Формы в мире почв

Рис. 16. Фрагмент карты почвенных структур Казахстана. Спиральные, кольцевые (а, б), синусоидальные (в) и линейные (г) структуры

Можно предположить, что периодически возобновляемые гармоничные изменения земной коры и почвенного покрова коррелируют не только с прямым притоком энергии Солнца, но и с характером преобразования этой энергии системой почвенно-геологических блоков-клеток. Наши знания о ландшафте будут недостаточными до тех пор, пока мы не выясним, на каком эволюционном уровне упорядоченности структур (юности, зрелости или старости) находятся изучаемые участки земной коры и почвенного покрова.

СИММЕТРИЯ ФОРМ

Многообразие природных форм вызывает необходимость построения их единого алфавита. Е. С. Федоров (1901) установил, что число возможных форм равно 230. Его работы послужили мощным импульсом к изучению конфигураций тел во всех науках. Однако анализ форм вообще, в отрыве от вещественного состава, носит абстрактный характер. Внимание привлекают работы, в которых обнаруживаются связи между формами и веществом. Так, О. М. Калинин получил проективное многообразие, расширяющее группу Федорова до 273, связав это число с изотопным составом химических элементов.

Почвоведы, геологи и географы используют теорию формообразования, основные положения которой базируются на элементах и операциях симметрии. С их помощью строятся полигональные, криволинейные и ветвящиеся формы почвенных тел разных уровней организации. Поэтому поиск связи форм с элементами и операциями симметрии для почвоведения имеет особое значение.

Понятия симметрии можно применять не только к идеально правильным фигурам, но и ко всем объектам природы, которая не создает ничего абсолютно точного. Даже кристаллы на самом деле деформированы, искривлены. «Если присмотреться повнимательнее, то можно заметить, что ни одну разновидность симметрии вокруг нас нельзя считать точной. Идеальная симметрия существует только в нашем воображении» (Узоры симметрии, 1980).

Человеческое зрение отмечает отклонения от идеальной формы, а мысль восстанавливает искаженное до правильной фигуры, поэтому трудно перейти от конкретного полевого описания к абстракции — теоретическому обобщению. Этот переход помогает совершить симметрия, которую «можно обнаружить везде, если знать, как ее искать… стоит лишь нам постичь, что такое симметрия, как мы начинаем обнаруживать ее повсюду» (Узоры симметрии, 1980, с. 13). Действительно, лишь однажды увидев чудесный мир упорядоченных почвенных структур, невозможно отказаться от стремления познать его, найти ему математический аналог.

Н. П. Херасков (1965) различал геологические формации по степени приближения их к идеальным фигурам: к трехмерным — шару, эллипсоиду, октаэдру, конусу, параллелепипеду; к двумерным — окружности, эллипсу, ромбу; к одномерным — прямой, изогнутой линиям [цит. по: (Васильев, 1974)].

И. И. Шафрановский (1968) классифицирует формы рельефа с помощью элементов симметрии: точки, оси, плоскости, относительно которых проводятся движения: вращения, отражения, перестановки, сжатия (см. рис. 15, Г). Так, купол земной коры (а) имеет симметрию конуса L_∞∞P, т. е. включает бесконечное число осей и плоскостей; вал (б) — одну плоскость Р, которая делит форму на две зеркально равные части; сундучное поднятие (в) — поворотную ось второго порядка L₂ и две плоскости Р, что и записывается символами L₂2Р.

Развивая идеи И. И. Шафрановского, мы предлагаем классифицировать почвенные формы с помощью элементов и операций симметрии — вспомогательных геометрических образов, а именно: вращения — образ в виде оси L, вокруг которой поворачивается почвенная фигура, а также в виде инверсионной оси L₂, когда поворот сопровождается сдвигом; зеркального отражения — образ в виде плоскости Р; трансляции, перестановки с места на место — образ в виде оси Т, вдоль которой перемещается фигура; уравновешивания, центровки — образ в виде точки С, расположенной в центре фигуры.

Между элементами: осями, плоскостями, точками — существуют связи, которые позволяют упростить представления теории симметрии. Оказывается, центр С и плоскость Р — это лишь частные случаи инверсионных осей. Так, центр С можно рассматривать как инверсионную ось первого порядка, т. е. L₁₂ = C, а плоскость Р — как ось второго порядка, т. е. L₁₂= Р. Поэтому простые L и инверсионные L₁ оси с порядком от единицы до бесконечности полностью исчерпывают все возможные элементы симметрии конечных почвенных фигур: L₁, L₂, L₃, L₄, L₅,…., L_∞, L₁₁= C, L₁₂= P, L₁₃, L₁₄, L₁₅…., L_1oo.

КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ФОРМЫ

Рис. 17. Криволинейные формы земной поверхности и почвенного покрова