт "Тевтобохус" ниже фораминиферы.

Проведя сравнение каждого признака со всеми другими, ЭВМ составляет и хранит в памяти таблицу, в которой записаны отношения, кто выше кого, кто ниже, а кто с кем находится в отношениях неотличительности.

Представить ее очень просто: именно такова, например, таблица розыгрыша футбольного чемпионата, где на пересечении строки "Динамо" со столбцом "Спартака" значится результат игры этих команд, далее в той же строке вписан счет встреч динамовцев с "Торпедо", "Пахтакором", "Жальгирисом"...

Анализируя таблицу, программа пытается строить последовательности из признаков. Попробуем начать построение с номера 5. Можно ли представить признак 1 (песчаник) продолжением последовательности, начинающейся с номера 5? Нет, нельзя, потому что признак номер 1 не выше номера 5, в таблице хранится упоминание об их неотличительных взаимоотношениях, мамонт "Тевтобохус" был выкопан именно из песчаника. Проверяем далее номер 2, номер 3, номер 4... Тоже не годятся. Песчаник, в котором обнаружили кости мамонта, как раз и был серым, мелкозернистым.

Наконец, обнаруживается номер 6, который подходит на роль продолжения последовательности, начинающейся с- номера 5,- он выше, чем номер 5. Составляем ее первый отрезок: 5, б...

Просматривая снова, строку за строкой, всю таблицу, ищем признак выше 6-го и так далее, "до упора", например: 5, 6..., 24, 17, когда ни одного признака выше 17-го уже не будет. Достроенная последовательность засылается в оперативную память машины, анализ таблицы продолжается. Каждый ее признак испытывается в качестве возможного начала какой-либо последовательности.

Таким образом выявляются все-все, какие только можно построить, последовательности, для каждой подсчитывается размер горизонтальной развертки, лучшая из них выбирается геохронологической шкалой, а дальше - уж совсем просто, пока машина не отрапортует победно: "Задача решена!", распечатав перечень всех изученных точек наблюдений, с номерами интервалов геохронологической шкалы, к которым их удалось отнести.

Чтобы построить геологическую карту, надо, стало быть, лишь перенумеровать признаки и точки в полевых описаниях, остальное берет на себя ЭВМ. Но не слишком ли все просто? Да нет, пожалуй, ведь построение топографического планшета внешне выглядит почти так же... Надо лишь проверить все как следует...

Долго изобретаем композиции из А, В, С, ..., "как на самом деле", прокручиваем раз за разом все решение от ввода исходных данных до выявления возрастных взаимоотношений.

Но вот все готово, на модельных примерах с самыми разнообразными придуманными усложнениями ответ всегда получается правильным. А как система будет работать на природном материале?

Как можно испытать и отладить новый метод? Так же, как настраивают струну по камертону. Я знал, где найти такой камертон. На Камчатке по личным работам двадцатилетней давности мне известен замечательный район. Он не так прост, чтобы считаться тривиальным, и не у настолько сложен, чтобы оказаться непосильным нашему новорожденному алгоритму, хорошо обнажен, детально описан, а главное - очень похож сам на себя в построениях разных исследователей.

Конечно же, это окрестности Усть-Камчатска, где я когда-то так тщательно изучал стратиграфические последовательности по речке Горбуше и по ручью Хваленскому, где я собрал и определил такие богатые коллекции окаменелостей. И полевые дневники с описаниями, и списки палеонтологических определений долгие годы хранились в моем рабочем столе, и не раз уж было я подумывал: пропащий, бросовый материал, мне он, после резкого поворота в сторону формализации, никогда больше не понадобится.

И вот - понадобился. Добросовестная работа никогда не пропадает даром.

Закодировать признаки не потребовало много времени. Их оказалось 149. Обработать введенные данные тоже не заняло много машинного времени.

Построив все возможные последовательности, а их получилось 13376, машина выбрала лучшую из них в качестве геохронологической шкалы и разнесла по разным ее интервалам все изученные точки.

Геологическая карта, построенная автоматическими методами, оказалась очень похожей на то, что строилось и раньше вручную, традиционными геологическими методами.

Что и требовалось доказать.

Дальше

Оформление - Julia
наполнение - Салина Е.Ю. и Салин М.Ю.
автор материалов - Салин Ю.С.