Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов
Конечно, модель, представленную на рис. И, нельзя считать завершенной. Она требует еще больших доработок. Но главное ее достоинство — установление в основе реального почвенного покрова Земли воображаемого геометрического каркаса, обладающего свойством симметрии. Симметрия придает концепции о структуре почвенного покрова логическое изящество, что находит отражение в гармонии его реальных форм и связанных с ними физических, химических и минералогических свойств.
ЕЩЕ ОБ ОДНОЙ СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ ЕВРАЗИИ
Рис. 12. Модель структуры почвенной поясности в пределах Евразии
М. М. Филатов (1945) создал рисунок, С. А. Захаров построил первое в мире геометрическое пространство части континента, Я. Н. Афанасьев — всей Земли. Надо было двигаться дальше, охватывая формализованными представлениями другие элементы почвенного покрова. Именно этому и посвящена данная глава. В ней обосновываются пути развития почвенных моделей, как одномерных профильных, так и площадных, на основе теории симметрии и идей общей теории систем. Последняя разработана Ю. А. Урманцевым (1974, 1978) и успешно применена к природным объектам В. Ю. Забродиным (1981), С… И. Сухоносом (1983), а теория симметрии широко используется в работах Н. П. Депенчук (1963), И. И. Шафрановского (1968), Э. М. Сороко (1984).
Рассмотрим модель, которая раскрывает структуру почвенных профилей от пустынных холодных берегов Арктики (Карское море) до жарких пустынь Каракумов в Туркменистане (рис. 12). Модель имеет естественные границы, оконтуривающие Туранскую, Казахстанскую и Западно-Сибирскую геосистемы, а также четко выраженные почвенные структуры склонов северной и южной экспозиций.
Главный строительный элемент модели — отрезок прямой линии, который характеризует по вертикали толщину горизонтов А, В и С, образующих почвенный профиль, а по горизонтали — ширину почвенных поясов. Данные по мощностям горизонтов брались лишь для нормально развитых почв повышений. Выбор мощностей основывался на большом фактическом материале: красочных зарисовках профилей почв Я. Н. Афанасьева (1930), Н. А. Качинского (1965), в определителе «Почвы СССР» (1979), цветных фотографиях из книг советских и зарубежных авторов. Огромную ценность представляли почвенные монолиты музеев страны. Для контроля автор использовал экспедиционные материалы, которые обнаруживали соответствие свойств реальных почв модельным.
В. В. Докучаев особое внимание уделял выявлению характера пространственного распределения почвенных горизонтов; им сделаны тысячи замеров, многие из которых он опубликовал в виде сводных таблиц. Выделив по окраске почвенные горизонты и установив таким образом качественные отношения, Докучаев пытался обнаружить и численные соотношения между ними. Поражает его способность гармонично мыслить: он умело сочетал связи между мыслью и числом, между качеством и количеством.
Измерения, число и образ — важнейшие ступени познания от качества к количеству. Напомним, что количественные отношения обнаружить проще и легче, чем качественные, Поэтому «найти за этими более простыми и доступными наблюдению отношениями скрытую качественную сторону изучаемых явлений — это одна из задач деятельности мышления» (Кедров, 1983). С помощью пропорций в науке сделано много открытий: большинство известных нам законов физики и химии обосновываются простыми соотношениями чисел. Любая система, базирующаяся на наблюдаемых числах, будет «заслуживать предпочтение перед другими системами, не имеющими численных опор» (Менделеев, 1877).
Модель автора книги (см. рис. 12) разработана в двух вариантах. В первом устанавливаются пространственные структурные связи между горизонтами А в системе поясности, а во втором — между горизонтами А, В и С в профилях различных почв. Рассмотрим первый вариант модели, следуя схеме академика Б. М. Кедрова (1983).
Познание конкретных свойств почв начинается в поле, где в выкопанных разрезах констатируются фактические мощности горизонтов А. Все реальное затем переводится в численные соотношения. Делается это поэтапно следующим образом. Полевые наблюдения показали, что фактические мощности горизонтов А равны 5 см в пустынном светлоземе, 8 см в серо-бурой почве, 13 см в бурой полупустынной, 21 см в светло-каштановой, 34 см в темно-каштановой почвах, 55 см в черноземе обыкновенном, 89 см в черноземе выщелоченном (мощном). От последнего через серые лесные и подзолистые почвы к тундровым ряд мощностей горизонта А уменьшается в последовательности: 55, 34, 21, 13, 8, 5 см.
Таким образом, в полевых условиях получены реальные мощности горизонта А основных почв — эмпирические числа, которые в отдельности не раскрывают никаких секретов природы.
Следующий этап познания — связывание этих отдельных, казалось бы, случайных чисел в ряд — позволяет обнаружить определенную закономерность. Она выражается в последовательном возрастании мощностей горизонтов А с юга на север, от песчаных светлоземов к лугово-степным мощным черноземам, достигая максимума (89 см) в черноземах, а затем к северу снова уменьшаясь до 5 см в тундровых почвах. Таким образом, получается ряд: 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 55, 34, 21, 13, 8, 5 см.
На очередном этапе исследования ставится задача — обнаружить в этом ряду эмпирический закон, который выступил бы как обобщение всего данного ряда чисел. Деление каждого последующего числа на предыдущее, т. е. поиск отношений между мощностями горизонта, дает постоянную величину, равную 1,618… Следовательно, в данном ряду, характеризующем изменение мощностей горизонта А в системе широтной поясности, мы видим замечательную возвратную последовательность чисел Фибоначчи[12]. В этом ряду мощность любого почвенного горизонта равна сумме двух предыдущих мощностей, например 21 см каштановой почвы есть сумма двух предыдущих чисел, 8 и 13 см (бурой и серо-бурой почв). Все это свидетельствует о том, что приращение мощностей почвенного горизонта А, как и других (В, С), в системе поясности подчиняется закону симметрии подобия.
Таким образом, правильность увеличения (и уменьшения) мощностей почвенных горизонтов, наблюдаемая в модели (см. рис. 12), приводит к мысли о том, что за этой упорядоченностью чисел скрывается фундаментальная закономерность почвообразования, количественно обосновывающая установленный В. В. Докучаевым закон горизонтальной почвенной поясности. Теперь покажем, что подобная же закономерность выявляется и в соотношении отдельно взятых горизонтов А, В и С по вертикали.
Вооружившись платоновским изречением: «Геометрия приближает нас к истине», выпишем числовые характеристики модели, представленной на рис. 13. У чернозема обнаруживаются следующие отметки нижних границ горизонтов от поверхности склона вниз к горной породе: 89, 157, 210 см, а также мощности горизонтов: для А 68 см (157—89 = 68), для В 53 см (210–157 = 53). Наиболее значительным является горизонт А чернозема в центре модели: его мощность равна 89 см. Если это значение разделить на величину мощности лежащего под ним горизонта В, а эту последнюю на мощность горизонта С, то получим: 89:68 = 1,3 и 68:53 = 1,3.
Проведение подобных операций с другими почвами (каштановыми, бурыми, подзолистыми, тундровыми,
