Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов
СВЯЗЬ МЕЖДУ ЧИСЛОВЫМИ
И КАЧЕСТВЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МОДЕЛИ
Можно подумать, что модели, представленные на рис. 12, 13, дают числовой ряд мощностей почвенных профилей без раскрытия их физического содержания. Однако этот ряд, характеризующий геометрическую структуру почвенного пространства, имеет рациональный смысл: за ним скрывается упорядоченность водно-физического и геохимического состояния почв. Леонардо да Винчи писал: «Пропорция обретается не только в числах и мерах, но также и в звуках, тяжестях, временах и положениях, и в любой силе, какая бы она ни была» (1933, с. 37). Данные таблицы подтверждают его слова. Они показывают, что в основании числовых рядов лежит идея взаимосвязи геометрии почвенного пространства с его вещественным составом.
В таблице приведены те же типы и подтипы почв, что и в модели (см. рис. 12). Оценка их элементов плодородия дана по литературным материалам, которые были подвергнуты статистической обработке (Петербургский и др., 1985). Как видно, величины элементов почвенного плодородия: калий, фосфор, азот — образуют зеркально-симметричный ряд. Максимальные их значения приурочены к центру модели — к чернозему. К северу и к югу от него они убывают в последовательности, подчиняющейся закону масштабной симметрии, с интервалами 1,6 и 1,3.
Другие свойства почв также имеют подобные соотношения. Так, отражательная способность почв образует ряд чисел Фибоначчи: 3 % — чернозем мощный, 5 % — чернозем обыкновенный, 8 % — темно-каштановая, 13 % — светло-каштановая, 21 % — бурая полупустынная, 34 % — серо-бурая, 55 % — такырная пустынная (светлозем). Затраты энергии на почвообразование как в горизонтальном ряду поясности, так и по глубине профиля также соответствуют ряду чисел Фибоначчи.
Что же лежит в основе этой фундаментальной закономерности, которая так близка к закону периодической повторяемости элементов? Следует обратить внимание на относительное преобладание характерных химических элементов в следующих почвах: Na и К в пустынных, Mg и Са в полупустынных, С в черноземах, N, Р в лесных, S в подзолистых, Сl в арктических пустынях. И хотя многое еще в этом спорно, но закономерное распределение почв и указанных химических элементов можно, вероятно, связать с периодическим изменением количественного отношения атомов в гидридах: число присоединенных атомов водорода оказывается равным номеру группы элемента в таблице Менделеева (или 8 минус номер группы). Как видим, металлы составляют левое крыло модели (см. рис. 13), а неметаллы — правое.
Видимо, периодичность свойств почв в ряду горизонтальной (и вертикальной) поясности можно объяснить тем, что через определенные интервалы повторяются сходные виды электронных конфигураций атомов. Ведь число электронов в атоме определяет его поведение при почвенных реакциях: последнее зависит от энергии, необходимой для отрыва электронов от атома. Значит, возникающие в почве электрические заряды связаны с валентностью атомов. Вероятно, информация о будущих микро-, макроагрегатах, горизонтах и профилях кодируется в структуре электронных оболочек характерных для каждой почвы химических элементов.
Гидриды правой части модели (см. рис. 13) — это молекулы, где число атомов водорода определяется числом не ионных, как в левой части, а ковалентных связей. Здесь формируются первичные элементарные ячейки, аналогичные ячейкам левой части модели, являясь их зазеркальными двойниками, или изомерами. Так, известен факт сходства морфологии и химического состава тундровых (правая часть) и пустынных (левая часть) почв; затраты энергии на почвообразование у них также одинаковые.
Видимо, существует пока еще не выясненная симметрия почвенных законов — инвариантность по отношению к зеркальному отражению. При отражении в зеркале (по середине модели) каждый почвенный профиль левой части превращается в соответствующий по геометрической структуре и вещественному составу профиль правой части, но с другим знаком. Можно полагать, что вещественные свойства первичных ячеек, передающиеся ячейкам других уровней организации почв, вплоть до макроагрегатов, находятся в периодической зависимости от числа валентных электронов характерного для каждой почвы химического элемента и образуемых им электромагнитных полей.
Именно на атомарном и молекулярном уровнях начинают образовываться специфические первичные вещества, структура и свойства которых отличают почву от непочвенных тел, например от горных пород (Ковалева и др., 1984). Действительно, несмотря на значительные изменения среды в ряду горизонтальной поясности, специфика почвообразования: формирование гумусового профиля, горизонтов, агрегатов — сохраняется неизменной. Это значит, что в любой почве Земли отношения между ее морфологическими и физико-химическими свойствами остаются постоянными. Вероятно, сущность почвообразования обусловлена внутренними причинами, связанными с гравитацией и электромагнетизмом, перераспределяющими массу и заряды живого и неживого. Гравитационные и электромагнитные поля, пронизывающие иерархическую структуру почвенных тел, создают внутрипочвенный механизм, который управляет всеми свойствами почв.
Итак, одномерные модели сыграли свою положительную роль в развитии почвоведения. За ними сохраняется будущее, ибо с моделированием связаны самые общие и строгие законы почвоведения. Но одномерные модели ограничивают возможности научного поиска, тогда как двумерные снимают эти ограничения, позволяют шире рассматривать окружающие нас почвенные формы. Однако в двумерном мире почв обнаруживают себя другие ограничения разнообразий, другие законы природы. Посмотрим, как они проявляются.
ПУТИ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
О РАЗМЕРНОСТЯХ ПОЧВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ
ОТ НУЛЬМЕРНЫХ К ДВУМЕРНЫМ
Две тысячи лет тому назад, во времена Евклида, появилось учение о формах пашен — геометрия: «гео» — земля, «metren» — измерение, т. е. землемерие. В те далекие времена господствовала нульмерная концепция, когда почвенный покров воспринимался как участок склона или пашни, без связи с соседними территориями (см. рис. 9, а).
Нульмерные представления в почвоведении и картографии критиковал В. В. Докучаев. По его мнению, при нульмерном, подходе почвы воспринимаются в виде изолированных, не связанных друг с другом тел, не отражающих пространственную закономерность. На таких картах хаотично разбросанные почвы останцов, куполов, замкнутых понижений имеют по единственной особенной точке, к которой они «жестко» привязаны. Особенные точки ареалов совмещаются сами с собой всеми операциями симметрии. По этой причине их называют конечными, точечными, или ареалами нулевого измерения — нульмерными, тогда как Докучаев видел «всю прелесть естествознания» в изучении не изолированных, точечных, а взаимодействующих почвенных тел, т. е. выходящих за пределы нулевого измерения.
В природе почвенные тела объемные, а на картах и фотографиях плоские: при переходе от реального, увиденного в поле, к абстрактному, показанному на карте, теряется одна размерность. Задача специалистов — восполнить на картах эту потерю путем разработок оригинальных способов «объемного» изображения почвенных тел; метод рисовки пластики — один из них, но существует много других.
Почвенные тела имеют «лицо» и «изнанку», которые можно
