Формы в мире почв
Шрифт:
Рис. 8. Иерархия структурных единиц по размерам: от атомов (1 А) до почвенных агрегатов (1 см)
I — атомарный уровень: а — водород, б — углерод, в — азот, г — кислород, д — натрий, е — хлор.
II — молекулярный уровень: а — кислород ~ (mm) б — углекислый газ ~mm; в — вода 2m; г — хлористый водород ~ m;
Электронно-микроскопические фотографии атомов: ж — белка каталазы, з — алюмо-иттриевого граната (Вайнштейн, 1979), и — хлорированного фталоцианина меди («Наука и жизнь», 1983, № 9, с. 55)
Рис. 8 (продолжение)
II — элементарные специфические ячейки: а — молекула ДНК, б — глинный минерал галлуазит, е, г — гуминовая кислота, IV — ядра конденсации коллоидных частиц: а — кристаллы бацилл, б, в — вирусы
Рис. 8 (продолжение)
V — первичные коллоиды- а — крупные амебоидные клетки, зажатые между грибными гифами, б — ловчее кольцо хищного гриба, в — колонии иловой бактерии, г — микробы, атакующие минеральное зерно (Аристовская, 1965); VI — ультра-микроагрегатный уровень: а, б — черноземы, в — серые лесные почвы, г — каштановые и подзолистые почвы, д — такыры, е — болотные и луговые почвы
Рис. 8 (окончание)
VII — микроагрегатный уровень: а — глинистые овальные агрегаты, б — углеподобные растительные остатки, в — сетчатая глинистая плазма, г — округлое образование с концентрической ориентировкой плазмы (Парфенова, Прилова, 1977) VIII — макроагрегатный уровень: а — додекаэдр, б — тетраэдр, в — гексагональная призма, г — куб, д — квадратная призма, е — тригональная бипирамида, ж — эллипсоид, з — моноэдр
Различная ориентировка окислов железа в шлифах, взятых из разновозрастных почв, доказывает, что биогеохимические процессы на данном и более высоком уровнях организации коррелируют с магнитными полями, которые периодически через века и тысячелетия меняют направленность. При этом в связи с полярной инверсией магнитного поля меняется видовой состав почвенной микрофауны и микрофлоры, увеличивается или уменьшается скорость размножения, переориентируется структура тончайших органо-минеральных частиц. Кроме того, в разных точках Земли намагниченность почв разная, особенно она высока на Дальнем Востоке. Это влияет на парамагнитный резонанс электронов (работы Е. А. Завойского, С. А. Алиева).
Уровень III, элементарные специфические ячейки размером 10—100 А с тождественными формами и параметрами блоков: диаметр 10–20 А, высота 10–30 А, расстояние между слоями по вертикали 2,3–3,6 А, число слоев, расположенных параллельно, 4–6; угол кручения создает спиральную пространственную правизну-левизну (рис. 8, III).
Макромолекулы этого уровня «подражают» по форме одна другой, как бы стараясь одинаково отразиться в зеркале. Отражение в неживой природе подобно примитивной памяти; это процесс адекватного соответствия форм, их взаимного запечатления, передачи основных структурных качеств молекул. При образовании устойчивых почвенных молекул из неустойчивых необходимо, чтобы последние имели упорядоченность, обусловленную какими-то предпочтительными стереохимическими отношениями. В противном случае, если бы молекулы образовывали неустойчивые, хаотичные структуры, их физические свойства были бы непредсказуемыми, а их функции (например, плодородие) невыполнимыми.
Предполагают, что взаимодействие органических и минеральных молекул в современных естественных условиях приводит к созданию специфического для почв органо-глинного минерала (Ковда, Трубин, 1977). Местоположение его составных частей в иерархии почвенных тел рассчитано теоретически (Ковалева и др., 1984). При этом возникает предположение о возможной информационной роли молекулы ДНК в структурообразовании. Этот биополимер в относительно больших количествах в свободном состоянии находится в почвах и коррелирует с содержанием гумуса (работы И. В. Асеевой, Н. С. Паникова, О. Т. Самко, Д. Г. Звягинцева). Видимо, молекулы ДНК почвенных растительных и микроскопических живых организмов контролируют, правда, в очень коротком жизненном цикле, при отмирании клеток, наследственные признаки. Вероятно, в почвах молекулы ДНК и РНК способны «размножаться», синтезируя полимеры с помощью минеральных матриц как источников информации кода. Сочетание минералогического кода с кодом нуклеиновых кислот, по-видимому, может дать матричный синтез органо-глинных минералов — первичных почвенных тел. Эта идея требует строгой проверки.
Уровень IV, ядра конденсации коллоидных частиц размером 100—1000 А. По данным академика Е. Н. Мишустина (1975), любому типу почв соответствует своя микробная ассоциация, каждая с доминантными формами микроорганизмов. Геометрическое соответствие форм микроорганизмов типам почв еще не выявлено, но многое видно из микрофотографий (рис. 8, IV): а — кристаллы бацилл (Вайнштейн, 1979), б, в — вирусы (Феннер и др., 1977). Вирусы и микроорганизмы выполняют огромную разрушительную и созидательную роль при почвообразовании. Но и сами по себе они, как физические тела, служат центрами агрегации, или затравками, определяя конфигурацию почвенных тел следующего уровня.
Микроорганизмы могут иметь формы: 1) спиральные, или палочковидные; 2) изометрические, или сферические; 3) симметричных многогранников, или икосаэдрические. Так, в черноземах преобладают изометрические микробы, образующие микроагрегаты почв сферической формы — наиболее «выгодные» энергетически природные структуры. В каштановых и подзолистых почвах развиты спиральные микробы, образующие призматические агрегаты.
Уровень V, первичные коллоиды размером до 10000 А. Образуют агрегаты иловатой фракции (менее 0,001 мм) почв; их структура определяется симметрией микробных пейзажей (рис. 8, V). Каждый из этих микробных узоров, как видно на фотографиях, имеет определенную симметрию: а — плоской кристаллографической решетки (гексагональную, косоугольную), б — спиральную, в — радиальную, г — бордюрную.