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.