Формы в мире почв

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Термин «почвенный покров» отсутствует даже в книге «Толковый словарь по почвоведению» (1975). Многие исследователи считают, что почвенный покров — это совокупность однородных по форме почвенных тел (или ареалов), расположенных по строгим правилам и образующих единую целостную систему. Если учесть, что верхние 10–20 м толщ склонов, как правило, состоят из чередующихся разновозрастных слоев почв и наносов, то можно говорить о почвенно-геологических телах и характере их пространственного размещения. Однако определение должно включать количественную оценку. Ее поиск предполагает выделение элементарных почвенных форм — букв, а затем их сочетаний — слов. После этого переходят к составлению почвенной карты — предложений, текста, структура которой впоследствии может быть описана математически.

Путь нахождения количественного критерия целостности структур почвенного покрова можно определить кратко словами: точка — линия — площадь — объем. Иначе — это движение научной мысли от простых нульмерных почвенных форм к более сложным — одномерным, от них к еще более сложным — двумерным и трехмерным, а от последних — к n-мерным. Но здесь наши рассуждения могут быть прерваны словами: «Куда же вы заведете по такому пути нашу науку?». Так, академик С. В. Калесник (1970) писал, что если географическое пространство многомерно, то, «значит, оно может быть и более трех измерений и выйти за пределы обычного евклидова пространства? И если да, то зачем?».

Конечно, такое предостережение настораживает. Однако вспомним недавний спор о роли математики в биологии. Тогда некоторые видные ученые резко выступали против формализации науки, так как главным в исследовании считали опыт и думали, что такой сложный объект, как живой организм, не может быть охарактеризован математически.

В период формирования почвенной науки В. В. Докучаев писал «Современное почвоведение далеко от совершенства» (1953, т. 4). Его слова можно отнести и к нынешней стадии развития, так как не выполнен важнейший этап исследования — математизация знаний. Леонардо да Винчи в XV в. в «Книге о живописи…» (1934, с. 60) писал: «Никакое человеческое исследование не может быть названо истинной наукой, если оно не проходит через математические доказательства… Наукой называют такое разумное рассуждение, которое ведет начало от своих первых оснований… Первым основанием науки…является точка; вторым — линия; третьим — поверхность; четвертым — тело». Представим эти основания в виде пространственных почвенных моделей: точки — нульмерной, линии — одномерной, плоскости — двумерной, объема — трехмерной.

НУЛЬМЕРНАЯ (ТОЧЕЧНАЯ) МОДЕЛЬ

Нульмерное представление господствовало до работ Докучаева и Сибирцева. Сведения о ценности земельных угодий и почв стекались в правительственные ведомства по различным каналам. Описания почв хозяйств составляли сами землевладельцы. Им достаточно было взять пробу (рис. 9,а) в одной точке угодья, чтобы определить категорию качества почв, по которой затем изымались налоги: с бедных почв меньше, с* богатых — больше.

В России в начале 60-х годов XIX в. только зарождались представления о путях управления почвенным плодородием. Но и то, что уже было известно ученому миру, некому было внедрять в практику сельского хозяйства. Земледелие необходимо было связать с научными разработками. Вольное экономическое общество в России организовало четыре опытных поля, где работали талантливые ученые: в Симбирской губернии К. А. Тимирязев, в Петербургской — А. В. Столетов, в Смоленской — Г. Г. Густавсон, в Московской — Т. А. Шмидт/ Но эксперименты были точечными, а не площадными: они не охватывали всего многообразия почв, что затрудняло использование полученных результатов даже на соседних угодьях.

Для широкого распространения опытов потребовались карты, на которых свойства почв можно было бы сравнивать по четким критериям — геометрическим ареалам-аналогам, отражающим генетические особенности почв. Такие карты могли быть созданы только в результате перехода от нульмерного понимания почвенных структур к одномерному, от показа на картах хаотического, лоскутного расположения почвенных контуров к установлению их упорядоченного залегания, обусловленного законами природы.

Рис. 9. Размерности почвенного покрова

а — нульмерная, б — одномерная, в — двумерная, г — трехмерная, д — n-мерная

Известный немецкий географ К. Риттер мечтал о графических способах изображения пространственных форм земной поверхности в виде отношений геометрических фигур и чисел, стремился выявить «правильные математические отношения и ряды чисел», а также показать, «как пространственные отношения при точном определении мерою и числами ведут к более живому представлению сущности географических отношений вообще» (1853, с. 463–480). Это был первый сигнал о необходимости перехода от нульмерных представлений к более высоким, в частности к одномерным.

ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В. В. ДОКУЧАЕВА

Переход от нульмерной модели к одномерной произошел тогда, когда на карты стали наносить свойства почв не в виде изолированных точек или кружков, а в форме взаимосвязанных лент. Последние характеризовали закономерное полосное залегание почв по водоразделам, склонам и понижениям (рис. 9, б). Венцом развития одномерных моделей являются работы Я. Н. Афанасьева (1930), установившего законы концентрического расположения почвенных полос в макро-, мезо- и микроформах земной поверхности. Следует заметить, что выводы Афанасьева подтвердились аэрокосмическими исследованиями.

Карты, содержащие линейную информацию о распределении почв па Земле, можно назвать одномерными картографическими моделями. Двумерные картографические модели появились позже, в 40—50-е годы, когда горизонтальные почвенные пояса начали делить на составные части: зоны, формации, фации, секторы, провинции, а в распределении местных почв и ландшафтов стали обнаруживать повторяемость ареалов по клеткам, сеткам, ячеям (Глазовская, 1964; Солнцев, 1981; Степанов, 1983 б).

Одномерная модель Докучаева позволила неформально установить законы распределения почвенных поясов и их симметрию. Пояс — это линейная периодически повторяющаяся форма сочетания ареалов, или природных тел, на определенном уровне иерархии.

И. И. Шафрановский указывает, что Докучаеву принадлежит «видная роль в развитии симметрийных понятий в геологии, географии и учении о почвах». В подтверждение этих слов он приводит отрывок из статьи Докучаева «Горизонтальные и вертикальные Почвенные зоны Кавказа» (1898 г.): «…раз все важнейшие почвообразователи располагаются на земной поверхности в виде поясов или зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то неизбежно, что и почвы — наши черноземы, подзолы и пр. — должны располагаться по земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр.». Шафрановский так оценивает эту статью: «Трудно найти более наглядное и яркое описание зональной симметрии» (Шафрановский, Плотников, 1975, с. 28).

Позже В. И. Вернадский, развивая идеи В. В. Докучаева и П. Кюри, приложил теорию симметрии к изучению природы вообще. Он вместе с Б. Л. Дичковым обнаружил симметрию вращения для почвенноклиматических поясов и диссимметрию (вернее, «антисимметрию») природных вод Земли. В. И. Вернадский (1975) писал: «…я ввожу в геологию новое определение — пространство земной реальности, то, которое всегда изучает неизбежно натуралист. В частности, геолог изучает пространственные явления (т. е. явления симметрии)…».

Отмечая симметричную повторяемость почв горизонтальной поясности Земли, Я. Н. Афанасьев (1930) писал: «Почвенные системы северного полушария найдут себе в южном полушарии «вторую родину⁴⁴, сохранят свою идею и стиль генетики». Он указывал, что его почвенная модель создана по принципу «зеркального отражения».

РОЛЬ АНАЛОГИИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ

Представление о симметрии почв долгое время находило выражение в понятии «аналог» и являлось методологической основой системно-структурного анализа. Проблема аналогов рассмотрена академиком А. Л. Тахтаджяном (1972), который указывает, что аналогиям всегда уделялось в науке большое внимание. Так, Л. Больцман считал, что «познание есть не что иное, как изыскание аналогий». Д. Пойа писал: «Не существует… открытий… которые могли бы быть сделаны без аналогий». М. Петрович разработал учение об аналогиях, а Е. С. Федоров — о «перфекционизме», т. е. об общих законах совершенствования в природе. Э. Витцман признавал принцип ритма и периодичности универсальным. Л. Берталанфи (1950–1969 гг.) пришел к концепции «перспективизма», в основе которого лежит принцип отыскания изоморфизма структурных законов в различных явлениях природы.

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 Земли по закону аналогий. Д. Г. Виленский (1924) составляет классификационные аналогичные почвенные ряды. Г. Н. Высоцкий считает аккумуляцию закисного железа в подзолистых почвах подобной аккумуляции солей в солончаках юга России: «…соли — на юге, углекислая известь — в средней полосе и охра — в пределах… влажной северной полосы образуют довольно идентичные скопления» (1905, с. 325).

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 Земли распределены главные почвы (рис. 10, А).

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.

Совмещение мощностей светлозема и подзолистой почвы свидетельствует о наличии у них не только общих геометрических свойств, но и закономерных физических противоположностей: в светлоземе (х) накапливаются карбонаты, а из подзола (1/х) они выносятся; в светлоземе щелочная реакция, а в подзоле — кислая. Тогда возможна запись: если X∈С, то 1/х∈С. Здесь х означает какие-то свойства почвы (степень карбонатности, pH), С — группа симметрии, ∈ — знак принадлежности.

Таким образом, на модели Захарова выполняются условия, определяющие группу: 1) в совокупность вошла единичная, или тождественная, операция, не изменившая структуру модели — поворот на 360°; 2) найдена обратная операция, сохранившая свойства модели — зеркальное отражение и поворот на 180°; 3) для операций выполняется ассоциативный (сочетательный) закон. Совокупность этих трех операций и называется группой операций, или группой преобразований. Выявление групп при изучении почвенных форм, явлений и процессов — важнейшая задача.

ГЛОБАЛЬНАЯ ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВЕННОГО ПРОСТРАНСТВА

Рис. 11. Одномерная модель структуры почвенной поясности Земли

Одномерная модель (рис. 11) развивает геометрические представления Я. Н. Афанасьева и С. А. Захарова. Прямая линия рассекает северное и южное полушария, следуя от холодных пустынных берегов Арктики (80° с. ш.) через жаркие тропики Африки (0°) к холодным пустынным берегам Антарктиды (80° ю. ш.).

Модель состоит из трех блоков: левого, правого и центрального. Правый, европейский блок, на котором мы живем, имеет в центре наиболее мощные почвы — черноземы; к северу и к югу от них располагаются менее мощные почвы: каштановые, бурые, подзолистые. Резкие колебания водно-воздушных режимов в правом и левом блоках привели к частой, но упорядоченной смене почв, тогда как в центральном блоке эти режимы сглажены, что обусловило слабую выраженность структуры почвенной поясности. В середине центрального блока размещены ферраллиты, а на правом и левом его склонах — тождественные типы почв.

У подножия всех трех блоков лежат пустыни (с севера на юг): холодные, субтропические, тропические, холодные. Они периодически повторяются. Это свидетельствует о проявлении определенного термодинамического закона. Пустыни — пояса с резко несбалансированными притоками тепла и влаги. Поэтому почвы здесь неустойчивы, слабо выражены и на больших площадях отсутствуют. По мере приближения к центрам блоков водные и тепловые потоки становятся все более сбалансированными. В самих центрах равновесие максимально, что благоприятствует развитию здесь наиболее мощных почв с устойчивым профилем: черноземов, ферраллитов и черноземовидных. Все они — геометрические аналоги, возникшие благодаря волновой упорядоченности водно-воздушных, тепловых и магнитных потоков Земли, способствующих образованию симметричной почвенной структуры с четкой периодической повторяемостью тождественных свойств и форм. Видимо, о такой симметрии писал Н. М. Сибирцев (1953, т. 2, с. 82): «…смены почв обыкновенно повторяются много раз и всегда в аналогичных условиях, управляющих этой повторяемостью». И снова видим слова: «повторяемость», «аналогия», «тождество», которые сродни симметрии.

Конечно, модель, представленную на рис. И, нельзя считать завершенной. Она требует еще больших доработок. Но главное ее достоинство — установление в основе реального почвенного покрова Земли воображаемого геометрического каркаса, обладающего свойством симметрии. Симметрия придает концепции о структуре почвенного покрова логическое изящество, что находит отражение в гармонии его реальных форм и связанных с ними физических, химических и минералогических свойств.

ЕЩЕ ОБ ОДНОЙ СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ ЕВРАЗИИ

Рис. 12. Модель структуры почвенной поясности в пределах Евразии

М. М. Филатов (1945) создал рисунок, С. А. Захаров построил первое в мире геометрическое пространство части континента, Я. Н. Афанасьев — всей Земли. Надо было двигаться дальше, охватывая формализованными представлениями другие элементы почвенного покрова. Именно этому и посвящена данная глава. В ней обосновываются пути развития почвенных моделей, как одномерных профильных, так и площадных, на основе теории симметрии и идей общей теории систем. Последняя разработана Ю. А. Урманцевым (1974, 1978) и успешно применена к природным объектам В. Ю. Забродиным (1981), С… И. Сухоносом (1983), а теория симметрии широко используется в работах Н. П. Депенчук (1963), И. И. Шафрановского (1968), Э. М. Сороко (1984).

Рассмотрим модель, которая раскрывает структуру почвенных профилей от пустынных холодных берегов Арктики (Карское море) до жарких пустынь Каракумов в Туркменистане (рис. 12). Модель имеет естественные границы, оконтуривающие Туранскую, Казахстанскую и Западно-Сибирскую геосистемы, а также четко выраженные почвенные структуры склонов северной и южной экспозиций.

Главный строительный элемент модели — отрезок прямой линии, который характеризует по вертикали толщину горизонтов А, В и С, образующих почвенный профиль, а по горизонтали — ширину почвенных поясов. Данные по мощностям горизонтов брались лишь для нормально развитых почв повышений. Выбор мощностей основывался на большом фактическом материале: красочных зарисовках профилей почв Я. Н. Афанасьева (1930), Н. А. Качинского (1965), в определителе «Почвы СССР» (1979), цветных фотографиях из книг советских и зарубежных авторов. Огромную ценность представляли почвенные монолиты музеев страны. Для контроля автор использовал экспедиционные материалы, которые обнаруживали соответствие свойств реальных почв модельным.

В. В. Докучаев особое внимание уделял выявлению характера пространственного распределения почвенных горизонтов; им сделаны тысячи замеров, многие из которых он опубликовал в виде сводных таблиц. Выделив по окраске почвенные горизонты и установив таким образом качественные отношения, Докучаев пытался обнаружить и численные соотношения между ними. Поражает его способность гармонично мыслить: он умело сочетал связи между мыслью и числом, между качеством и количеством.

Измерения, число и образ — важнейшие ступени познания от качества к количеству. Напомним, что количественные отношения обнаружить проще и легче, чем качественные, Поэтому «найти за этими более простыми и доступными наблюдению отношениями скрытую качественную сторону изучаемых явлений — это одна из задач деятельности мышления» (Кедров, 1983). С помощью пропорций в науке сделано много открытий: большинство известных нам законов физики и химии обосновываются простыми соотношениями чисел. Любая система, базирующаяся на наблюдаемых числах, будет «заслуживать предпочтение перед другими системами, не имеющими численных опор» (Менделеев, 1877).

Модель автора книги (см. рис. 12) разработана в двух вариантах. В первом устанавливаются пространственные структурные связи между горизонтами А в системе поясности, а во втором — между горизонтами А, В и С в профилях различных почв. Рассмотрим первый вариант модели, следуя схеме академика Б. М. Кедрова (1983).

Познание конкретных свойств почв начинается в поле, где в выкопанных разрезах констатируются фактические мощности горизонтов А. Все реальное затем переводится в численные соотношения. Делается это поэтапно следующим образом. Полевые наблюдения показали, что фактические мощности горизонтов А равны 5 см в пустынном светлоземе, 8 см в серо-бурой почве, 13 см в бурой полупустынной, 21 см в светло-каштановой, 34 см в темно-каштановой почвах, 55 см в черноземе обыкновенном, 89 см в черноземе выщелоченном (мощном). От последнего через серые лесные и подзолистые почвы к тундровым ряд мощностей горизонта А уменьшается в последовательности: 55, 34, 21, 13, 8, 5 см.

Таким образом, в полевых условиях получены реальные мощности горизонта А основных почв — эмпирические числа, которые в отдельности не раскрывают никаких секретов природы.

Следующий этап познания — связывание этих отдельных, казалось бы, случайных чисел в ряд — позволяет обнаружить определенную закономерность. Она выражается в последовательном возрастании мощностей горизонтов А с юга на север, от песчаных светлоземов к лугово-степным мощным черноземам, достигая максимума (89 см) в черноземах, а затем к северу снова уменьшаясь до 5 см в тундровых почвах. Таким образом, получается ряд: 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 55, 34, 21, 13, 8, 5 см.

На очередном этапе исследования ставится задача — обнаружить в этом ряду эмпирический закон, который выступил бы как обобщение всего данного ряда чисел. Деление каждого последующего числа на предыдущее, т. е. поиск отношений между мощностями горизонта, дает постоянную величину, равную 1,618… Следовательно, в данном ряду, характеризующем изменение мощностей горизонта А в системе широтной поясности, мы видим замечательную возвратную последовательность чисел Фибоначчи[12]. В этом ряду мощность любого почвенного горизонта равна сумме двух предыдущих мощностей, например 21 см каштановой почвы есть сумма двух предыдущих чисел, 8 и 13 см (бурой и серо-бурой почв). Все это свидетельствует о том, что приращение мощностей почвенного горизонта А, как и других (В, С), в системе поясности подчиняется закону симметрии подобия.

Таким образом, правильность увеличения (и уменьшения) мощностей почвенных горизонтов, наблюдаемая в модели (см. рис. 12), приводит к мысли о том, что за этой упорядоченностью чисел скрывается фундаментальная закономерность почвообразования, количественно обосновывающая установленный В. В. Докучаевым закон горизонтальной почвенной поясности. Теперь покажем, что подобная же закономерность выявляется и в соотношении отдельно взятых горизонтов А, В и С по вертикали.

Вооружившись платоновским изречением: «Геометрия приближает нас к истине», выпишем числовые характеристики модели, представленной на рис. 13. У чернозема обнаруживаются следующие отметки нижних границ горизонтов от поверхности склона вниз к горной породе: 89, 157, 210 см, а также мощности горизонтов: для А 68 см (157—89 = 68), для В 53 см (210–157 = 53). Наиболее значительным является горизонт А чернозема в центре модели: его мощность равна 89 см. Если это значение разделить на величину мощности лежащего под ним горизонта В, а эту последнюю на мощность горизонта С, то получим: 89:68 = 1,3 и 68:53 = 1,3.

Проведение подобных операций с другими почвами (каштановыми, бурыми, подзолистыми, тундровыми, пустынными) показало, что в модели отношение величины мощности одного горизонта к другому, соседнему, всегда равно 1,3.

Величина 1,3, так называемое «Вурфово число»[13], является фундаментальной и тесно связана с золотым сечением 1,618… (Петухов, 1981). Обнаружение этих величин свидетельствует о высокой упорядоченности структур почвенного покрова, которая описывается симметрией подобия, или, иначе, масштабной симметрией. Постоянство этих соотношений позволяет, например, структуру профиля серо-бурой почвы считать эквивалентом структуры подзолистой глеевой почвы, а светло-каштановой — подзолистой дерновой. Действительно, в серо-бурой почве горизонты сменяются по глубинам 8, 14, 18 см, так же как и в подзолистой глеевой почве. И такое соответствие можно обнаружить в любой паре почв, которая зеркально отражается от плоскости р — р', проходящей через центр модели (черноземы мощные). Поставив зеркальце ребром по линии р— р'' можно убедиться в этом (см. рис. 12, 13).

Рис. 13. Иллюстрация закона «почвенных октав»

А, В, С — индексы почвенных горизонтов, их мощности даны в см; р-р — плоскость зеркального отражения

Некоторые читатели подумают: «Да это же игра в фиктивные цифирьки! Мистика! Что же получается: цифры управляют миром?» На это можно ответить словами великого Гете: «Числа не управляют миром, но показывают, как управляется мир». И доказать это могут только абстракции, модели. Вспомним их предназначение с помощью простых идеализированных (!) построений найти такое соотношение чисел, которое позволило бы проникнуть в качество изучаемого объекта.

Установление постоянных величин (1,6; 1,3) свидетельствует о том, что почвенные профили Земли упорядочены по законам симметрии. И в пространстве они располагаются симметрично. Иначе не может быть. Природа создает свои объекты энергетически целесообразными, компактными, правильными. Разве почва — случайное на Земле тело? Конечно же, почва возникла не по воле случая; она — составная часть биосферы и подчиняется всем правилам ее возникновения и эволюции. А раз это так, то не следует удивляться и тому, что все почвенные структуры на Земле упорядоченные и могут быть выражены строгими рядами чисел (Соркин, 1982).

Казалось бы, далекие по свойствам пары почв: серобурые — подзолистые глеевые, светло-каштановые — подзолистые дерновые и другие — вдруг оказываются сходными по геометрической структуре профилей. Это сходство вскрывает тождество вещественного состава указанных пар профилей. Видимо, модель можно рассматривать как триадную, имеющую две стороны — левую, правую и середину, или правое кислотное плечо, левое щелочное плечо и нейтральную область в центре. Попробуем проникнуть в суть понятий «левизна» и «правизна», на существование которых в геометрии земного пространства указывал В. И. Вернадский.

Для понимания природы «левизны» и «правизны» почвенного пространства прибегнем к аналогии, сравнив горизонтальную почвенную поясность (см. рис. 12, 13) с клавиатурой фортепьяно. Ведь ноты в каждой октаве одинаковы, но отличаются высотой звука. В этом сравнении еще не все понятно. Многие при построении абстрактных схем привыкли понимать почвенный покров как континуум. Но эта континуальность, очевидно, образована дискретностью, как звукоряд: он един, непрерывен, но построен из самостоятельных звуков.

Вспомним аналогии Высоцкого, Захарова, Афанасьева, касающиеся свойств почв севера и юга России. Они наводят на мысль о сходстве природы горизонтальной и вертикальной поясности с музыкальными октавами. Предшественник Д. И. Менделеева английский химик Джон Ньюленде в 1865 г., изучая периодическую повторяемость свойств элементов, подметил, что каждый восьмой элемент в его схеме напоминает по свойствам исходный элемент, с которого начинается счет. Это позволило прибегнуть к музыкальной аналогии и назвать установленную периодичность свойств элементов законом октав. И хотя Ньюленде ошибся в расчетах, его аналогия сыграла огромную роль в науке.

Как видно из рис. 12, 13, почвы в ряду горизонтальной зональности располагаются подобно нотам в музыкальной гамме. Здесь каждая «нота звукоряда» повторяется через семь других основных «звуков». Эту зависимость можно назвать «законом почвенных октав». Она означает, что у почв, расположенных в ряду по величине увеличения (или уменьшения) мощностей горизонтов, обнаруживается периодическое повторение некоторых фундаментальных свойств, например геометрических, через каждые семь элементарных почвенных поясов.

Структура почвенного покрова настолько гармонична, что ее можно «сыграть» на инструменте. Для этого изолированные, не связанные между собой профили и горизонты (стаккато) надо представить как мотивы, затем сгруппировать их в повторяющиеся или противопоставляющиеся группы (многоголосие) и лишь после этого с помощью операций симметрии эти группы привести в непрерывное движение (легато). Элементарные профили и ареалы в комбинации с непрерывным движением, выявленным, например, по почвенной карте, составят систему, или контрапункт. По сути, проводятся те же операции, которые предлагались ранее: находятся буквы алфавита форм почвенных горизонтов, профилей и ареалов, из них складываются слова, из слов — предложения и т. д. Но эти операции по составлению текста или музыкальной записи будут напрасными, если не установить организующее начало, связывающее слова и звуки в осмысленное единое целое. Для музыки, как и для почв, такое начало найдено — это «золотое сечение».

Композитор М. Марутаев («Техника и наука», 1977, № 9) в статье «Поверить алгеброй гармонию» показал, что музыкальная гамма— темперированный звукоряд — основана на золотой пропорции (1,618…). Эта числовая закономерность обнаружена в Периодической системе Менделеева, в соотношении размеров животных и человека, в расположении планет солнечной системы и в «осколках», образующихся при распаде урана[14]. Везде, подобно вездесущему Фигаро, присутствует эта поистине волшебная, но в то же время и самая простая пропорция. Уже найдена связь золотого сечения с теорией возвратных рядов, комбинаторной математикой, теорией чисел, теорией поисков… Теперь эта величина — появилась в почвоведении.

Видимо, научное знание о почвах, совершив виток, вернулось, но уже в обновленном виде, к представлениям начала XX в. о симметрии аналогичных рядов почв. Теперь все почвы горизонтальной и вертикальной поясности Земли, а также ее частей можно рассматривать как симметричные с еще большим основанием, чем прежде.

Почвенный покров Земли обладает свойством изоморфизма. То есть в любой точке нашей планеты его морфологический облик сохраняет наиболее существенные и устойчивые черты относительно другой точки, расположенной в аналогичных пространстве, времени и условиях существования. Поэтому не удивительно, что за тысячи километров, в заморских странах, можно встретить «копию» своей родной почвы, сходную не только по внешнему облику, но и по вещественному составу. Именно это обстоятельство позволяет считать почву самостоятельным природным телом, имеющим свою геометрическую специфику. Как по внешним признакам различают виды растений, животных, минералов, так и по обобщенным образам почвы отличают один ее вид от другого.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ЧИСЛОВЫМИ И КАЧЕСТВЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МОДЕЛИ

Можно подумать, что модели, представленные на рис. 12, 13, дают числовой ряд мощностей почвенных профилей без раскрытия их физического содержания. Однако этот ряд, характеризующий геометрическую структуру почвенного пространства, имеет рациональный смысл: за ним скрывается упорядоченность водно-физического и геохимического состояния почв. Леонардо да Винчи писал: «Пропорция обретается не только в числах и мерах, но также и в звуках, тяжестях, временах и положениях, и в любой силе, какая бы она ни была» (1933, с. 37). Данные таблицы подтверждают его слова. Они показывают, что в основании числовых рядов лежит идея взаимосвязи геометрии почвенного пространства с его вещественным составом.

В таблице приведены те же типы и подтипы почв, что и в модели (см. рис. 12). Оценка их элементов плодородия дана по литературным материалам, которые были подвергнуты статистической обработке (Петербургский и др., 1985). Как видно, величины элементов почвенного плодородия: калий, фосфор, азот — образуют зеркально-симметричный ряд. Максимальные их значения приурочены к центру модели — к чернозему. К северу и к югу от него они убывают в последовательности, подчиняющейся закону масштабной симметрии, с интервалами 1,6 и 1,3.

Другие свойства почв также имеют подобные соотношения. Так, отражательная способность почв образует ряд чисел Фибоначчи: 3 % — чернозем мощный, 5 % — чернозем обыкновенный, 8 % — темно-каштановая, 13 % — светло-каштановая, 21 % — бурая полупустынная, 34 % — серо-бурая, 55 % — такырная пустынная (светлозем). Затраты энергии на почвообразование как в горизонтальном ряду поясности, так и по глубине профиля также соответствуют ряду чисел Фибоначчи.

Что же лежит в основе этой фундаментальной закономерности, которая так близка к закону периодической повторяемости элементов? Следует обратить внимание на относительное преобладание характерных химических элементов в следующих почвах: Na и К в пустынных, Mg и Са в полупустынных, С в черноземах, N, Р в лесных, S в подзолистых, Сl в арктических пустынях. И хотя многое еще в этом спорно, но закономерное распределение почв и указанных химических элементов можно, вероятно, связать с периодическим изменением количественного отношения атомов в гидридах: число присоединенных атомов водорода оказывается равным номеру группы элемента в таблице Менделеева (или 8 минус номер группы). Как видим, металлы составляют левое крыло модели (см. рис. 13), а неметаллы — правое.

Видимо, периодичность свойств почв в ряду горизонтальной (и вертикальной) поясности можно объяснить тем, что через определенные интервалы повторяются сходные виды электронных конфигураций атомов. Ведь число электронов в атоме определяет его поведение при почвенных реакциях: последнее зависит от энергии, необходимой для отрыва электронов от атома. Значит, возникающие в почве электрические заряды связаны с валентностью атомов. Вероятно, информация о будущих микро-, макроагрегатах, горизонтах и профилях кодируется в структуре электронных оболочек характерных для каждой почвы химических элементов.

Гидриды правой части модели (см. рис. 13) — это молекулы, где число атомов водорода определяется числом не ионных, как в левой части, а ковалентных связей. Здесь формируются первичные элементарные ячейки, аналогичные ячейкам левой части модели, являясь их зазеркальными двойниками, или изомерами. Так, известен факт сходства морфологии и химического состава тундровых (правая часть) и пустынных (левая часть) почв; затраты энергии на почвообразование у них также одинаковые.

Видимо, существует пока еще не выясненная симметрия почвенных законов — инвариантность по отношению к зеркальному отражению. При отражении в зеркале (по середине модели) каждый почвенный профиль левой части превращается в соответствующий по геометрической структуре и вещественному составу профиль правой части, но с другим знаком. Можно полагать, что вещественные свойства первичных ячеек, передающиеся ячейкам других уровней организации почв, вплоть до макроагрегатов, находятся в периодической зависимости от числа валентных электронов характерного для каждой почвы химического элемента и образуемых им электромагнитных полей.

Именно на атомарном и молекулярном уровнях начинают образовываться специфические первичные вещества, структура и свойства которых отличают почву от непочвенных тел, например от горных пород (Ковалева и др., 1984). Действительно, несмотря на значительные изменения среды в ряду горизонтальной поясности, специфика почвообразования: формирование гумусового профиля, горизонтов, агрегатов — сохраняется неизменной. Это значит, что в любой почве Земли отношения между ее морфологическими и физико-химическими свойствами остаются постоянными. Вероятно, сущность почвообразования обусловлена внутренними причинами, связанными с гравитацией и электромагнетизмом, перераспределяющими массу и заряды живого и неживого. Гравитационные и электромагнитные поля, пронизывающие иерархическую структуру почвенных тел, создают внутрипочвенный механизм, который управляет всеми свойствами почв.

Итак, одномерные модели сыграли свою положительную роль в развитии почвоведения. За ними сохраняется будущее, ибо с моделированием связаны самые общие и строгие законы почвоведения. Но одномерные модели ограничивают возможности научного поиска, тогда как двумерные снимают эти ограничения, позволяют шире рассматривать окружающие нас почвенные формы. Однако в двумерном мире почв обнаруживают себя другие ограничения разнообразий, другие законы природы. Посмотрим, как они проявляются.

ПУТИ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О РАЗМЕРНОСТЯХ ПОЧВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ОТ НУЛЬМЕРНЫХ К ДВУМЕРНЫМ

Две тысячи лет тому назад, во времена Евклида, появилось учение о формах пашен — геометрия: «гео» — земля, «metren» — измерение, т. е. землемерие. В те далекие времена господствовала нульмерная концепция, когда почвенный покров воспринимался как участок склона или пашни, без связи с соседними территориями (см. рис. 9, а).

Нульмерные представления в почвоведении и картографии критиковал В. В. Докучаев. По его мнению, при нульмерном, подходе почвы воспринимаются в виде изолированных, не связанных друг с другом тел, не отражающих пространственную закономерность. На таких картах хаотично разбросанные почвы останцов, куполов, замкнутых понижений имеют по единственной особенной точке, к которой они «жестко» привязаны. Особенные точки ареалов совмещаются сами с собой всеми операциями симметрии. По этой причине их называют конечными, точечными, или ареалами нулевого измерения — нульмерными, тогда как Докучаев видел «всю прелесть естествознания» в изучении не изолированных, точечных, а взаимодействующих почвенных тел, т. е. выходящих за пределы нулевого измерения.

В природе почвенные тела объемные, а на картах и фотографиях плоские: при переходе от реального, увиденного в поле, к абстрактному, показанному на карте, теряется одна размерность. Задача специалистов — восполнить на картах эту потерю путем разработок оригинальных способов «объемного» изображения почвенных тел; метод рисовки пластики — один из них, но существует много других.

Почвенные тела имеют «лицо» и «изнанку», которые можно обнаружить с помощью особенных точек и плоскостей. На картах плоские ареалы изображены так, что их обратная, нижняя сторона — изнанка — не видна; в таком случае ареалы называются односторонними розетками. Если же под почвенную карту подложить геологическую, то последняя явится ее «изнанкой», и тогда почвенно-геологические тела можно называть двусторонними розетками. Последние только начинают воспроизводить на специальных объемных картах.

Нульмерный подход сдерживал развитие географии и картографии, так как затруднял выявление законов залегания почв одна относительно другой. Докучаев стремился обнаружить пространственную структуру ареалов, видел прогресс науки в переходе от нульмерных моделей к одномерным. Лишь на основе одномерного понимания природы почв ему удалось установить их полосную структуру по широтам, а также по местным склонам. В его классификации почвы «выстроены» в ряд по линии от водораздела к понижению: 1) почвы повышений (нормальные); 2) почвы склонов (переходные); 3) почвы понижений (наносные). В совокупности они образуют одномерное почвенное пространство, например распределение ареалов вдоль условной линии по геологическим разломам, поймам, троговым долинам. Здесь все зависит от выбора направления по этой условной линии, называемой особенной. Операции одномерной симметрии, ограничивающие действия вдоль особенной линии и оставляющие ее инвариантной по отношению к этим операциям, называются трансляционными, или переносными.

Одномерность привела к пониманию почвенного покрова как континуума и семиконтинуума, т. е. как непрерывной поверхности. Это обусловило возможности использования соответствующего математического аппарата, основанного на дифференциальном исчислении. Идея непрерывности, слитости почвенного покрова и происходящих в нем процессов закрепилась моделями взаимоотношения остаточной и переотложенной форм коры выветривания академика Б. Б. Полынова, а затем работами В. А. Ковды, М. А. Глазовской, А. И. Перельмана по почвенно-геохимическому сопряжению. Многие современные почвоведы считают почвенный покров континуальным.

Одномерное представление играет важную роль в науке и практике. В поле картограф в первую очередь мысленно делит поверхность Земли на верхнюю, среднюю и нижнюю части склонов и затем выявляет приуроченность к ним почв. Такое их сочетание характерно не только для местных склонов, оно представляет в идеальной схеме зональное и полосчатое распределение по поверхности материков (Сибирцев, 1953). Напомним, что Я. Н. Афанасьев (1930) почвенную зональность рассматривал в виде концентрических, а не линейных полос.

В конце XIX в. в России были опубликованы топографические карты А. А. Тилло. Эти карты стимулировали бурное развитие наук о Земле, переход от одномерного к двумерному представлению природы поверхности суши. Почвенный покров начал восприниматься не как чередование полос, а как нечто похожее на паркетный пол, состоящий из разных узоров. Выяснилось, что почвенные ареалы могут залегать не только вдоль одной линии, а сразу по двум осям, образуя сетки, соты, клетки, ячеи.

Повышение размерности освобождает ареалы от уз субординации, усиливает их тенденцию к «анархии». Чем выше размерность, тем больше равноправия в связях между ареалами и тем труднее описать геометрию пространства какой-то единой упорядоченной системой. Поэтому в отличие от одномерного двумерное почвенное пространство богаче формами. Это потребовало от науки более совершенного способа их фиксации и распознавания пространства не как континуального, а как дискретного.

Современное почвенное картографирование, только недавно освоившее специфику двумерности, еще не успело разработать соответствующие ей методы математического описания. Поэтому топографические карты, имеющие не такой уж большой возраст, остались до конца не расшифрованными. Их потенциальные возможности до сих пор не использованы. Отсутствуют надежные способы, которые позволили бы по топокарте выделить естественные границы почвенных ареалов. Снова, уже на базе двумерности, возникла проблема границ. Ни в одной методике не дается описание правил их рисовки по топографической карте. Лишь в «Общесоюзной инструкции…» (1973) такие указания даны, но в расплывчатом виде. В ней, например, рекомендуется наносить на карту контуры «на основании изучения почвенных разрезов, рельефа, растительности и других выраженных на местности элементов ландшафта» (с. 12). Этим закладываются разные принципы картографирования, что логически недопустимо: объем понятия должен делиться только по одному основанию. Это означает, что на одной карте нельзя выделять почвенные контуры в одном случае по растительности, в другом — по горным породам, в третьем — по какому-либо приглянувшемуся почвоведу элементу ландшафта. На то и существует специализация: растительность картирует геоботаник, горные породы — геолог, ландшафты — географ. Выделяя по совокупности признаков контуры, почвоведы делают свои карты эклектическими, в них ареалы несравнимы, качественно неравноценны. Только картографирование почв по одному признаку — по линиям переломов рельефа — делает карты содержательными.

В той же инструкции предложено картировать «выраженные» элементы ландшафтов. Однако известный геоморфолог А. И. Спиридонов (1952) писал, что в поле исследователь часто фиксирует не основные, а второстепенные формы рельефа, которые отличаются большей выразительностью. Этого, с его точки зрения, делать нельзя, так как в таком случае фундаментальный рельеф и связанные с ним почвы остаются незакартированными. Но до сих пор на карты наносятся преимущественно яркие, броские элементы. Аэрометоды только закрепили это положение, тогда как каркасные формы рельефа, определяющие жизнь биосферы, так и остаются незакартированными.

Обеспокоенные таким состоянием дел специалисты разрабатывают новые способы картографирования. Поиск ведется по двум путям: одни предлагают полностью перейти на дистанционные аэрокосмические методы, другие — извлечь максимум информации из топографической карты, не забывая при этом аэрокосмические снимки.

Первые сделали много полезного, чтобы революционизировать картографию. Однако, придав большое значение качеству фотоизображения земной поверхности, они принизили роль абстракции при составлении специальных карт. Преклонение перед фотообразом не делает тематическую карту научной. А. В. Гедымин (Гедымин и др., 1981) считает, что карта, как и любая научная работа, воплощает идеализированные образы действительности, запечатленные в сознании ученого. В отличие от фотообраза, созданного аппаратом, человек целеустремленно отбирает изображения — абстракции. И если отбор образа выполнен обоснованно, то в нем больше картографических преимуществ, чем в фотообразе: «…все научные (правильные, серьезные, не вздорные) абстракции отражают природу глубже, вернее, полнее»[15].

Вторые исследователи синтезируют гипсометрические и фотографические образы. При сравнении трех почвенных карт территории Ферганской долины, выполненных в 1970–1976 гг. в одном и том же масштабе, но разными организациями, обнаруживаются заметные различия (рис. 14). На картах показаны только границы почвенных ареалов, без индексов, так как ставится задача — сравнить их формы. Все три карты по-своему хороши, хотя конфигурации ареалов у них разные. На какой же из карт формы ареалов отражены объективнее, какой из них верить? Требования, которые отвечают на сегодняшний день истинной картине природы почвенного покрова, мы называем критерием истинности. Это критерий наиболее полного диалектического представления о структуре почвенного покрова. Таких критериев можно выделить много. Отметим лишь следующие пять.

Первый критерий — движение. Почвенный покров как любое материальное пространство не может существовать вне движения. Он может быть познан только в том случае, если будет изображен в динамике. На картах (рис. 14, а, б) контурность не выявляет признаков динамики, тогда как карта (рис. 14, в) — само движение; ее ареалы четко определяют естественные границы литодинамических потоков, некогда спускавшихся с гор в долину. Видно, в каких местах эти потоки зарождались и в каком направлении текли, где они проносились не задерживаясь и где теряли свою силу, постепенно «застывая».

Рис. 14. Три способа выделения почвенных контуров (ареалов)

а — традиционный, по топографическим картам, б — дешифрирование по аэрокосмическим снимкам, в — пластика рельефа по топографическим картам

Второй критерий — красота. Анри Пуанкаре (1983) писал: «Чувство гармонии и красоты есть побудительный мотив занятия наукой и критерий истинности», «наш ум так же немощен, как и наши чувства: он растерялся бы среди сложности мира, если бы эта сложность не имела своей гармонии… Только те факты достойны нашего внимания, которые вводят порядок в этот хаос и делают его доступным нашему восприятию». На карте (рис. 14, в) изображена гармоничная изящная структура почвенного покрова, требующая количественного выражения. В этой правильности рисунка контуров заключена таинственная связь между качеством и числом.

Третий критерий — объемное изображение почвенного покрова в виде упорядоченной совокупности тел. Конечно, это имитация объемности за счет гармоничного сочетания почв понижений и повышений, образующих антиравенство и цветную симметрию. Преимущество карты (рис. 14, в) в том, что на ней можно зачернить почвы повышений, а понижения оставить незакрашенными, тогда как на картах а и б почвы понижений и повышений объединены и разделить их по рельефу нельзя. Карта в— двумерная с имитацией трехмерности, тогда как карты а и б — нульмерные, в лучшем случае — одномерные.

Четвертый критерий — возможность обнаружения на карте диалектического единства противоположностей. На рис. 14, в отдельные элементы — почвы поражений и повышений образовали единую целостную совокупность — геосистему, состоящую из горного бассейна и вытекающего из него конуса выноса. С горных ущелий выносятся мелкозем и обломки пород (знак минус), а у их подножий они аккумулируются, оседают в виде лопастей конусов выноса (знак плюс). Отношения между длинами и площадями первого и второго дают постоянную величину. Все это — свидетельство единства противоположностей: горы — равнины, вынос — аккумуляция, деконцентрация — концентрация вещества и энергии. И хотя явление единства всем известно как реально существующее в природе, на первых двух картах оно не отражено.

Кстати, четвертый критерий определенно доказывает истинность одномерных моделей (см. рис. 10, б, 11, 12, 13) путем установления в них диалектического единства, проявившегося в противоположности свойств почвенного пространства (группы) левого и правого склонов. Это единство образует симметрию почвенных форм, их гармонию и красоту.

Пятый критерий — время, или возраст почвенных ареалов. На рис. 14, в спецификой узора подчеркивается разновозрастность почв и горных пород. Их в прошлом динамичный образ запечатлен в подвижных рисунках ареалов, имеющих вид однонаправленных потоков, неодинаковых по возрасту. Каждой форме ареала соответствует определенный возраст почв.

ТРЕХМЕРНАЯ (ОБЪЕМНАЯ) МОДЕЛЬ

Трехмерные модели еще предстоит разработать, и это будет крупным достижением почвоведения. Пока же осваиваются двумерные модели, в которых не связаны в единое целое почвенные профиль и ареал; ареалы рассматриваются изолированно. Объединение профиля и ареала даст естественное трехмерное почвенное тело. По В. И. Вернадскому, для ученого вся реальность, все, с чем он работает, «есть естественное тело, находящееся в пространстве — времени… Наука в действительности строится путем выделения естественных тел». А. Ю. Ретеюм (1977) под природным телом понимает обособившиеся в пространстве-времени относительно однородные и целостные компактные образования со специфической организацией.

Каждое тело целостно в той мере, какая нужна для сохранения обособленности. Свойства данного тела зависят от свойств других тел, которые влияют на него, внося неоднородности и делая его многомерным на плоскости.

Проследив путь развития почвенных моделей от нульмерной (см. рис. 9, а) к трехмерной, объемной (г, 5), заметим, что последняя отличается информативной насыщенностью. Она вобрала в себя все предыдущее знание: нульмерность (изолированность) пашни (а), одномерность ее положения в рельефе, когда склон образует звено в единой цепи объектов (б), двумерность форм на плоскости (в) и, наконец, сочетание плоскости с мощностью профиля (г, б). Главное достоинство объемной модели — возможность показать ее во «времени — подвижном образе вечности» (Платон). Но для этого нужно углубиться в и-мерность.

Подвижные образы вечности в почвенно-геологическом теле представлены ареалами погребенных древних почв. Вся история этих тел «записана» в виде закономерного чередования разномасштабных ритмов слоев-ареалов древних почв и разделяющих их слоев-ареалов горных пород (наносов). Современные почвенные ареалы — лишь последнее звено в тысячелетней эволюции многих поколений почвенных покровов. Поэтому нынешние почвы наследуют генетические и геометрические структуры древних почв, синтезируя прошлое, настоящее и будущее в целостное восприятие времени.

Изучение ритмов древнего почвообразования в различных почвенно-геологических телах привело к выводу об их разномасштабности (Степанов, Абдуназаров, 1977; Степанов, 1980). Последнее ведет к явлению почвенного резонанса. Почвенно-геологические системы как единые целостности обладают собственным ритмом. Их соразмерность в процессе эволюции создает гармонию пространства и времени. Дешифрирование космоснимков привело к такому же выводу геоботаника Б. В. Виноградова (1981).

Сравнение структурных и генетических качеств современных и древних почв показало, что свойства молодых, голоценовых почв в онтогенезе (рождение, зрелость, старость) повторяют общую схему филогенеза от древнейших геологических времен до наших дней, т. е. почвенный онтогенез отражает этапы филогенеза. В филогенезе развитие почв начиналось во влажной (гидроморфной) среде и, миновав полугидроморфную стадию, завершилось в сухих автоморфных условиях. Автоморфные почвы легко подвергаются разрушению, переходя в наносы. Так и чередуются в почвенно-геологических телах две сущности: почвы и наносы, образуя разномасштабные структурные ритмы. Появление какого-либо нового свойства почвенного тела связано с завершением ритма, а ритм определяет масштаб эволюционного времени. По В. И. Вернадскому (1975), эволюционное время — это смена форм одновременно со сменой поколений.

Соответствие между почвенным филогенезом и онтогенезом не абсолютное. Почвы в филогенезе устойчиво сохраняют одни признаки и теряют другие. При этом однажды утраченный в филогенезе признак не восстанавливается при дальнейшем развитии. При неразумном воздействии почва может навсегда потерять ряд свойств, в том числе и очень полезных. Поэтому требуется сопряженное изучение современного и древнего почвообразования. А это возможно Лишь в том случае, если анализируются толщи, принадлежность которых к единой целостной системе — к почвенно-геологическому телу — доказана. Следовательно, необходимо освоение методов, позволяющих правильно выделять на картах естественные границы почвенно-геологических тел.