Формы в мире почв

Рис. 32. Примеры изоморфизма клеток растительных и животных тканей (А) и почвенных ареалов (Б)

Рис. 33. Примеры изоморфизма клеток тканей (А) и почвенных структур (Б)

Проникновение учения о симметрии в науку о биосфере только начато. Многое сделано для описания симметрии горных пород, растительных и животных организмов (Шафрановский, Плотников, 1975; Урманцев, 1974; Депенчук, 1963; и др.). Географы применяют принципы симметрии при изучении горных бассейнов (Корытный, 1984), снега и льда (Коломыц, 1977) и вообще природной среды (Шубаев, 1970). Теперь представления о симметрично-дисимметричном клеточном строении коснулись почвенного покрова. И здесь симметрия помогает найти ту самую «точку обзора», которая открывает двери в тайники природы.

«Точка обзора» академика С. С. Шварца — это призыв не только к поиску обобщенной методики и теории, но и к единству взгляда на природу. Попытаемся уловить сходство в различных по происхождению и свойствам формах: А — клеток животных и растений, В — почвенного покрова (см. рис. 32, 33). Как видим, формы и сочетания почвенных клеток и клеток тканей растений и животных аналогичны. Несмотря на их разную физическую природу, между ними наблюдается глубокая аналогия в структуре, т. е. в характере связи первичных элементов — клеток. Так, тундровые почвы с прямоугольными полигонами размером 40–60 м на п-ове Ямал имеют пространственную упаковку, напоминающую клетки кожицы лука (рис. 32, 1).

Почвенные ареалы шестиугольной формы диаметром до 60 м на Аляске созданы мерзлотой и похожи на кристаллики льда, которые образуются вокруг пятиугольной бактерии длиной в 2 мкм (рис. 32, 2). Клетка хроматофора аксолотля — личинки земноводных, — напоминает многокилометровую почвенную форму, характерную для Русской равнины (рис. 32, 3), а одноклеточная водоросль порфиридиум — структуру болотных почв (рис. 33, 7). Мозаика колбочек сетчатки глаз рыб по форме подобна пескам Каракумов (рис. 33, 2), а фотография глаза мушки дрозофиллы — почвенному покрову, развитому на песчанике (рис. 33, 3).

На рис. 24 сопоставлена структура многометровых почвенных клеток Арктики (В) с картиной возбуждения и распределения гриба диктиостелия (Г). Перед нами очередной пример системного сходства: под микроскопом видны клетки грибов, образующие агрегаты. Культуры гриба нанесены на агар, и через 100 мин после этого сделан снимок спиралевидной картины возбуждения. На фотографии [цит. по: (Зенгбуш, 1982)] изображено образование агрегатов вокруг их центров, к которым стремятся клетки гриба. Агрегация происходит волнообразно, по типу самосборки и напоминает картину образования почвенных клеток в арктической тундре.

Прослеживается, казалось бы, невероятная связь и аналогия почвенного микромира и макромира. Почвенные клетки на всех уровнях не просто покоятся на поверхности суши, а совершают направленные движения — приращения и вращения, приводящие к спиральным формам. Крупные почвенные клетки (40–80 м) в структурном плане ничем не отличаются от форм, образующихся в микроскопической среде. В изоморфизме и гомоморфизме движений микро- и макромира почв лежит ключ к разгадке многих тайн почвообразования.

Как видно на рис. 32, 33, микроскопические биологические объекты (А) являются гомологами, или изомерами, почвенных макрообъектов (5). Такая аналогия правомерна и позволяет выявить то общее, что объединяет различные миры единой целостной природы планеты Земля. Этим общим, видимо, оказывается симметрия, обусловленная не менее общим естественным фактором — гравитационным и электромагнитным полями. Вероятно, в природе экономичны не только симметричные системы, но и образование и передача энергии в них, в частности в виде потоков ионов или электронов. Такое миропонимание дает в руки практиков тончайшие и надежные инструменты охраны биосферы.

Фотографии (рис. 32, 33) свидетельствуют, что закон соответствия систем не только нагляден, но и полезен. По Ю. А. Урманцеву (1978), между двумя произвольно взятыми системами всегда находятся соответствие, симметрия и системное сходство. Отсюда различного рода совпадения — чисел, форм, рядов развития, математических закономерностей. Такие совпадения вызваны к жизни исключительно системной организацией объектов природы, общества и мышления. Выявляя системное сходство микро- и макромира (рис. 32, 33), мы познаем общие законы природы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сельскохозяйственное освоение земель имеет свои этапы развития. В прошлом примитивное использование почв — небольших изолированных участков пашен среди бескрайней целины — в наши дни сменилось бурным развитием орошения и осушения на обширных просторах Земли. При этом под влиянием человека круговорот вещества и энергии охватывал лишь верхнюю метровую толщу, теперь он распространился вглубь на сотни метров. Поэтапный характер использования земель способствовал и поэтапной разработке научных моделей почвенного пространства. Сначала они были нульмерными, затем стали одномерными, двумерными, трехмерными… Сейчас, когда орошением и осушением охвачены колоссальные площади, потребовалась разработка многомерных моделей, которые учли бы происходящие изменения природной среды на всех уровнях.

Такие модели могут быть получены на основе диалектического учения о связи формы с содержанием. Например, недавно поставленная перед учеными нашей страны задача построения модели почвенного плодородия не может быть решена без глубокого понимания явлений формообразования. По этой же причине возникла проблема картографирования почвенных ареалов на новых принципах, объективно вскрывающих геометрию структур почвенного покрова.

Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР разработал и внедрил в производство новый метод почвенного картографирования — пластики рельефа. В нем сочетается топографическая карта с аэрокосмическими снимками. В последние годы Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР стало выпускать в свет созданные этим методом карты нового типа. Они отображают динамику древнего и современного рельефообразования, выявляют дискретное клеточное строение почвенного покрова, подобное клеточным структурам тканей растений и животных, Вместо обычных контуров на этих картах выделяются почвенно-геологические тела с векторной направленностью и началом координат. Наука обогатилась возможностью воспринимать дискретные почвенные тела, то есть почвы повышений, на фоне другой среды — континуума, представленного почвами понижений. На прежних почвенных картах такого разделения почв не было, а потому не возникали такие проблемы, как взаимодействие дискретного и континуального, системы и подсистемы, случайного и устойчивого, симметричного и диссимметричного, без которых формализация почвоведения невозможна. Обострилась дискуссия на тему: является ли каждая почвенная клетка независимой структурной единицей почвенного покрова, или же клетки переходят одна в другую, образуя непрерывный, континуальный, материальный субстрат?

По картам нового типа установлено, что почвенный покров имеет геометрически правильный рисунок, образованный своеобразным сочетанием в пространстве элементарных почвенных ячеек (клеток, паттернов, мозаик). Они могут быть полигональными, криволинейными, ветвящимися. Сочетаясь, полигональные формы образуют криволинейные другого уровня организации, и наоборот. Такого рода топологические перестройки приводят к мысли о необходимости создания почвенной теории топологического формообразования. Она может быть построена с учетом принципов симметрии, связывающих формообразование с энергетическими законами природы.

Выявление по картам элементарных почвенных ячеек и их пространственных сочетаний с помощью операций симметрии (перестановок, вращений, отражений) привело к представлению о тождестве почвенных и математических структур. Такое понимание облегчает формализацию почвоведения, то есть усиливает в ней роль формальной логики, математики, абстрактного мышления. Разработка любой почвенной модели уже подразумевает применение математических правил и абстрактных образов. Последние требуют не конкретного мышления, многим привычного, а абстрактного, для чего нужны особые приемы научного познания. Приходится глубже вникать в смысл таких понятий, как «пространство», «форма», «движение», «симметрия», «инвариантность». Они необходимы для доказательства симметрии почвенного пространства — его однородности и изотропности.