Страница 8 из 41
ПРЕРЫВНОЕ — НЕПРЕРЫВНОЕ
Прерывность и непрерывность — это философские категории, характеризующие строение материи и процессы ее развития. Элементарные почвенные тела могут быть одновременно как прерывными, т. е. иметь пространственно-временнýю отграниченность, так и непрерывными, континуальными, т. е. сплошными. В прерывном мире законы почвообразования должны записываться в одном виде, а в непрерывном — в другом. Значит, нам надо осуществить выбор прерывного (дискретного) или непрерывного (континуального) почвенного пространства.
Следует отметить, что этот вопрос, хотя и не на формальном уровне, обсуждается географами, геологами и почвоведами. Так, Д. Л. Арманд (1975) считает, что «ландшафтная среда в основном континуальна. Ничего похожего на мозаику, на изразцовую или кирпичную кладку мы в природе не знаем». С таким заключением трудно согласиться. Фотографии (см. рис. 1) убеждают в том, что почвенный покров как тундры, гак и пустыни дискретен, геометрически правилен, упорядочен. В дискретности ландшафтной сферы убеждены Н. А. Солнцев, В. П. Лидов, М. М. Ермолаев. Именно дискретность, заключающаяся в периодически повторяющемся изменении почв и ландшафтов, создает специфику и своеобразие земной поверхности, ее особенную красоту. А. Пуанкаре (1983) писал: «Если бы природа не была прекрасной, она не стоила бы того, чтобы ее знать». Красота структуры почвенного покрова определяется ощущением соразмерности форм, их взаимосвязанности, образующей нечто завершенное, единое целое.
Другие исследователи (В. С. Преображенский, В. М. Фридланд, А. Д. Воронин, Е. А. Дмитриев) считают, что ландшафты и почвы совмещают дискретность и континуальность. В последнее время эту точку зрения разделял и Д. Л. Арманд. Он уже сделал уступку в пользу дискретности, соглашаясь, что «ландшафтная сфера континуальна, но содержит отдельные элементы дискретности». Состояние, когда сочетается прерывное и непрерывное, называют семиконтинуумом. Так, В. Е. Хайн (1973) совокупность прерывно-непрерывного видит в образовании глыбово-волновых (складчато-блоковых) структур литосферы.
Анализ расположения в пространстве и времени почвенных форм предполагает поиски условий их движения, при которых форма сохраняла бы свою структуру. Движение оказывается необходимым средством изучения свойств абстрактных почвенных форм. Однако движения могут быть дискретными (зеркальные, осевые и центральные симметрии правильных многогранников) и непрерывными (вращения, трансляции). Видимо, прерывность и непрерывность почвенного мира взаимно дополнительны. С учетом уровней организации в рамках определенной задачи один из них можно считать дискретным по отношению к смежному другому континуальному уровню.
Возможности континуальных методов еще слабо изучены. Поэтому в книге внимание фиксируется на дискретных свойствах почв. Именно настрой на анализ почвенных систем с помощью дискретных движений позволил обратить внимание на группы симметрий правильных многогранников и на кристаллические группы. В качестве элементов здесь берутся геометрические движения (преобразования). Инвариантами этих движений являются пространственные интервалы, которые определяются модулем, или аргументом. Так, вращению на 360° соответствует поворотная ось первого порядка L1, на 180° — ось второго порядка L2, на 120° — L3, на 90° — L4, на 72° — L5, на 60°— L6. Значит, в основаниях симметрии полигональных форм, в том числе и почвенных, заложен тезис о дискретности движений, их периодичности, ритмичности, гармонии.
Заметим, что на неформальном уровне споры о прерывности и непрерывности почвенного и геологического пространств вообще неразрешимы. Поэтому нам следует поспешить с формализацией почвенных представлений.
ДИНАМИКА — СТАТИКА
В механике изучают особенности движения тел (динамику) и условия их равновесия, покоя (статику) под действием приложенных сил. На картах почвенные тела показаны в состоянии покоя, так как существующие способы картографирования не дают возможности отображать их динамику. До недавнего времени такое положение не вызывало возражений: основная задача заключалась в инвентаризации почв. Лишь в наши дни возникла необходимость рассмотрения почв и ландшафтов в развитии, и не просто почв и ландшафтов вообще, а почвенных тел и систем, обладающих различными формами.
Раньше считали, что природные ресурсы: почвы, воды, полезные ископаемые — неисчерпаемы. Теперь стало ясно: природа одновременно теряет и возобновляет свои богатства. Но как это она делает — неизвестно. Старыми способами картографирования эти изменения природы выявить не удается. Поэтому возникла идея построить новый тип карт — динамических, на основе топографических карт с горизонталями (изогипсами) и с одновременным использованием аэрокосмоснимков.
В чем же секрет нового метода картографирования, который может отобразить соотношение статики и динамики в науках о Земле? Как известно, топографическая карта строится путем нанесения изогипс, отражающих все формы рельефа. Поэтому в ней в сжатом виде формализованы важнейшие сведения о состоянии земной поверхности. Однако при этом не исчерпаны все те потенциальные возможности, которые заложены в топокарте. В чем-то этому помешало появление аэрокосмических снимков. Многие увлеклись ими, позабыв о топокарте или придавая ей второстепенное значение. В результате была не замечена та смысловая нагрузка, заложенная в топокартах, которая могла бы привести к выводу фундаментальных понятий в науках о Земле.
Изображение на карте изогипс — самый совершенный, удобный, емкий и информативный способ представления и наглядного восприятия рельефа. Изогипсы — это линии с равными высотными отметками: движением вдоль них, т. е. вдоль склона, достигается статичность состояния. Поэтому изогипсы на картах отражают статический, равновесный характер земной поверхности, а отрисованные по ним контуры почв, рельефа, наносов, грунтовых вод можно назвать статическими.
Природные явления протекают под влиянием сил гравитации. Любой водный или грязекаменный поток стремится вниз по уклону местности, поперек склона, т. е. по нормали к изогипсам. Это привело нас к мысли, что надо строить карты нового типа — по перпендикулярам, каждая линия которых не имеет равной высоты. Контуры почв, наносов, грунтовых вод, построенные по нормали к горизонталям, можно назвать условно-динамическими, а сами карты, составленные этим способом, — картами пластики рельефа, или объемно-графическими.
Новый способ картографирования природных объектов — отображение пластики рельефа — только внедряется в производство. Первым его освоили и стали широко применять почвоведы, геологи и гидрогеологи Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР. Сейчас этим методом составляются областные среднемасштабные карты (М. И. Андронова, А. И. Саталкин и др.). Осуществляется переход к крупномасштабному почвенному картированию методом пластики.
Карта — первичная исходная информация о свойствах почв. Если эта информация будет отражать статику, то мы получим один вывод, если динамику — другой. Прогресс науки и качество инженерно-мелиоративных проектов зависят от выбора способа отражения почвенных структур или от умения использовать статику и динамику в диалектическом единстве.
НУЛЬМЕРНОСТЬ — МНОГОМЕРНОСТЬ
Почвенная наука, как все естествознание, начала развитие с нульмерного понимания почвенного пространства, когда вся информация о почве умещалась в одном образце земли, взятом лопатой из неглубокой ямки. Затем появилось докучаевское описание почвенного профиля — одномерное, приведенное к вертикальной линии. Почвенное картографирование привело науку к двумерным представлениям, когда на карте стали изображать ареалы, напоминающие различные геометрические фигуры.
В наши дни делаются первые робкие попытки «монтажа» двумерного ареала с профилем, чтобы создать трехмерный образ почвенного тела. Некоторые исследователи пошли дальше: они изучают возраст почв и конфигурацию разновозрастных ареалов с тем, чтобы с их помощью воссоздать четырехмерное и п-мерное почвенное пространство. Вот здесь-то и появилось непредвиденное. Выяснилось, что в почвенном теле запечатлены формы и свойства многих различных временных эпох. Таким образом, с дискретным почвенным пространством оказалось связано еще одно его свойство — многомерность.