Формы в мире почв
Шрифт:
Применение модуля (r — исходной меры длины, принимаемой для выражения кратных соотношений размеров почвенных форм) и аргумента (угла ? — независимой переменной величины, от которой зависят значения функции) придает почвенно-геологическим формам и их частям соизмеримость, облегчает их стандартизацию и унификацию.
Таким образом, любой первопричинный элемент z в почвенно-геологических структурах может быть задан парой чисел r — модулем и ? — аргументом, т. е. z = {r, ?}, и определен типом движения в почвенно-геологическом пространстве.
ЧТО ТАКОЕ ПРОФИЛЬ ПОЧВЫ
И КАКИЕ ОН ИМЕЕТ ФОРМЫ
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПОЧВЕННОМ ПРОФИЛЕ
Определить
Приведем другие определения. Почвенный профиль — это «комплекс генетически связанных между собой и морфологически различимых поверхностных рыхлых горизонтов земной коры… Почвообразование выражается в дифференцировке почвенной массы на генетические горизонты» (Захаров, 1935, с. 12). По И. П. Герасимову, М. А. Глазовской (1960), «совокупность генетических горизонтов образует тот или иной генетический профиль почв» (с. 34). Академик К. Д. Глинка (1927) считал, что каждая почва состоит из горизонтов, сменяющих друг друга в вертикальном направлении и связанных единством происхождения. Проще говоря, почва — это самая поверхностная плодородная толща (0,1–2 м), прерывисто покрывающая сушу. Но не все то, что лежит на земной поверхности, является почвой; последняя местами замещается выходами на дневную поверхность плотных горных пород и рыхлых наносов. Поэтому иногда почвоведы называют свои карты «картами почв и наносов». В различных биоклиматических условиях: в тундре, тайге, степи, пустыне почвы внешне неодинаковы, каждая с определенной «физиономией», как говорил В. В. Докучаев. Это разнообразие обликов почв позволяет подразделять их на типы, подтипы, роды, виды. Однако раз-ноликость почв служит и препятствием для создания стройной классификационной системы, так как трудно найти объединяющее начало. Это общее начало можно увидеть в геометрическом строении почвенного профиля.
Если пробурить скважину или выкопать разрез (яму, шурф) и особенно траншею в любой точке Земли, то в пределах верхнего метра можно увидеть, как сверху вниз по мере осветления почвы обособляются горизонты: А — перегнойно-аккумулятивный, или гумусовый, В — переходный, С — почвообразующая горная порода, измененная выветриванием, D — горная порода, не затронутая разрушением (рис. 4).
Впервые эти горизонты выделил выдающийся русский почвовед В. В. Докучаев. Более ста лет ученые и практики всего мира пользуются его стратификацией почвенных толщ. И мало кто задумывается над тем, что горизонты профиля почв — абстракция. Все разнообразие конкретных свойств почв: их механический состав (пески, глины, суглинки), цвет (черный, желтый, серый), содержание солей он свел к трем геометрическим элементарным образам — горизонтам А, В и С, к единой целостной структуре — модели почвенного профиля. Такая абстракция привела к прогрессивному формализованному знанию о почве — почвоведению.
Рис. 4. Способы полевого изучения профиля почв
I — бурение, II — шурфование, III — траншейный метод
Формализованное представление о почве развивается в наши дни путем более глубокого изучения понятий о многомерной почвенной модели, о геометрическом почвенном пространстве, о почвенном теле на основе имеющихся конкретных описаний. На почву уже смотрят не только как на реальное тело, но и как на упрощенный идеализированный образ. Такой геометрический подход, заложенный в основание почвоведения Докучаевым, пронизывает, хотя и не явно, все современные исследования.
Знакомство с размерностью является подготовкой к использованию геометрического принципа научного рассуждения в почвоведении. Оно начинается с вопроса о том, какова размерность изучаемой почвенной системы. Ведь почвенные профили, ареалы и их расположение на плоскости могут быть нульмерными, одномерными, двумерными…., п-мерными.
Геометризация науки, в частности решение проблемы почвенного пространства, занимает умы многих ученых. Совершенствование способов картографирования — это углубленное понимание основ геометрии от нульмерных до n-мерных пространств.
НУЛЬМЕРНАЯ (ТОЧЕЧНАЯ) МОДЕЛЬ
В прошлом земледельцы различали почвы по единичному признаку, противопоставляя жирные (богатые) — тощим (бедным), засоленные — незасоленным, песчаные — глинистым, степные — лесным. В некоторых экономически слаборазвитых странах подобное представление бытует и сейчас. Земледелец извлекает лопатой из ямки почву, чтобы сделать недостаточно обоснованное, но устраивающее его суждение о судьбе будущего урожая. Восприятие образа почвы как изолированной горсти земли соответствует понятию нульмерной модели (рис. 5, а). Дифференциацию почвенной толщи на горизонты при нульмерном подходе не замечают или не придают ей значения. При таком понимании почва — однообразный нанос или однородная выветрелая часть горной породы.
ОДНОМЕРНАЯ (ЛИНЕЙНАЯ) МОДЕЛЬ
Важным шагом к углубленному пониманию природы почв был переход от нульмерной почвенной модели к одномерной. В. В. Докучаев совершил этот переход, проведя вертикальную линию от дневной поверхности до подстилающей горной породы (рис. 5, б) и разделив ее на три неравных отрезка: А, В и С, каждый из которых соответствовал почвенному горизонту. Вместе они образовали единое целое — профиль почвы.
Рис. 5. Размерности профиля почв
а — нульмерная, б — одномерная, в — двумерная, г — трехмерная (искусственное тело)
Особое внимание Докучаев уделял проблеме соотношения почвы (горизонта А) и подпочвы (горизонта ВС). Он установил закон, согласно которому отношение почвы и подпочвы есть устойчивая величина, т. е. свойства этих горизонтов находятся в структурной взаимосвязи, которую можно выразить постоянным коэффициентом, константой. Этот закон, как и другие, характеризуют Докучаева как структуралиста, а его научный подход к изучению почв — как структурный. Во всех почвах и почвенных явлениях он старался увидеть прежде всего структурные связи, отношения.
Для Докучаева отношение — не просто частное от деления одной величины на другую, а структурная связь частей единого целого. Только такое отношение выявляет совокупность устойчивых связей почвы, обеспечивающих ее целостность и тождественность самой себе, т. е. инвариантность. Это означает, что любые преобразования горизонтов приведут к соответствующему изменению структуры почвенного профиля.
Таким образом, в одномерной модели Докучаева следует искать структурные связи между почвой, подпочвой и почвенным профилем, объединяющим почву и подпочву в единое целое — систему. Еще Платон писал: «…но невозможно сочетать две вещи без наличия третьей: между ними необходим связующий элемент. Нет лучше связи, чем та, которая образует из самой себя и связуемых ею вещей одно и неделимое целое. И такова природа пропорций».