Формы в мире почв
Шрифт:
А. А. Богданов (1873–1928 гг.) разработал теорию структур и систем «всеобщей естественной науки». Им доказано наличие единых и общих (аналогичных) структурных связей для самых разнородных природных явлений. Для почвоведения важен его вывод о том, что «структурные отношения могут быть обобщены до такой же степени формальной чистоты схем, как в математике отношения величин».
Метод аналогий основан на принципе симметрии. И тот и другой предполагают отыскание такого общего признака почв (например, геометрию пространства), от которого должны зависеть иные свойства: вещественные, энергетические. Всеобщность этого метода была понята ведущими почвоведами. Поражает смелость и научная обоснованность проводимых ими аналогий. Так, Я. Н. Афанасьев устанавливает связь между горизонтальными и вертикальными почвенными поясами
По С. А. Захарову (1935), «образование охристоболотистых луговин или торфяников… нужно считать полными аналогами солонцов сухих областей». Создается впечатление, что иероглифы на почвенных профилях холодного севера и теплого юга — «дело одних рук», зеркально отраженных. Фрэнсис Бэкон (1627) считал, что «тепло и холод — это две руки природы, которыми она делает почти все» (надо добавить: с отображением левизны и правизны).
Несмотря на различия биоклиматических условий севера и юга, важнейшие почвообразовательные процессы оказываются аналогичными. Почвенные узоры нарисованы как бы разными «чернилами»: голубыми — глей, красными — охра, белыми — карбонаты, черными — гумус, но одним и тем же «существом». Это «существо» — электромагнитные и гравитационные поля; создающие сходную мозаику в столь непохожих и удаленных друг от друга почвах. И не только в них. Можно предполагать, что гравитационные литодинамические потоки и почвенные структуры также несут на себе отпечаток влияния полей: меняется в течение тысячелетий поляризация — искажается направление наносов рек, ледников, дельт, а значит, преобразуется и рисунок структуры почвенного покрова. Аналогичные процессы почвообразования в различных точках Земли описаны В. Р. Волобуевым (1953, 1963) общими уравнениями, которые в свою очередь коррелируют с фундаментальными физическими и химическими законами.
Как бы ни старались точно отразить природу на картах, это будут воображаемые, упрощенные образы. Если эти абстракции допускают свою проекцию на реальный почвенный мир, или, иначе, погружаются в него, то в таком случае они могут служить моделью для конкретных объектов. Когда говорят о модели, то подразумевают подражание чему-то, аналог чего-то. Между реальным почвенным объектом и его моделью, в частности рисунком или схемой на листе бумаги, должно наблюдаться определенное соответствие — аналогия. Считают, что «хотя аналогия часто вводит нас в заблуждение, это наименьшее из того, что вводит в заблуждение». Модель — это грубая, но вместе с тем и самая простая аналогия, что делает ее незаменимой во всех научных исследованиях. Создать модель — значит установить структуру связей, выявить симметрию почвенного образа и его частей.
Художественный рисунок или фотографию можно преобразовать в модель, если в них обнаружены упорядоченные числовые пропорции, например между размерами, формами почвенных горизонтов, профилей или ареалов. Некоторые исследователи избегают построения структурных моделей. Для них важнее выяснить качественные соотношения. Конечно, поиск последних заманчив. Именно поэтому им и занимается большинство почвоведов. Количественные отношения проще качественных, однако за ними всегда скрывается качественная сторона почвенных явлений. Например, за количественными отношениями SiO2: R2O3; SiO2: Аl2О3; C: N стоит качество образования в профиле вторичных минералов и гумуса.
НЕФОРМАЛЬНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ МОДЕЛИ
МИРА И ЕВРАЗИИ
Модели могут быть неформальными и формальными. Если это художественно выполненный рисунок почвенного покрова с невыявленными структурными связями, то он — неформальная модель (рис. 10). Модель известного английского почвоведа Фитцпатрика (Fitzpatrik, 1980) показывает, каким образом на поверхности
Другая модель (рис. 10, Б) принадлежит основателю науки о грунтах — профессору Московского университета М. М. Филатову (1877–1942). Им написан учебник по географии почв (1945), в котором приведен рисунок, характеризующий смену почв и растительности от Кольского полуострова до полупустынь юга России. В структуре горизонтальной поясности центральное место занимают черноземы (см. рис. 10, Б). Они самые мощные, к северу и к югу от них залегают меньшей толщины подзолистые и каштановые почвы. Модель Филатова — смелое и новаторское решение. До сих пор немногие исследователи решаются показать структуру переходов горизонтов от одного типа почв к другому, обычно ограничиваясь демонстрацией изолированных почвенных монолитов, расположенных один возле другого, как в музеях (рис. 10, А).
Если же создается схема, на которой устанавливаются количественные связи между почвенными элементами (горизонтами, профилями, ареалами), то это уже научная геометрическая модель. Все модели, формальные и неформальные, одинаково необходимы для исследования. Но математические модели определяют самые общие и простые структурные связи между почвами и их элементами. Выявить структурные отношения — это значит установить новые законы почвоведения. Важно, однако, чтобы понятие «модель» в почвоведении отвечало предъявляемым требованиям. То же самое относится к определениям «поле», «пространство», «группа». Эти ограничения ведут почвоведение к более тесному содружеству с точными науками.
Рис. 10. Модели структур горизонтальной почвенной поясности
А — Фитцпатрика, Б — М. М. Филатова, В — С. А. Захарова
Почвы: 2–2 — ферралитные, 3 — железистые, 4 — камбисоли, 5 — вертисоли, 6 — сероземы, 7 — солончаки, 8 — солонцы, 9—10 — каштановые, 11–12 — черноземы, 13 — дерново-подзолистые, 24 — лессиве, 15 — подзолистые, 16 — болотные, 17 — глеевые
В наши дни, когда интенсивно разрабатываются модели почвенного плодородия, указанные выше понятия приобретают особенную актуальность и ценность, ибо часто принимаемое за модель оказывается рисунком или в лучшем случае схемой, так как в них отсутствуют четкие понятия: «элемент», «структура», «движение», «время», «симметрия». Почвенная модель — это прежде всего соотношение объемов, весов, линейных размеров, а не простое их перечисление, построение из них случайного ряда чисел или приведение табличных данных.
ФОРМАЛЬНАЯ ПОЧВЕННАЯ МОДЕЛЬ
ЕВРАЗИИ С. А. ЗАХАРОВА
Модель по линии Нукус (пустынные светлоземы) — Ленинград (подзолистые почвы) разработал С. А. Захаров. Нами она упрощена и дана лишь для верхнего горизонта А, который имеет мощность 80—130 см в черноземах и 3—13 см в тундровых почвах и светлоземах (рис. 10, В). Эту модель можно назвать формальной, геометрической, так как в ней данные о мощности почвенного горизонта (об элементе профиля) доведены до абстракции — приведен отрезок прямой разной длины для различных почв. Упорядоченное соотношение этих длин (мощностей почвенных горизонтов) показывает. что перед нами модель, обладающая симметрией подобия, или масштабной симметрией. Но она имеет и другие математические конструкции.
Докажем, что модель Захарова можно назвать математическим термином «группа». Внешне модель напоминает коромысло весов с центром в середине (черноземы), от которого по обе стороны на равные расстояния удалены границы почвенных поясов. Центр позволяет осуществлять операции симметрии: повороты, отражения. При повороте на 360° светлозем (х) совместится сам с собой, т. е. вернется в исходное положение. При повороте на 180° и при зеркальном отражении мощности горизонтов А светлозема (х) и подзолистой почвы (1/х) совпадут.