Каштановые и подзолистые почвы (рис. 7, II) имеют наклонную асимметричную форму мозаик, а потому их сочетания образуют простой ряд бордюров, описываемый символом (а). Схематически бордюр этого типа показан в виде линии и расположенных под ней асимметричных треугольничков. Ось переноса полярна, т. е. свойства бордюра в направлении слева направо (вниз по склону) иные, чем в обратном направлении. Следуя слева направо, всегда встретим острые языки горизонта А, а при обратном движении — только плавные изгибы линий. Создается впечатление однонаправленного поступательного движения.
Мерзлотные почвы (рис. 7, III) повсюду, несмотря на механическое криогенное искажение форм горизонтов, описываются символами (а) — а. Здесь, впрочем как и для рис. 7, IV, ось переноса является осью скользящего отражения, т. е. мозаика приходит в самосовмещение после последовательных переносов на половину расстояния а/2 и отражения в плоскости, перпендикулярной чертежу. Операции необходимо проводить одна за другой, а не порознь: взятые отдельно перенос и отражение не приводят фигуру в самосовмещение.
Столбчатые отдельности солонцов, солончаков и солодей образуют «самый распространенный и вместе с тем самый скучный вид симметрии бордюров» (Шубников, Копцик, 1972), который возникает при комбинировании оси трансляций с поперечной и продольной плоскостями симметрии (рис. 7, IV).
Предельный случай этого вида симметрии (а0):2-m осуществляется в однообразном профиле почвы, например в слитоземе, торфе, такыре, песке, где ось непрерывных (сплошных) переносов а0 перпендикулярна плоскости симметрии т.
Границы профиля пустынных почв с близким залеганием горных пород (рис. 7, V) напоминают контур дубового листа. Такая форма профиля описывается символами (а)*т. Здесь наряду с переносной мы имеем зеркальную симметрию: бордюры зеркально симметричны относительно прямой, делящей почвенный профиль пополам в продольном направлении. Ось переноса является также осью симметрии, или, иначе, ось переносов комбинируется с продольной плоскостью симметрии (а) * m, т. е. ось (а) параллельна плоскости т.
Луговые почвы (рис. 7, VI), несмотря на их разнообразие, чаще подчиняются закону симметрии (а):2*а.
ТРЕХМЕРНАЯ (ОБЪЕМНАЯ) МОДЕЛЬ
Наличие нульмерного, одномерного и двумерного образов почвенного профиля предполагает возможность построения и трехмерной модели. Однако словосочетание «трехмерная модель почвенного профиля» неверно, так как профиль — понятие двумерное. Трехмерность предполагает, помимо вертикального профильного, еще одно измерение — горизонтальное, вдоль плоскости земной поверхности. Лишь естественное сочетание плоскости и вертикали дает объемное представление о почве. Но не такое, какое видим в некоторых книгах, — вырезанные из почвы квадратные или иные призмы в форме педонов (например, как на рис. 5,г).
Такие искусственные трехмерные фигуры имеют узкое назначение: учет в том или ином объеме почвы солей, пор, корней, фауны, конкреций.
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?