Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов

Трехмерная естественная почва — это самостоятельное тело, со своими природными границами. Установить эти границы трудно. Почвоведы в большинстве случаев оконтуривают ареалы почв с определенными свойствами, но не границы почвенных тел. Последние* даже не трехмерные, а четырехмерные, так как включают в себя еще одно измерение — время, или возраст почвы. Но и этого недостаточно для построения объективной модели. Поскольку в каждой почве заключена ее сложная история, то следует говорить о многомерном почвенном пространстве — времени.

Многомерность можно рассматривать и в другом аспекте. Почвенное тело состоит из наложенных один на другой разновозрастных почвенных покровов, чередующихся с геологическими наносами (Степанов, Абдуназаров, 1977; Сирепко, 1980). Края этих почвенных и геологических плащей по периферии выклиниваются на дневной поверхности в виде многослойной разноликой и разновозрастной «бахромы», образующей многомерность на плоскости и иерархию структурных уровней, фрактали[8].

Нас интересует фрактальная многомерность, так как она создает на поверхности Земли слоистые двумерные узоры. Каждый из слоев имеет свои качественные отличия. Они могут быть выявлены лишь при изучении как горизонтальных, так и вертикальных свойств почвенного покрова. Но для этого понадобятся карты нового типа. На них должны выделяться на континуальном фоне отложений предшествующих геологических эпох современные дискретные почвенногеологические тела. Такие карты с имитацией «движущихся» почвенных тел во внешней среде (по подстилающим горным породам; составляют в Лаборатории картографии Института почвоведения и фотосинтеза Академии наук СССР. Они позволяют выявить закономерности периодической повторяемости почвенных систем и элементов (Степанов и др., 1982). Ниже об этих картах будет сказано подробнее.

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ

ОРГАНИЗАЦИИ ПРОФИЛЯ ПОЧВЫ

Представление о почве будет неполным, если не рассмотреть иерархию ее форм от атомов до агрегатов — почвенных комочков. Почву как организацию уровней начали изучать Б. Г. Розанов и А. Д. Воронин с 1970 г. Если почвы существуют в определенных организационных формах, то нужно искать их вещественный носитель, обладающий атрибутами материи: пространством, временем, движением. Учение о почвенных уровнях ставит задачи — понять принципы, по которым пространство построено в иерархическую систему; объяснить, каким способом в природе расположены по ступеням элементы почв и как они взаимодействуют между собой, образуя регулярные структуры; где «записан» план развития почвы и какие процессы его реализуют. Девиз такого метода исследования: «разделить для того, чтобы затем объединить».

Мы уже знаем, что профиль почвы состоит из горизонтов А, В и С. Каждый из них слагается из отдельностей, отдельности из агрегатов, агрегаты из микроагрегатов и так далее вплоть до атомов. Изменение размеров — явление закономерное, оно сопровождается скачкообразным преобразованием свойств почвенных элементов через каждый «шаг», или «квант организации». Если такой шаг установлен, то систему можно назвать иерархизованной. Известно, что природные объекты квантованы в геометрической прогрессии: 0,6; 1,3; 1,6; 2,6; 3,4; 4,5;… 10; 15. Одна из трудных задач — найти естественный, созданный самой природой шаг в мире почв. Он еще не обнаружен, и потому условно примем, что квант равен (в ангстремах): 1, 10, 100, 1000…, т. е. один уровень отличается от другого на порядок (рис. 8,1—VIII).

Такое деление только на первый взгляд кажется «безобидным». За ним скрыты философско-методологические проблемы, так как в ряду: профиль — горизонты — отдельности — агрегаты… атомы объединены в единое целое два различных мира: микроскопический и макроскопический. Это делает почвоведов участниками общенаучного спора о взаимоотношении микро- и макрообъектов. Из двух спорящих сторон одни считают, что явления микромира нельзя переносить в макромир; другие, ссылаясь на то, что природа едина, полагают, что процессы, происходящие в этих мирах, могут быть описаны едиными законами. Так, закон дуализма Луи де-Бройля запрещает выводы квантовой механики распространять на микрообъекты, т. е. объединять одним принципом процессы, происходящие на атомарном и агрегатном уровнях. М. М. Марков (1976) не согласен с этим. Он уверен, что проблемы макро- и микрофизики «могут быть завязаны в один тугой узел».

Изучение иерархии почвенных структур обнажает еще одну важную проблему, объясняющую специфику взаимопереходов: «элемент — система» или «система — подсистема». Раньше думали, что каждая предшествующая система есть простая сумма предыдущих подсистем (элементов), дающая правильные формы. Однако обнаружилась дислокация — нарушение порядка при переходе от одного уровня к другому, от подсистемы (элемента) к системе. Что же такое дислокация-хаос, беззаконие?

Дислокация является отсутствием закона только для данного уровня иерархической системы и его существованием для подсистемы. Если подсистему рассматривать как среду, симметрия которой не совпадает с симметрией почвенного тела, то в таком случае можно считать, что среда определит его дислокацию. Следовательно, система обязательно должна быть связана с подсистемой. Именно это и утверждается в знаменитой теореме К. Геделя, который доказал, что для каждой системы имеется подсистема, причем система не может быть описана только своими внутренними параметрами; хотя бы один из них заимствуется из подсистемы.

Отсюда следует, что почвенную иерархическую систему нельзя полностью формализовать; она должна включать какие-то аксиомы, принадлежащие подсистеме. Как «город» невозможно представить без «улицы», «улицу» без «дома», «дом» без «стен» и т. д., так и понятие «профиль» нельзя описать без понятия «горизонт», «горизонт» без «отдельности», «отдельность» без «агрегата». Каждое изменение размеров есть не простое преобразование геометрической фигуры, а скачок в иное состояние: например, из агрегатов формируется новое тело — отдельность, из отдельности еще одно новое тело — горизонт, из горизонтов — профиль почвы.

Следовательно, каждый уровень — это не механическое скопление элементов, а концентрированный синтез, не только включающий в себя сумму свойств, но и исключающий все лишнее, случайное при масштабном переходе от одного уровня к другому. Вероятно, такой переход от атомов к геологическим объектам имел в виду В. И. Вернадский (1975), когда писал: «В веществе планеты, в атомных его свойствах… мы должны искать причину многих геологических явлений». Другой пример: М. В. Волькенштейн (1965, с. 203) отмечает, что в идеале, решив задачу организации вещества, можно «предсказать микроскопическое строение мышцы, зная химическое строение ее белков».

Ю. А. Урманцев (1978, с. 190) по форме изомерных молекул альдогексозы воссоздал структуру соответствующего ей изомера листа липы. Он решил и обратную задачу: исходя из изомера контура листа липы, нарисовал структуру изомера альдогексозы. Воистину справедливы поэтические строки Валерия Брюсова: «Есть тонкие, властительные связи меж контуром и запахом цветка»!

Реализация закона структурных уровней в почвоведении может позволить, например, по форме одних изомеров-агрегатов определить состав соответствующих им других изомеров — органо-минеральных молекулярных соединений, а также решить обратную задачу. Пока это мечта, но ее осуществление позволит перейти к более глубокому пониманию почвенной иерархии. Ниже приводятся описания разных уровней организации почв.

Уровень I, атомарный. Размеры элементов