Формы в мире почв
Шрифт:
Возможности континуальных методов еще слабо изучены. Поэтому в книге внимание фиксируется на дискретных свойствах почв. Именно настрой на анализ почвенных систем с помощью дискретных движений позволил обратить внимание на группы симметрий правильных многогранников и на кристаллические группы. В качестве элементов здесь берутся геометрические движения (преобразования). Инвариантами этих движений являются пространственные интервалы, которые определяются модулем, или аргументом. Так, вращению на 360° соответствует поворотная ось первого порядка L1, на 180° — ось второго порядка L2, на 120° — L3, на 90° — L4,
Заметим, что на неформальном уровне споры о прерывности и непрерывности почвенного и геологического пространств вообще неразрешимы. Поэтому нам следует поспешить с формализацией почвенных представлений.
ДИНАМИКА — СТАТИКА
В механике изучают особенности движения тел (динамику) и условия их равновесия, покоя (статику) под действием приложенных сил. На картах почвенные тела показаны в состоянии покоя, так как существующие способы картографирования не дают возможности отображать их динамику. До недавнего времени такое положение не вызывало возражений: основная задача заключалась в инвентаризации почв. Лишь в наши дни возникла необходимость рассмотрения почв и ландшафтов в развитии, и не просто почв и ландшафтов вообще, а почвенных тел и систем, обладающих различными формами.
Раньше считали, что природные ресурсы: почвы, воды, полезные ископаемые — неисчерпаемы. Теперь стало ясно: природа одновременно теряет и возобновляет свои богатства. Но как это она делает — неизвестно. Старыми способами картографирования эти изменения природы выявить не удается. Поэтому возникла идея построить новый тип карт — динамических, на основе топографических карт с горизонталями (изогипсами) и с одновременным использованием аэрокосмоснимков.
В чем же секрет нового метода картографирования, который может отобразить соотношение статики и динамики в науках о Земле? Как известно, топографическая карта строится путем нанесения изогипс, отражающих все формы рельефа. Поэтому в ней в сжатом виде формализованы важнейшие сведения о состоянии земной поверхности. Однако при этом не исчерпаны все те потенциальные возможности, которые заложены в топокарте. В чем-то этому помешало появление аэрокосмических снимков. Многие увлеклись ими, позабыв о топокарте или придавая ей второстепенное значение. В результате была не замечена та смысловая нагрузка, заложенная в топокартах, которая могла бы привести к выводу фундаментальных понятий в науках о Земле.
Изображение на карте изогипс — самый совершенный, удобный, емкий и информативный способ представления и наглядного восприятия рельефа. Изогипсы — это линии с равными высотными отметками: движением вдоль них, т. е. вдоль склона, достигается статичность состояния. Поэтому изогипсы на картах отражают статический, равновесный характер земной поверхности, а отрисованные по ним контуры почв, рельефа, наносов, грунтовых вод можно назвать статическими.
Природные явления протекают под влиянием сил гравитации. Любой водный или грязекаменный поток стремится вниз по уклону местности, поперек склона, т. е. по нормали к изогипсам. Это привело нас к мысли, что надо строить карты нового типа — по перпендикулярам, каждая линия которых не имеет равной высоты. Контуры почв, наносов, грунтовых вод, построенные по нормали к горизонталям, можно назвать условно-динамическими, а сами карты, составленные этим способом, — картами пластики рельефа, или объемно-графическими.
Новый способ
Карта — первичная исходная информация о свойствах почв. Если эта информация будет отражать статику, то мы получим один вывод, если динамику — другой. Прогресс науки и качество инженерно-мелиоративных проектов зависят от выбора способа отражения почвенных структур или от умения использовать статику и динамику в диалектическом единстве.
НУЛЬМЕРНОСТЬ — МНОГОМЕРНОСТЬ
Почвенная наука, как все естествознание, начала развитие с нульмерного понимания почвенного пространства, когда вся информация о почве умещалась в одном образце земли, взятом лопатой из неглубокой ямки. Затем появилось докучаевское описание почвенного профиля — одномерное, приведенное к вертикальной линии. Почвенное картографирование привело науку к двумерным представлениям, когда на карте стали изображать ареалы, напоминающие различные геометрические фигуры.
В наши дни делаются первые робкие попытки «монтажа» двумерного ареала с профилем, чтобы создать трехмерный образ почвенного тела. Некоторые исследователи пошли дальше: они изучают возраст почв и конфигурацию разновозрастных ареалов с тем, чтобы с их помощью воссоздать четырехмерное и п-мерное почвенное пространство. Вот здесь-то и появилось непредвиденное. Выяснилось, что в почвенном теле запечатлены формы и свойства многих различных временных эпох. Таким образом, с дискретным почвенным пространством оказалось связано еще одно его свойство — многомерность.
В кубометре любой почвы содержатся практически все химические элементы. Они образуют молекулы, соединения, минералы. Пусть каждый элемент или минерал имеет свою форму. Тогда в почве можно обнаружить миллионы различных форм, от видимых глазом до субмикроскопических.
Любое почвенное тело включает в себя множество других тел. Поэтому не так просто установить его естественные границы. Приходится выбирать одну из множества линий на плоскости. В этом главная трудность полевого картографирования. Почвенное тело на разном уровне организации n-мерно и несет бесконечные сведения, а сумма этих бесконечностей должна быть отображена на карте всего лишь одной линией.
Почему почва проявляет себя во множестве обличий? Видимо, иначе она не смогла бы записать всю накопившуюся за века и тысячелетия информацию о прошедших событиях, связанных с эволюцией. Но, пожалуй, стоит удивляться не тому, что почва многомерна, а тому, что в ее необъятном мире форм все-таки обнаруживается нечто завершенное, единое, закономерное. Иначе говоря, природа почв целесообразна не только в своей сложности, но и в наличии таких комбинаций форм, которые вновь дают простые сочетания. Последние и создают иллюзию простоты строения почвы.
Начав с нульмерного, самого простого, элементарного, мы заканчиваем исследование сложными построениями. Затем это сложное представляем как сумму простого. Нам начинает казаться, что почвенный мир познан. Но кто-то может сказать: «Ваша сложность есть лишь элемент следующего порядка», и поиск продолжится. С этим приходится смириться: ведь мы соприкоснулись с многомерностью природы.
КОНЦЕНТРАЦИЯ —
РАССЕЯНИЕ (ДЕКОНЦЕНТРАЦИЯ)