Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов
В одномерной модели характер изменений форм горизонтов вдоль или поперек склона не имел значения для определения свойств почвы; в двумерной модели этот признак почвы существен.
Двумерная модель позволяет использовать понятия алфавита и симметрии путем выделения индивидов, или элементарных единиц почвы, — педонов, паттернов. Их периодическая повторяемость в пространстве образует полипедон, или тессера-мозаику. Отношение, переводящее педон в полипедон, называется трансляцией (рис. 7). Каждый тип почвы имеет свой мозаичный мотив (полипедон, тессера-мозаику), повторяющийся многократно.
БОРДЮРЫ — ВИД СИММЕТРИИ,
ХАРАКТЕРНЫЙ ДЛЯ ПОЧВЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ
Рис. 7. Классификация бордюров профилей почв на основе симметрии
Почвы: 1 — чернозем, 11 — каштановая и подзолистая, 111 — криогенная, IV — солонец, V — пустынная песчаная, VI — луговая
Вся мозаика форм почвенных профилей может быть описана симметрией бордюров. Симметрия бордюров — это научное понятие, определение особого вида симметрии, которым можно описать структуру почвенных тел, бесконечно повторяющихся или вытянутых вдоль прямой — оси переносов. Для всех почвенных тел, будь то горизонты, отдельности, агрегаты или ареалы на картах, можно найти ось переносов. Ось переносов, или трансляция, — это вектор, сдвигающий узор вниз или вверх, вправо или влево на отрезок, равный промежутку узора по направлению прямой. Ось трансляции обозначают буквой (а), плоскость скользящего отражения а, трансляцию Т, ось вращения L; в буквенных символах точка означает параллельность, или движение плоскости бордюра по центру рисунка в продольном направлении, а двоеточие — перпендикулярность.
При проецировании элементов симметрии бордюров па плоскость используют следующие обозначения: тонкие горизонтальные линии — оси переносов (а); штриховые линии — плоскости скользящего отражения а горизонтальные толстые линии— обыкновенные плоскости тп, проходящие перпендикулярно чертежу. Вертикальные отрезки прямых изображают следы поперечных плоскостей симметрии; маленькие черные двуугольники, перпендикулярные чертежу, — оси второго порядка. С помощью названных элементов симметрии можно выявить общность между почвами, профили которых на первый взгляд кажутся неодинаковыми, или коренное различие между почвами, профили которых кажутся сходными[7].
Напомним, что слово «бордюр» мы употребляем не в обычном житейском смысле, а как вполне определенный научный термин. В жизни бордюры — это настенная роспись, гипсовые барельефы, узорчатый рисунок решеток на окнах. Почвенные горизонты, если проследить за их динамикой вдоль длинной траншеи, также образуют своеобразные бордюры. Как математик и художник создают и изучают свои узоры, так и почвовед, описав по траншее мозаику (см. рис. 4, III), конструирует абстрактные почвенные образы в виде бордюров, розеток, решеток и других геометрических структур.
На рис. 7 изображены фрагменты почвенных профилей — их верхние части с горизонтами А и частично В. Формы горизонтов могут быть различными, но тем не менее все разнообразие почвенных профилей па Земле сводится к семи (не более!) видам симметрии бордюров. Так, формы гумусовых горизонтов (рис. 7, I): языковатая, дуговая или синусоидальная — для черноземов Европы (верх), пильчатая — для черноземов Америки (середина), карманная, или шевронная, — для черноземов Сибири (низ) все же будут характеризоваться лишь одним видом симметрии бордюров, а именно (а): т. То есть отрезки прямых т перпендикулярны оси переноса (а). Это значит, что, несмотря на разнообразие внешних условий среды луго-степей Европы, Америки и Сибири, внутренние структурные связи в профиле черноземов стабильны и подчиняются в своем пространственном распределении только одному закону симметрии. Здесь формы почвенных индивидов — педонов и их сочетаний — полипедонов обладают высокой степенью симметрии. Такая симметрия — показатель того, что черноземы в энергетическом отношении находятся в устойчивом состоянии.
Каштановые и подзолистые почвы (рис. 7, II) имеют наклонную асимметричную форму мозаик, а потому их сочетания образуют простой ряд бордюров, описываемый символом (а). Схематически бордюр этого типа показан в виде линии и расположенных под ней асимметричных треугольничков. Ось переноса полярна, т. е. свойства бордюра в направлении слева направо (вниз по склону) иные, чем в обратном направлении. Следуя слева направо, всегда встретим острые языки горизонта А, а при обратном движении — только плавные изгибы линий. Создается впечатление однонаправленного поступательного движения.
Мерзлотные почвы (рис. 7, III) повсюду, несмотря на механическое криогенное искажение форм горизонтов, описываются символами (а) — а. Здесь, впрочем как и для рис. 7, IV, ось переноса является осью скользящего отражения, т. е. мозаика приходит в самосовмещение после последовательных переносов на половину расстояния а/2 и отражения в плоскости, перпендикулярной чертежу. Операции необходимо проводить одна за другой, а не порознь: взятые отдельно перенос и отражение не приводят фигуру в самосовмещение.
Столбчатые отдельности солонцов, солончаков и солодей образуют «самый распространенный и вместе с тем самый скучный вид симметрии бордюров» (Шубников, Копцик, 1972), который возникает при комбинировании оси трансляций с поперечной и продольной плоскостями симметрии (рис. 7, IV).
Предельный случай этого вида симметрии (а0):2-m осуществляется в однообразном профиле почвы, например в слитоземе, торфе, такыре, песке, где ось непрерывных (сплошных) переносов а0 перпендикулярна плоскости симметрии т.
Границы профиля пустынных почв с близким залеганием горных пород (рис. 7, V) напоминают контур дубового листа. Такая форма профиля описывается символами (а)*т. Здесь наряду с переносной мы имеем зеркальную симметрию: бордюры зеркально симметричны относительно прямой, делящей почвенный профиль пополам в продольном направлении. Ось переноса является также осью симметрии, или, иначе, ось переносов комбинируется с продольной плоскостью симметрии (а) * m, т. е. ось (а) параллельна плоскости т.
Луговые почвы (рис. 7, VI), несмотря на их разнообразие, чаще подчиняются закону симметрии (а):2*а.
ТРЕХМЕРНАЯ (ОБЪЕМНАЯ) МОДЕЛЬ
Наличие нульмерного, одномерного и двумерного образов почвенного профиля предполагает возможность построения и трехмерной модели. Однако словосочетание «трехмерная модель почвенного профиля» неверно, так как профиль — понятие двумерное. Трехмерность предполагает, помимо вертикального профильного, еще одно измерение — горизонтальное, вдоль плоскости земной поверхности. Лишь естественное сочетание плоскости и вертикали дает объемное представление о почве. Но не такое, какое видим в некоторых книгах, — вырезанные из почвы квадратные или иные призмы в форме педонов (например, как на рис. 5,г).
Такие искусственные трехмерные фигуры имеют узкое назначение:
