Формы в мире почв - Игорь Николаевич Степанов Страница 18

форме одна другой, как бы стараясь одинаково отразиться в зеркале. Отражение в неживой природе подобно примитивной памяти; это процесс адекватного соответствия форм, их взаимного запечатления, передачи основных структурных качеств молекул. При образовании устойчивых почвенных молекул из неустойчивых необходимо, чтобы последние имели упорядоченность, обусловленную какими-то предпочтительными стереохимическими отношениями. В противном случае, если бы молекулы образовывали неустойчивые, хаотичные структуры, их физические свойства были бы непредсказуемыми, а их функции (например, плодородие) невыполнимыми.

Предполагают, что взаимодействие органических и минеральных молекул в современных естественных условиях приводит к созданию специфического для почв органо-глинного минерала (Ковда, Трубин, 1977). Местоположение его составных частей в иерархии почвенных тел рассчитано теоретически (Ковалева и др., 1984). При этом возникает предположение о возможной информационной роли молекулы ДНК в структурообразовании. Этот биополимер в относительно больших количествах в свободном состоянии находится в почвах и коррелирует с содержанием гумуса (работы И. В. Асеевой, Н. С. Паникова, О. Т. Самко, Д. Г. Звягинцева). Видимо, молекулы ДНК почвенных растительных и микроскопических живых организмов контролируют, правда, в очень коротком жизненном цикле, при отмирании клеток, наследственные признаки. Вероятно, в почвах молекулы ДНК и РНК способны «размножаться», синтезируя полимеры с помощью минеральных матриц как источников информации кода. Сочетание минералогического кода с кодом нуклеиновых кислот, по-видимому, может дать матричный синтез органо-глинных минералов — первичных почвенных тел. Эта идея требует строгой проверки.

Уровень IV, ядра конденсации коллоидных частиц размером 100—1000 А. По данным академика Е. Н. Мишустина (1975), любому типу почв соответствует своя микробная ассоциация, каждая с доминантными формами микроорганизмов. Геометрическое соответствие форм микроорганизмов типам почв еще не выявлено, но многое видно из микрофотографий (рис. 8, IV): а — кристаллы бацилл (Вайнштейн, 1979), б, в — вирусы (Феннер и др., 1977). Вирусы и микроорганизмы выполняют огромную разрушительную и созидательную роль при почвообразовании. Но и сами по себе они, как физические тела, служат центрами агрегации, или затравками, определяя конфигурацию почвенных тел следующего уровня.

Микроорганизмы могут иметь формы: 1) спиральные, или палочковидные; 2) изометрические, или сферические; 3) симметричных многогранников, или икосаэдрические. Так, в черноземах преобладают изометрические микробы, образующие микроагрегаты почв сферической формы — наиболее «выгодные» энергетически природные структуры. В каштановых и подзолистых почвах развиты спиральные микробы, образующие призматические агрегаты.

Уровень V, первичные коллоиды размером до 10000 А. Образуют агрегаты иловатой фракции (менее 0,001 мм) почв; их структура определяется симметрией микробных пейзажей (рис. 8, V). Каждый из этих микробных узоров, как видно на фотографиях, имеет определенную симметрию: а — плоской кристаллографической решетки (гексагональную, косоугольную), б — спиральную, в — радиальную, г — бордюрную.

Уровень VI, ультрамикроагрегатный. Твердые органо-минеральные частицы размером около 100000 А, образующие агрегаты фракции «физическая глина». Они изучаются по микроскопическим срезам почв — шлифам. Здесь организующая роль принадлежит плазме — подвижной части почв; в ней упорядоченно рассеяны минеральные зерна — скелет. Плазма, видимо, создает пленки-мембраны, через которые осуществляется избирательная миграция ионов, способствующая возникновению разности потенциалов.

На рис. 8, VI схематично показана симметрия взаимного расположения коллоидных частиц различных почв: а, б — черноземов, гексагональная, в — серых лесных, квадратная; а — каштановых и подзолистых, ромбическая, д — такырных, слоистая, е — болотных и луговых, концентрическая.

Уровень VII, микроагрегатный. Твердые органоминеральные частицы размером 0,1–1 мм, возникшие в результате агрегации более мелких частичек. Почвообразование — это прежде всего агрегация, что и запечатлено на фотографиях шлифов (рис. 8, VII).

Уровень VIII, макроагрегатный. Естественные почвенные комочки (агрегаты) размером до 1 см, представленные в идеализированной форме на рис. 8, VIII. Каждому типу почв соответствует своя, присущая только ему геометрическая форма агрегатов: чернозему — додекаэдр, солонцу — призма, подзолу и такыру — моноэдр.

Агрегаты — основной строительный материал почвенных отдельностей и горизонтов. Их внутренняя морфология изучается с учетом центра — затравки, а также текстурной неоднородности в виде пирамид и зон роста. Так, следуя И. И. Шафрановскому, в почвенных агрегатах можно выделить 9 вершинных и 27 плоских реберных форм. Завершив описание всех восьми уровней, сделаем следующие предположения, касающиеся автоматизма процесса самоорганизации. Почвообразование требует значительных энергетических ресурсов. Последние создаются в результате фотосинтеза зелеными растениями, использующими энергию Солнца, и микроорганизмами, потребляющими рассеянную энергию. При этом формируются новые энергетически емкие почвенные электромагнитные структуры в виде агрегатов разных уровней. Преобразуемая и в значительной части рассеиваемая свободная энергия в результате почвообразования частично концентрируется в разноуровенных структурах, замыкая тем самым биологический круговорот вещества. Превращения элементов различных почвенных уровней высвобождают дополнительные внутренние запасы свободной энергии, столь необходимые для агрегирования.

В борьбе за энергию из конкурирующих живых организмов или матричных молекул побеждают те, у которых скорость приращения массы в биохимических реакциях выше (Шноль, 1979). Это и позволяет сравнивать почвенные реакции по кинетическому или биологическому совершенству. По признаку наибольшей скорости реакции молекул со средой на первом месте, видимо, стоят черноземы, а на последнем — пустынные такырные и тундровые почвы. Внешнее и физико-химическое сходство любых почвенных типов различных точек Земли обусловлено тем, что из специфических органо-глинных соединений почв в конкуренции за вещество и энергию побеждают те «молекулы-мутанты», у которых выше коллективная скорость заполнения пространства. У почв с близкими скоростями биологических и физико-химических реакций, возможно, тождественны электродвижущие силы и конфигурации электромагнитных полей.

Естественная иерархия почвенных тел — это отражение способности разных уровней проводить через себя непрерывные информационные сигналы — потоки электронов — и тем самым осуществлять роль электрических проводников. По В. С. Авязнову и др. (1971), многоуровенность почв и горных пород можно понять лишь тогда, когда при построении иерархической модели будут учтены электрические законы. Разность потенциалов порождается любым изменением состояния атомов или ионов в почве: ее нагреванием, охлаждением, сжатием, растяжением, дроблением, смачиванием, иссушением; четко она возникает на поверхности контакта двух тел, особенно на границе раздела: лед — вода или лед — почва.

Лед может заряжаться положительно или отрицательно, что зависит от свойств контактирующей с ним почвы. Способствуя перераспределению вещества, лед при фазовых переходах (лед — талая вода) в течение суток, сезонов, лет и веков периодически изменяет электрическое поле, количество и качество химического состава почв, создавая в них «мерцающий» эффект различной продолжительности. Так как лед и мерзлота раньше занимали обширные пространства Земли, то следы их упорядоченной деятельности заметны повсюду.

А. Ф. Вадюнина, А. И. Поздняков (1977), Л. П. Пивоваров и др. (1979) видят причины появления стационарного электрического поля естественной природы в почве в неоднородностях любого порядка: физического, химического, биологического. Вероятно, электрический ток возникает на мембранах, которые, облекая твердые органо-минеральные части почв, формируют непрерывность и могут быть солевыми, в виде органических пленок и глинистой плазмы. По обе стороны мембран создается разность концентраций протонов, в результате чего образуется электрическое поле.

Электромагнитные поля действуют в ограниченных диапазонах тепла и