Формы в мире почв

Движение — важный фактор симметрии любых почвенных систем. Использование принципов симметрии позволит почвоведам читать геометрическую структуру почвенных тел в следующей последовательности. Сначала определяется размерность их расположения на карте или снимке. Почвенные тела могут быть неподвижными, «прикрепленными» к одной точке (и тогда их называют нульмерными) или располагаться вдоль линии (одномерные), а также находиться в узлах параллелограмматической сетки (двумерные). Затем уточняется их более тонкая структура, т. е. характер взаимного расположения с помощью операций симметрии (движений): поворотов, перестановок, отражений и Других.

В явном или неявном виде движение как форма познания присутствует в любой научной теории. Мыслимые перестановки, повороты, отражения выявляют устойчивую повторяемость в пространстве и во времени тех или иных форм почвенных тел, т. е. инвариантность. Последняя всегда связана с каким-либо законом сохранения. Каждая почвенная система характеризуется конкретным, присущим только ей устойчиво сохраняющимся (инвариантным) повторением тел и соответствующим ему законом сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и других. Д. И. Менделеев отличал исследователя от простого исполнителя по способности мыслить категориями инвариантности. Он считал, что истинный ученый тот, для кого поиск постоянного среди переменного и вечного среди временного — основной принцип познания. Выявление постоянного и вечного в хаосе явлений на современном языке и есть установление инвариантов, симметрии и структуры, которые в общем виде выражаются простыми числовыми соотношениями, скрывающими в себе законы. Н. Ф. Овчинников писал, что «поиски структурных инвариантов, или, иначе, исследование структуры и симметрии природы, становятся в современной науке не менее вдохновенной задачей, чем поиски причинных явлений» (1960, с. 121).

Академик В. Б. Сочава полагал, что в науках о Земле концепции инвариант суждено выполнить «не меньшую роль, чем она уже сыграла в кристаллографии, и в особенности в учении о симметрии… Только путем выявления этих сохраняющихся элементов и их связей мы в состоянии построить классификацию геосистем, отображающую законы, действующие в природной среде…» (1978, с, 7). Путь к ней в начале XX в. указан Н. М. Сибирцевым (1951): «Топографические смены почв суть смены повторяющиеся… они могут быть сведены к определенным схемам» (с. 316) или: «…для каждой данной местности число почвенных комбинаций не безгранично, и они повторяются множество раз с замечательной правильностью и постоянством» (с. 404).

Еще в 1916 г. академик Л. С. Берг за критерий элементарности ландшафта принял закономерную периодическую повторяемость рельефа, почв, грунтовых вод, растительности. В 1920 г. академик Н. И. Вавилов открыл закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости организмов, в 1924 г. Д. Г. Виленский — закон аналогичных почв, в 1963 г. В. Р. Волобуев ввел понятие о почвенной общности — абстрактной системной единице, присущей каждой зоне.

В наши дни представление о повторяемости почв и ландшафтов получило наименование: аналогия — структура — симметрия — инвариантность. Так, В. М. Фридланд (1972) писал, что почвенные комбинации, ритмически, регулярно и симметрично повторяясь, образуют упорядоченную структуру почвенного покрова — устойчивый геометрический рисунок. По его мнению, понятие «структура почвенного покрова» близко к понятию «математическая структура»; и та и другая включает в себя элементы и закономерности их взаимосвязи. Однако вместо поисков симметричных почвенных структур многие почвоведы занимались описанием параметров ареалов (размеры, степень расчленения, пятнистости и т. п.).

Рис. 24. Классификация структур земной поверхности

А — цепи, или одномерная трансляция, В — узлы, двумерная плоская параллелограмматическая решетка. Слева — натурные зарисовки, справа — карты и геометрические индексы симметрии. Для сравнения:

В — аэрофотоснимок тундры (слева), его геометризация (справа),

Г — поверхность микроскопического гриба

Огромный вклад в изучение почвенных структур внесла М. А. Глазовская (1964, с. 230), которая выделила два типа периодической повторяемости элементарных ландшафтов: 1) «цепь», или — на языке симметрии[19] — одномерная трансляция (бордюр) для мелкосопочной денудационной равнины (рис. 24, А); 2) «узлы», или двумерная плоская кристаллографическая решетка для холмистой ледниковой равнины, где ландшафты сочетаются по узлам косого параллелограмма (рис. 24, Б).