Текст книги "Формы в мире почв"

Автор книги: Игорь Степанов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 11 страниц)

Путем сдвига, поворота и (или) зеркального отражения _z можно привести два подобных почвенных ареала в положение гомотетии. Гомотетия – преобразование подобия, в нашем случае движение, при котором формы почвенных ареалов переходят в подобные при равномерном увеличении и уменьшении одной из них.

Подобие – геометрическое понятие. Два почвенных ареала F₁ и F₂ называются подобными, если между их точками можно установить взаимно однозначное соответствие (см. рис. 25, VII). Однозначное соответствие – отношение между любыми парами соответствующих точек (например, A₁C₁ и А₂С₂. AiBi и А₂В₂) ареалов F₁ и F₂, равное одной и той же постоянной К, называемой коэффициентом подобия. Углы между соответствующими линиями подобных почвенных ареалов равны.

Учение о симметрии обогатилось новыми знаниями благодаря работам В. И. Михеева (1961) о гомологии. Помимо классических элементов симметрии, он использует плоскости и оси гомологичности, связанные с однородными деформациями. Плоскость гомологичности – это плоскость косого отражения, а ось – прямая, при помощи которой делается косой круговой поворот.

Понятия сходства, аналогии, тождества, толерантности, эквивалентности лежат в основе теории натурного подобия – учения об условиях относительного равенства физических, в том числе почвенных, тел и явлений. Теория подобия – это база моделирования, установления критериев почвенного, геологического, гидрогеологического сходства (Степанов, 1978). Критерии – безразмерные числа, составленные из размерных физических параметров, чье равенство для двух почвенных систем и явлений – необходимое и достаточное условие подобия. Особое значение придается критериям геометрического подобия внешних форм. Почвенное моделирование без этих критериев теряет смысл, так как «безразмерные числа (критерии подобия) отражают взаимодействие сил и процессов, составляющих существо, или базу явления» (Седов, 1977).

ВРАЩЕНИЕ НА ПЛОСКОСТИ

Разные народы читают книги по-разному: одни слева направо, другие справа налево, третьи сверху вниз. Поэтому не будем удивляться предложению «читать» почвенные карты или аэрофотоснимки по кругу. Ведь многие почвенные ареалы располагаются у подножия куполов, создавая обрамление в виде круга. В таком случае их структура описывается операциями вращения, а элементами симметрии здесь выступают простые и инверсионные оси и точки – центры симметрии.

Различают осевую и радиальную симметрии. Осевая обнаруживает себя тогда, когда, например, два почвенных ареала F₁ и F₂ разделены осью L (см. рис. 25, VIII). Если повернуть один из них вокруг оси на 180°, то эти ареалы совместятся. При этом один ареал будет зеркальным отображением другого. Значит, поворот вокруг оси можно назвать еще и зеркальным отражением. Маленькая спираль в середине ареала F₁ будет иметь противоположное вращение в ареале F₂. Одна операция вращения создает зеркально-конгруэнтное сочетание ареалов, а две такие операции – тождественно-конгруэнтное. Они соответствуют сдвигу, или повороту.

Радиальная симметрия характеризуется следующими свойствами движений: почвенные ареалы совмещаются при обороте вокруг точки С, которую называют центром вращения (см. рис. 25, IX). При этом соответственные точки АВС и А₁B₁C₁ ареалов F₁ и F₂ совпадают, а нанесенные внутри них спирали не меняют направления. Ареал, отраженный таким способом, является тождественно-конгруэнтным.

Простейшие примеры кругового расположения почвенных ареалов показаны на рис. 25, X. Здесь ареалы классифицируются по характеру взаимного расположения двумя операциями: 1) вращением и зеркальным отражением L₆6P, 2) только вращением L₆. Но они могут залегать в пространстве иначе и иметь другие порядки осей: L₂, L₃, L₄…

Классификацию сочетаний ареалов по способу вращения можно разработать на основе мультипликативной подгруппы, основанной на операции умножения на плоскости. Однако если структура почвенного покрова имеет более сложный характер, то можно использовать группу, содержащую аддитивную подгруппу, основанную на операции суммирования параметров: Z_a=x+iy. Здесь выражение iy символизирует вращение, х – приращение. Тогда из комплексного числа получим формы, характеризующие спиральное вращение..

ТРАНСЛЯЦИЯ С ОДНОМЕРНОЙ ПЕРИОДИЧНОСТЬЮ

При беглом взгляде на карту или снимок почвенные ареалы кажутся хаотично разбросанными по поверхности. Однако, приглядевшись внимательнее, увидим, что они располагаются или вдоль одной линии – тогда это будет трансляция с одномерной периодичностью' типа «цепь» (см. рис. 24, А), или вдоль двух линий – тогда это будет дважды периодическая трансляция типа «узлы» (см. рис. 24, Б). Последнюю рассмотрим в следующем разделе.

Поступательный перенос ареала в пространстве на некоторое расстояние параллельно самому себе вдоль прямой линии (оси) называется трансляцией. Эта прямая линия – элемент симметрии, ось трансляции, а наименьшая величина переноса вдоль нее – период трансляции (а). Понятие о трансляции дает вектор Т, характеризующий направление и величину поступания.

Усложнение переносов путем использования зеркала – односторонней (полярной) плоскости – образует особую симметрию, называемую бордюром. Последняя широко распространена в мире почв. С ее помощью классифицированы почвенные профили (см. рис. 6, 7). Теперь используем симметрию бордюров для распознавания структуры почвенных ареалов.

Рис. 27. Классификация почвенного покрова с помощью симметрии бордюров

I, II – различные формы покровов, III – их геометрическая интерпретация, IV – выражение структуры покровов в виде буквенных индексов Объяснения см. в тексте

Идеализированные почвенные ареалы русел, пойм, разломов, барханов всех возможных видов симметрии бордюров показаны на рис. 27:1 – бесконечные континуальные; II — конечные, дискретные, изолированные (пятна солончаков, такыров и т. п.); III – геометрическое изображение видов симметрии: сплошная линия – ось переносов; прерывистая линия – плоскость скользящего отражения; вертикальная линия – плоскость; а – период трансляции; черные треугольники – почвенные ареалы; IV — буквенная запись видов симметрии бордюров: а — период трансляции; а — плоскость скользящего отражения; т – плоскость зеркального отражения; точка – знак параллельности; двоеточие – знак перпендикулярности.

Опишем бордюры подробнее. Простая трансляция произвольной формы почвенного ареала (симметричного или асимметричного – это не имеет значения) показана на рис. 27, /. Если ареал переносить на равные расстояния а без изменения его положения в пространстве (без поворотов, отражений), а лишь путем конгруэнтного наложения, то такой вид симметрии будет обычной трансляцией, и символ симметрии записывается как (а). Заметим, здесь ось переносов поляр-на, а сочетание ареалов асимметрично: оно имеет лишь однонаправленную эволюцию.

Комбинации оси переносов с зеркальным отражением создают различные виды симметрии бордюров. Если ось переносов сочетать с продольной плоскостью симметрии m, то образуется вид симметрии, который записывается символами (а)*т. Это означает, что ось переносов а параллельна зеркальной плоскости т (рис. 27, 2). Комбинация оси переносов а с поперечной плоскостью симметрии т дает еще один вид симметрии бордюров с символами (а):m, где: означает, что ось переносов перпендикулярна плоскости т (рис. 27, 5).

При сочетании оси трансляций с поперечной и продольной плоскостями симметрии создается широко распространенный вид симметрии бордюров (а):2*т (рис. 27, 4). Комбинация оси переноса с поперечными осями второго порядка, что в формуле записывается цифрой 2. новый вид симметрии бордюров, обозначаемый символом (а):2. Здесь почвенный ареал, состоящий из двух частей, подвергается элементарному переносу (а), а одна часть ареала переходит в другую при поворотах на 180° вокруг оси, перпендикулярной особенной плоскости.

Почвенные ареалы, структура которых на плоскости отражает нетривиальную группу произведения – группу скользящего отражения, имеет, кроме оси переносов а, еще один элемент симметрии – плоскость скользящего отражения ã (рис. 27, 6, 7). Направление скольжения совпадает с осью переносов. Ареалы самосовмещаются после переноса на расстояние, равное половине а (а/2) и отражения в плоскости, перпендикулярной поверхности чертежа. Для случая, отмеченного на рис. 27, 6, символ симметрии обозначается (а)*ã, на рис. 27, 7 (a)*ã:m, т. е. мы имеем комбинацию плоскости скользящего отражения с поворотной осью второго порядка, перпендикулярной плоскости чертежа.

Преимущество классификации почвенных ареалов методами симметрии видно из следующего примера. Континуальные почвенные ареалы речных долин (рис. 27, 2, 5, 6, 7) по существующей классификации мы отнесли бы к одному виду – «древовидная», тогда как согласно принципам симметрии здесь можно выделить четыре вида симметрии бордюров, т. е. четыре из семи возможных правил пространственного положения почвенных тел.

Трансляция применяется для установления упорядоченности не только простых, но и сложных геосистем. Выберем в мозаичном пространстве земной поверхности Средней Азии некоторое направление (Т) и зададим вдоль него операцию, а значит, и группу одномерного переноса (рис. 28). Границы геосистемы А — бассейна Амударьи – совпадают с границами геосистемы В – бассейна Сырдарьи. Величины их критериев геометрического подобия близки к единице. Это свидетельствует о том, что две независимые геосистемы А и В совместились конгруэнтно.

Рис. 28. Симметрия геосистем

А – Амударья, В – Сырдарья, С – Чу-Талас, Т – ось трансляции. 1–6 – аналогичные части тождественных геосистем А, В и С

Геометрическое сходство геосистем Л и В с геосистемой С доказывается гомотетией – преобразованием подобия. Относительное равенство геосистем касается и равенства их отдельных ареалов, например, ареал А-1 подобен В-1 и С-1 или А-2 подобен В-2 и С-2 и т. д. Аналогичен у них и характер взаимного расположения ареалов. Геометрическое сходство систем и их ареалов является показателем тождественности вещественного состава, генезиса и истории развития. Это позволяет делать важные для практики выводы. Так, зная расположение ранее открытого месторождения в одной точке бассейна Амударьи, можно искать подобное месторождение в соответствующей точке аналогичной части бассейнов Сырдарьи или Чу-Талас.

На основе геометрического сходства систем можно прогнозировать последствия водохозяйственного освоения территорий. Так, мелиоративный опыт, выполненный на элементе В-7, следует перенести только на подобный же элемент другой системы, например А-7, но не на А-2, А-6 и др. Обычно же такое соответствие не учитывается и опыт освоения одного элемента переносится на неаналогичный элемент. При этом возникают отрицательные последствия.

ДЕЙСТВИЕ ТРАНСЛЯЦИИ

С ДВУМЕРНОЙ ПЕРИОДИЧНОСТЬЮ

Почвенные ареалы с двумерной периодичностью широко распространены на Земле (см. рис. 1, 24). Если в бордюрах основная роль принадлежала одной оси, направленной вдоль вытянутости двумерного почвенного узора, то здесь рассматривается совокупность трансляций типа «узлы» (см. рис. 24, Б). Почвенный покров чаще состоит из ареалов, образованных сложением двух трансляций, действующих в пределах одной 148 плоскости. Так, горная река, выйдя на равнину, может создавать ареалы по одному руслу (одномерная трансляция) или расчлениться на два русла, формируя более сложную мозаику почвенного покрова (двумерная трансляция). Совокупность двух трансляций, направленных под углом, соответствует сложению двух векторов по правилу параллелограмма. В таком случае образуется дважды периодическое двумерное почвенное пространство (см. рис. 15, Ж), структура которого может быть описана одним из пяти типов плоских сеток (см. рис. 2).

Совокупность всех возможных переносов, задаваемых осями а₂ и a₁, называют группой трансляций и обозначают символом (a₂/a₁) при косом наклоне осей или (а₂:a₁), если оси взаимно ортогональны. Задав в почвенном пространстве две неколлинеарные трансляции a₁и а₂, получим группу переноса, которая размножит любую точку в дважды периодическую систему точек – плоскую двумерную решетку. Образованная так клеточная структура земной поверхности привела к клеточной концепции (Степанов, 1983б).

Клеточная теория позволяет определить и описать структуру однородного дискретного почвенного пространства, констатируя следующие факты: 1) почвенный покров состоит из элементарных ячеек, или клеток (полигональных, криволинейных, ветвящихся); 2) эти элементарные ячейки (клетки) располагаются в пространстве по определенным правилам, которые можно описать с помощью аппарата симметрии и теории групп; 3) сочетания элементарных ячеек (клеток) образуют почвенную систему, аналогичную системе клеток животного или растения, т. е. в какой-то мере подчиняются закону структурной организации биологических объектов; 4) почвенное тело состоит из клеток, от активности которых зависит степень развития каждой клетки в отдельности и всех вместе; 5) почвенная клетка – основная единица, которая осуществляет поглощение, преобразование, аккумуляцию и рассеяние вещества и свободной энергии, в которой реализуется почвенная информация и через которую эта информация передается другим клеткам; 6) между геометрической структурой клеток и функционированием почвенного тела существует зависимость; 7) симметрия почвенных структур связана с упорядоченностью геологических, гидрогеологических, биологических процессов.

В отличие от геологических «клеток» («ячеек») почвенные функционируют качественно иначе: они создают упорядоченность как в своей геометрии, так и в явлениях превращения и использования свободной энергии, понижая свою энтропию. Почвенное тело, состоящее из клеток, уподобляется живому существу в структурном плане и в организации преобразования вещества и энергии.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗНАНИЙ О ФОРМАХ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ПОЧВЕННАЯ КАРТА –

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

На каждом очередном этапе экономического развития страны предъявляются новые, все более жесткие требования к картам как к формализованным теоретическим документам, на основе которых строятся плановые задания. От этапа к этапу карты совершенствуются, приобретая черты системности, структурности, организованности.

Степень объективного изображения на картах свойств почв определяет качество строительства водохозяйственных сооружений, поселков, дорог, аэродромов. На них фиксируется итог знаний, новая интерпретация фактов. По мнению академика Б. А. Келлера (1951), хорошая карта – «…высшая почвенная школа. Она ориентирует, руководит, организует творческую мысль».

Широкое развитие мелиорации заставило изменить облик карт. Если прежде они характеризовали параметры земной поверхности, to сейчас, кроме того, выявляют отношения между ними в пределах целостной системы, например бассейна стока. Эти отношения дают числа, отражающие связь реальных структур с математическими. Почвенная карта нового типа похожа на геометрический чертеж: ее естественные ареалы – ромбы и косоугольники, вписанные в окружности, эллипсы, спирали, состоят из более мелких ареалов – квадратов, треугольников…

Современные карты отражают фундаментальные свойства геометрического пространства, в них исключены случайные признаки. Поэтому на карте выявляются упорядоченные формы, позволяющие видеть удивительно симметричный мир почвенных структур. «Сотри случайные черты, и ты увидишь: мир прекрасен…» (А. Блок).

Новые карты открывают путь к геометризации, а затем и к математизации почвенных построений в теории и практике. Подтверждаются слова В. М. Фридланда: «…представление о структуре почвенного покрова наиболее близко к пониманию структуры в математике» (1972, с. 11).

На новых картах не только в горах, но и на плоских равнинах выделяются бассейны стока с местами возникновения, транзита и аккумуляции воды, солей и минеральных частиц. Это позволяет использовать в практических целях бассейновый геохимический метод анализа территорий (Горев, Пелешенко, 1984). На современных картах традиционные контуры заменены ареалами почвенно-геологических тел, каждое с началом координат и с репрезентативным центром. С их помощью обнаруживаются аналогичные по форме природные объекты, устанавливаются расстояния между сходными точками и рассчитываются скорости процессов почвообразования. Соразмерное расположение точек в тождественных по формам телах есть симметрия, которая описывается не только точками, но также осями и плоскостями.

Геометрия почвенно-геологических тел обнаруживается на топографических картах с изогипсами. Однако изогипсы характеризуют непрерывность и статичность земной поверхности, а принципы симметрии применимы лишь для дискретных тел. Для изображения последних на картах необходимо использовать метод пластики, который базируется на выделении уже не одной сущности (изогипсы), а двух – повышений и понижений рельефа.

КАК СОСТАВЛЯЕТСЯ КАРТА ПЛАСТИКИ РЕЛЬЕФА

Основоположники почвоведения – В. В. Докучаев и Н. М. Сибирцев – понимали, что для установления структуры почвенного покрова надо сначала выявить его целостность, а в ней – естественные элементарные ячеи, находящиеся между собой в определенных отношениях. Н. М. Сибирцев ввел в научный обиход термин «пластика рельефа» (1951, с. 316). Он считал, что «почвенные пятна и ленты суть вместе с тем пятна п ленты рельефа» или что в почвообразовании «главное значение имеет рельеф местности, всегда отражающийся (почти с фотографической точностью) на характере почв».

В. Р. Волобуев (1948) разработал метод пластики, закартировав с его помощью рельеф и почвы Кура-Араксинской низменности (см. рис. 23). Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР, утвердив метод пластики в качестве основного при картографировании почв, рельефа и грунтовых вод, сделало его достоянием широкого круга практиков. В. А. Ков да (Временная методика…, 1984) считает, что за методом пластики большое будущее, особенно если его сочетать с аэрокосмическими снимками. Кратко изложим суть этого метода.

Допустим, рельеф какой-то части суши (рис. 29, А) запечатлен геодезистом на топографической карте (рис. 29, Б). Нужно, не упрощая рисунка рельефа топокарты, выделить все его формы двумя элементами, т. е. с помощью повышений (они заштрихованы) и понижений (рис. 29, В), Ареалы (В) и дадут новую карту – пластики рельефа. Эта карта является основой для составления почвенной карты нового типа – динамической, которая отличается от традиционной почвенной карты – статической.

Рис. 29. Этапы перехода от натурной территории (А) к топографической карте (Б) и от нее к карте пластики рельефа (В)

Заштрихованы повышения

Изогипсы топокарты (рис. 29, Б) – это линии с равными высотами. Они отражают неизменяемость, статичность земной поверхности, а отрисованные по ним ареалы верхней, средней и нижней частей склонов дают представление о статичности почв. Однако почвоведу важно выявить свойства почв, связанные с движением. Сила тяготения заставляет воду, мелкозем и соли мигрировать вниз по склонам, по нормали к горизонталям, от повышений к понижениям. Последние отграничиваются линиями, в любых точках которых высотные отметки различны, тогда как статические границы проведены по горизонталям, т. е. по равным высотным отметкам. В этом принципиальное отличие карты пластики – динамической, от традиционной карты – статической. Первая описывается билатеральной^[20] симметрией, а вторая – симметрией конуса. Статические карты могут объединить в один контур понижения с повышениями, тогда как динамические их четко различают.

Опишем пять этапов технологии составления карт пластики рельефа.

I. По топографической карте проводят линиями основные и второстепенные тальвеги и окружающие их водоразделы. Этим устанавливаются разноуровенные бассейны водных потоков и суходолов.

II. По точкам перегибов изогипс отрисовывают морфоизографы – границы между понижениями и повышениями. Первые можно закрашивать коричневым цветом, а вторые зеленым. Этим достигается имитация объемности изображения, отчего метод пластики иногда называют объемно-графическим. Совокупность понижений и повышений образует геосистему.

III. Штрихами и индексами обозначаются обрывы, уступы морей, озер, террасы, овраги, пески, солончаки, луга. По контурам пластики в качестве вспомогательных составляются карты перепада высот, уклонов, даются другие морфометрические параметры.

IV. Ареалы карты пластики в лаборатории по фондовым материалам, а затем в поле по аэрокосмическим снимкам заполняются специальным содержанием: почвенным, геологическим, гидрогеологическим, геоботаническим.

V. По характеру обособленности и специфики рисунка находят элементы почвенно-геологических тел. Их структура описывается согласно принципам симметрии. Эта операция переводит пространственные свойства почвенного покрова из неформализованных в формализованные.

ФОРМЫ В МЕЛИОРАТИВНОЙ ПРАКТИКЕ

Мелиорация почв – наука, требующая инженерных решений с использованием формализованного научного языка. Если это требовапие будет выполнено, то классификация пашен и распространение опыта их освоения на другие территории станут дешевле, проще и проектировщики смогут использовать теорию физического подобия.

Для переноса опыта мелиорации с одного объекта на другой – аналог – сначала следует доказать, что эти объекты подобны по формам и описываются одними и теми же математическими структурами. Отсюда понятен интерес к проблеме симметрии почвенного пространства. Так, А. Н. Каштанов, А. М. Лыков и И. С. Кауричев (1983) считают, что методология практики повышения плодородия почв должна базироваться на пространственно-временных принципах.

Б. Г. Штепа (1983) призывает не избегать пространственных аналогий при натурном моделировании экосистем. Изучение природных аналогов, по мнению этого автора, для научных учреждений является главным при разработке основ орошаемого земледелия, а также мелиоративных прогнозов.

В последние годы возрос интерес к проблеме форм в практике сельского хозяйства. Поэтому важно показать, как в наши дни мелиораторы используют формализованное понятие о почвенном пространстве.

Сначала почвенный покров изучается путем картографирования в поле почвоведами, гидрогеологами, геологами. Затем карты отдают проектировщикам. Последние разбивают территорию по своему усмотрению на полигоны в целях упрощения инженерных расчетов. Таким образом, труд изыскателя обесценивается, а произвольность разбиения территории на полигоны приводит к ошибкам. Для улучшения проектного дела следует делить земную поверхность на правильные периодически повторяющиеся участки непосредственно в поле. Американские специалисты различают элементарный ареал – педон – в виде искусственной шестиугольной призмы; их совокупность – полипедон – определяет однородность почвенного покрова и приближает его к абстрактному понятию – почвенному пространству.

Автором книги понятие «педон» заменено «естественной элементарной ячейкой» – параллелепипедом (см. рис. 1), а полипедон – природным сочетанием таких ячеек в пространстве; структура полипедона выявляется операциями симметрии: вращением, отражением, перестановкой. Таким образом устанавливается структура почвенного покрова, или ландшафта (см. рис. 24, 25). Элементарную почвенную ячейку мы не ограничиваем шестиугольником, а считаем, что она может иметь форму квадрата, ромба, овала, топологического дерева… Это все природные формы, которые фиксируются в поле по картам и аэрокосмоснимкам. Сочетание ячеек создает разнообразие почвенных систем, каждая из которых требует специфической мелиорации. Поэтому в наши дни инженеры-мелиораторы выявляют связи между типами структур почвенного покрова и видами мелиораций.

Хозяйства рентабельны там, где искусственно созданная структура полей «вписалась» в естественную. Так, многие древние ирригационные системы Средней Азии совпадают с естественной клеточной структурой почвенного покрова: размеры и формы пашен соответствуют границам естественных клеток Земли. Однако в современных проектах часто не учитываются природные формы. Стандартизация параметров пашен привела к нарушению гармонии между естественными и антропогенными структурами и к гибели некоторых свойств, жизненно важных для почвенных клеток: они заболачиваются, засоляются, затвердевают (слитизируются), подвергаются эрозии, просадкам. Другие, более мощные естественные клеточные системы начинают видоизменять свою структуру, «подстраиваясь» под новые антропогенные условия. При этом на перестройку затрачивается часть энергии, которая могла бы пойти на повышение урожая.

Между почвенными клетками существует обмен веществом и энергией, что приводит к созданию единых геосистем, а в дальнейшем – к их эволюции. Однако если в одной из клеток по какой-либо причине (в частности, хозяйственной деятельности человека) нарушится функционирование, то это отразится на состоянии всей почвенной системы. Поэтому клеточная структура почвенного покрова должна учитываться при составлении мелиоративных проектов.

Рис. 30. Детальные карты территории совхоза в Белоруссии

а – топографическая карта, б – составленная по топокарте почвенная карта, в – составленная по топокарте карта пластики рельефа. Черные точки – места расположения почвенных ям. Проведение дренажной сети, г – без учета карты пластики рельефа, д – то же, но с учетом пластики рельефа

Проследим, как карта пластики помогает решать некоторые практические почвенно-мелиоративные задачи. На топографической карте (рис. 30, а) изображен рельеф одного из хозяйств Белоруссии. С учетом его форм разными организациями составлены две почвенные карты: традиционная, статическая (рис. 30, 6) и пластики, динамическая (рис. 30, в). Шурфы, как видно на карте (рис. 30, в), попали большей частью в понижения, тогда как повышения не были замечены специалистами. У них создалось обманчивое представление о территории как о переувлажненной за счет доминирования мокрых (глеевых) почв понижений.

Такая точка зрения зафиксирована па почвенной карте и подтверждена химическими анализами. Поэтому проектировщики рекомендовали для осушения почв этой территории дренаж (рис. 30, а). Строительство горизонтального дренажа без учета рельефа привело к тому, что в понижениях рельефа опустились грунтовые воды и часть почв действительно улучшила свои качества. Зато сухие почвы повышений, которые раньше отличались высоким плодородием (их было более 50 %), ухудшили свойства вследствие пере-осушки и стали давать низкие урожаи; местами они превратились в бесплодные песчаные массивы. Таким образом, неточное картографирование форм почвенных ареалов привело к убыткам.

На карте (рис. 30, б) связь почв с рельефом не выявлена. Труд геодезиста, составившего для изыскателя такую дорогостоящую детальную карту, оказался напрасным: возможности карты полностью не использованы, тогда как на рис. 30, в учтен каждый элемент рельефа. Это позволило создать динамическую картину, в которой тесно увязаны свойства почв и рельефа: на повышениях развиты дерново-подзолистые почвы (Пд), а по понижениям – дерново-подзолистые глеевые (Пд^г).

На карте (рис. 30, в) просматриваются места возникновения, транзита и аккумуляции водного и солевого стока, что наполняет ее геохимическим содержанием и придает прогностическую ценность. По такой карте можно предсказать пути миграции химических веществ и решать задачи по регулированию стока. Так, дренаж следовало бы строить способом, показанным на рис. 30,д. Этот дренаж «работал» бы там, где ему положено – только по сильно увлажненным понижениям. Дренаж, показанный на рис. 30, г, работает плохо, он осушает территории, которые не следует осушать, и переувлажняет участки, которые не требуют переувлажнения.

Роль форм почвенного покрова в земледельческой практике особенно четко была понята Н. М. Сибирцевым (1953): «Лик Земли, поскольку он отображается в изменениях почвенного чехла, имеет… свои постоянные правильные черты, свою гармонию и свою симметрию… симметрия и повторяемость многих естественных условий земледелия… как будто хочет побудить далеких людей к сближению на поприще совместного разумного устройства своего хозяйства и быта».

ФОРМЫ В ГЕОМОРФОЛОГИИ

Свойства горных пород определяют конфигурацию рельефа, что облегчает труд геолога, так как по форме земной поверхности он может судить о литологическом составе толщ. В 1802 г. в одном из первых сочинений по геоморфологии «Опыт физиогномии Земли, или Искусство заключать по поверхности Земли о ее внутреннем строении» К. Ф. Струве признал наличие соответствия между формами рельефа и составом слоев земной коры. Древние рудокопы по едва заметным признакам в рельефе обнаруживали залежи тех или иных полезных ископаемых: каждому месторождению соответствовала своя форма дневной поверхности. До сих пор остается загадочной связь форм рельефа с рудопроявлением.

В. И. Вернадский писал: «Я хочу узнать те причины, которые заставляют ее (природу. – И. С.) являться в тех правильных, математических гармоничных формах, в каких мы всюду видим и чувствуем ее… Все явления в природе, по-видимому, зависят от внутреннего строения вещества, от формы, а на это до сих пор почти не обращали внимания» (Страницы автобиографии…, 1981, с. 58). Причины связи форм с геологическим и почвенным содержанием рассмотрены в работах И. П. Герасимова, Ю. А. Мещерякова (1967), А. А. Асеева (1962), В. В. Добровольского (1976), Г. В. Добровольского, И. С. Урусевской (1984), О. В. Макеева (1974).

В последние годы геоморфологи конструируют различные формы рельефа. Их цель – выделить единичные морфологические ячеи, а затем, комбинируя их, создать абстрактный образ земной коры. Земную кору, от которой мысленно отняты все ее свойства, кроме пространственных, можно называть геометрическим телом. Это тело обладает свойством симметрии и состоит из точек, линий и плоскостей. Последовательно отделяя от реального почвенно-геологического тела сначала плоскость, потом линию и в конечном счете точку, мы соответственно лишаем его сначала толщины (высоты), затем толщины и ширины и, наконец, всех измерений.

Математики, работающие в области наук о Земле, представляют форму рельефа и почвенного покрова в виде точки, что упрощает моделирование, но слишком удаляет уровни абстракции от реальности. Это не устраивает проектировщиков. Однако, как показал опыт, формы рельефа и почвенного покрова можно изображать не только точкой, но также и линией, плоскостью и их совокупностями. Тогда геометрические и математические образы земной поверхности будут максимально приближены к объективной реальности.