Азбука рисунков природы

Привлечение математического аппарата проблему пока не решает. Трудности здесь в том, что каждый вновь появившийся элемент решетки меняет граничные условия, меняет поля напряжений, и всю задачу приходится формулировать по-новому. Натурное моделирование? Морозобойное растрескивание трудно воспроизвести на модели, а наблюдения за формированием трещин в природе единичны. Но есть аналог — это трещины усыхания. Отличие лишь в том, что при морозобойном растрескивании трещины образуются в результате сжатия поверхности при охлаждении, а трещины усыхания — следствие усадки поверхности при испарении влаги.

Рис. 7

Рис. 8

Образование трещин на илистом дне высохшей лужи приходилось наблюдать, наверно, каждому. Если вы живете в старом многократно ремонтированном доме, то у вас всегда найдется объект для изучения рисунков. Трещины усыхания «очень любят» появляться на поверхности старой краски. Даже на тщательно охраняемых полотнах старых мастеров, если к ним подойти совсем близко, можно увидеть второй рисунок — рисунок трещин (кого считать его автором?)

Трещины усыхания легко моделировать. И, кажется, стоит только этим заняться, и мы все поймем. Но проведем такой эксперимент. Из порошка мела разведем жидкую однородную пасту и разольем ее одинаковыми порциями, одинаковым слоем в несколько одинаковых круглых гладких плоскодонных чашек. Поставим их рядом сохнуть на горизонтальную поверхность, и через несколько часов в разных чашках можем увидеть... совершенно разные рисунки (рис. 5—8). Все было одинаково, а чашки не просто чистые, но стерильные — из заводской упаковки. Результаты, как видим, интересные и непонятные (непонятные пока, к концу «Азбуки» все станет ясно).

Но вернемся к морозобойным решеткам на берегу реки. Если бы нам удалось разработать подробнейшую математическую модель или обеспечить абсолютную повторяемость опытов моделирования, исчерпывающее решение для речных решеток все равно найдено не было бы. Причина этого в том, что неверна традиционная постановка задачи, а именно — рассматривается массив с какими-то свойствами, границами и рассчитывается решетка, которая на нем возникает. Такая постановка большинству природных объектов не соответствует.

Реки, озера и другие художники Севера

Рассмотрим такой пример: представим какую-нибудь северную реку, выберем однородный мерзлый пойменный массив, ограниченный относительно крутым берегом реки. Допустим, что климат не очень суровый и морозобойное растрескивание не происходит. Но вдруг климат изменился, похолодало — и массив растрескался (пока это традиционная постановка). При этих условиях должен появиться рисунок, похожий на рис. 9, а. В этом примере есть берег реки, он разгружает край массива, и трещины к нему должны подходить под прямым углом.

А теперь вспомним, что любая равнинная река все время смещается, ее русло на излучинах подмывает один берег и намывает другой. Река постоянно обновляет поймы в своей долине. Значит, она должна постоянно обновлять и морозобойные рисунки. Зададим, что этот берег намывной, линия берега смещается и массив плавно наращивается. Климат уже изменился, и каждую зиму массив будет подвергаться растрескиванию. При этом трещины пойдут по тем же ослабленным местам, повторяя прежний рисунок. Проникнут они и во вновь намытую и уже промерзшую полосу берега, естественно, под прямым углом к нему (см. рис. 9, б). Через ряд лет берег еще больше сместится и в пределах вновь намытой полосы за счет повторного растрескивания сформируется система перпендикулярных берегу протяженных трещин, параллельных между собой. Берег как бы тянет за собой сеть трещин. Или трещины как бы все время тянутся вслед за отступающим берегом.

Как только берег отступит от первоначального положения на расстояние, превышающее ширину зоны разгрузки, то полосы, заключенные между этими параллельными трещинами, начнут разбиваться поперечными (см. рис. 9, в). В дальнейшем, по мере отступания русла эти трещины будут образовываться одна за другой через одинаковые промежутки, равные ширине зоны разгрузки (см. рис. 9, г—е). В итоге этих совместных мерзлотных и гидрологических процессов появляется рисунок с упорядоченностью и в ориентации, и в размерах.

Рис. 9

Рисунок, сформированный таким путем, можно считать сингенетическим. Он нарастает маленькими порциями по мере нарастания массива. И какую бы площадь ни занимал весь рисунок, любой его кусочек сформировался (зародился) на берегу реки. По такому рисунку, как по хронологической записи (как по кольцам на срезе дерева), можно прочитать историю развития долины, по ней легко восстановить положение береговых линий, можно определить направление их смещения. Часть же рисунка, изображенная на рис. 9, а, — это эпигенетический рисунок, он сформировался единовременно на заранее сформированном массиве.