Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов
Таким образом, изучение эволюции почвенных элементов и систем с помощью принципов симметрии-диссимметрии в скором времени станет актуальной темой в теории почвообразования.
КЛЕТОЧНАЯ СТРУКТУРА ЗЕМЛИ
И ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА
Планигоны суши определяют естественные границы почв и ландшафтов на всех уровнях организации. При этом от уровня к уровню закономерно изменяются размеры ареалов; через определенные геометрические интервалы преобразуется их качество. Об этом писали еще В. И. Вернадский и Б. Л. Личков. Учению об уровнях предшествовала концепция диспропорциональности. Диспропорциональность — важная качественная черта пространства Вселенной, позволяющая выделить в нем разные состояния симметрии. Б. Л. Личков (1960), ссылаясь на В. Н. Хитрово, указывал, что виды состояний геометрического пространства земной коры зависят от размеров слагающих ее объектов: при малых оно имеет одни свойства, при больших — другие. Чем меньше по размеру объект, тем больше у него отношение периметра к площади поверхности, а последней — к объему.
Если от геометрического пространства перейти к пространству материальному, то изменения количественных отношений периметра к поверхности и поверхности к объему обусловят качественные изменения, ибо, как писал Хитрово, «…нет подобия тел вне геометрии» [цит. по: (Личков, 1960, с. 67)]. Эти качества и определяют виды состояний геометрического пространства, или его структурные уровни, иерархию геологических и почвенных тел, рельефа.
Н. Ф. Гончаров с соавторами (1975) выдвинул интересную гипотезу, согласно которой Земля разбита на двадцать треугольников, образующих многогранник — сферический икосаэдр — своеобразный кристалл. Каждый элемент этого «кристалла» имеет свое значение: вершины треугольников — местоположение мировых цивилизаций, крупных месторождений; вдоль одного из ребер в пределах СССР проходит полоса царственных почв — черноземов, а в центрах «европейского» и «сибирского» треугольников расположены обширные биогеохимические аномалии. Эта гипотеза долго не принималась всерьез. Но в последние годы появляются данные, подтверждающие многие ее положения.
Проблема разбиения земной коры трещинами на правильные фигуры в наши дни рассматривается не только в геометрическом, но и в генетическом аспекте.
Важно знать, как они образуются. Одни исследователи считают, что Земля разбита трещинными разломами по направлениям: СЗ — ЮВ, СВ — ЮЗ, 3 — В, Ю — С. Трещины чередуются с интервалом в 30–60°, в среднем в 45°; их сеть образует клеточную структуру, но неподвижную, стационарную. Другие полагают, что эта структура мобильна: блоки земной коры перемещаются со сдвигом по окружности.
Клеточная геологическая структура, или каркас земной коры, передает свой геометрический рисунок почвенному покрову, который может состоять из всех форм параллелогонов и планигонов (рис. 15, Д), а также сочетаться на плоскости всеми пятью способами (см. рис. 2). Формы геологических тел во многом определяют границы почвенных ареалов, их специфику, связанную с особенностью литологического состава горных пород. Но солнечная энергия и гравитация вносят свои коррективы.
Клеточная структура почвенного покрова — явление не случайное. Оно вызвано необходимостью аккумулировать с помощью растений солнечную энергию, преобразовывать ее и передавать от клетки к клетке. Солнце выдает на поверхность почвы определенные кванты энергии. Дальнейшая судьба свободной энергии зависит от способности почвенных структур, эволюционируя, организовать мобильность диссипативных форм. В этом убеждает рис. 16, из которого видно, что почвы теснее связаны с границами тектоно-геологического фундамента, чем с климатическими поясами. Почвенные ареалы крупных территорий, объединяющие несколько сходных типов почв, следуют полигональным и криволинейным геолого-тектоническим телам. Внутри этих тел ареалы образуют упорядоченные однородности иного рода — по типам и подтипам почв, а затем на другом, более низком уровне — мобильные диссипации, родовые и видовые.
Рис. 16. Фрагмент карты почвенных структур Казахстана. Спиральные, кольцевые (а, б), синусоидальные (в) и линейные (г) структуры
Можно предположить, что периодически возобновляемые гармоничные изменения земной коры и почвенного покрова коррелируют не только с прямым притоком энергии Солнца, но и с характером преобразования этой энергии системой почвенно-геологических блоков-клеток. Наши знания о ландшафте будут недостаточными до тех пор, пока мы не выясним, на каком эволюционном уровне упорядоченности структур (юности, зрелости или старости) находятся изучаемые участки земной коры и почвенного покрова.
СИММЕТРИЯ ФОРМ
Многообразие природных форм вызывает необходимость построения их единого алфавита. Е. С. Федоров (1901) установил, что число возможных форм равно 230. Его работы послужили мощным импульсом к изучению конфигураций тел во всех науках. Однако анализ форм вообще, в отрыве от вещественного состава, носит абстрактный характер. Внимание привлекают работы, в которых обнаруживаются связи между формами и веществом. Так, О. М. Калинин получил проективное многообразие, расширяющее группу Федорова до 273, связав это число с изотопным составом химических элементов.
Почвоведы, геологи и географы используют теорию формообразования, основные положения которой базируются на элементах и операциях симметрии. С их помощью строятся полигональные, криволинейные и ветвящиеся формы почвенных тел разных уровней организации. Поэтому поиск связи форм с элементами и операциями симметрии для почвоведения имеет особое значение.
Понятия симметрии можно применять не только к идеально правильным фигурам, но и ко всем объектам природы, которая не создает ничего абсолютно точного. Даже кристаллы на самом деле деформированы, искривлены. «Если присмотреться повнимательнее, то можно заметить, что ни одну разновидность симметрии вокруг нас нельзя считать точной. Идеальная симметрия существует только в нашем воображении» (Узоры симметрии, 1980).
Человеческое зрение отмечает отклонения от идеальной формы, а мысль восстанавливает искаженное до правильной фигуры, поэтому трудно перейти от конкретного полевого описания к абстракции — теоретическому обобщению. Этот переход помогает совершить симметрия, которую «можно обнаружить везде, если знать, как ее искать… стоит лишь нам постичь, что такое симметрия, как мы начинаем обнаруживать ее повсюду» (Узоры симметрии, 1980, с. 13). Действительно, лишь однажды увидев чудесный мир упорядоченных почвенных структур, невозможно отказаться от стремления познать его, найти ему математический аналог.
Н. П. Херасков (1965) различал геологические формации по степени приближения их к идеальным фигурам: к трехмерным — шару, эллипсоиду, октаэдру, конусу, параллелепипеду; к двумерным — окружности, эллипсу, ромбу; к одномерным — прямой, изогнутой линиям [цит. по: (Васильев, 1974)].
И. И. Шафрановский (1968) классифицирует формы рельефа с помощью элементов симметрии: точки, оси, плоскости, относительно которых проводятся движения: вращения, отражения, перестановки, сжатия (см. рис. 15, Г). Так, купол земной коры (а) имеет симметрию конуса L∞∞P, т. е. включает бесконечное число осей и плоскостей; вал (б) — одну плоскость Р,
