3.3. Инвариантность

География интересна в науках о Земле тем, что она формирует актуалистическое представление о структуре Мира, что было изложено нами выше. Инвариантность – то, что остаётся неизменным, устойчивым при изменениях, которые претерпевает система. Например, речная система все время изменяется, совершенствуется или, наоборот, деградирует. При этом тальвеги, водоразделы и склоны, всегда в ней присутствующие, сохраняют взаимное положение, сохраняя единую систему водосбора. Благодаря ей, речной сток происходит по устойчивым неизменным направлениям. Это географический пример инвариантности.

Что же является инвариантным относительно земной поверхности?

1. Самой нерушимой в инвариантной структуре земной поверхности является шарообразность Земли. Но она сложнее, чем обычный шар, т.к. он имеет простую симметрию – одна центральная точка и бесчисленное множество больших кругов. Земная сфера вращается. Поэтому она деформирована, сплюснута с полюсов и «раздута» в экваториальном сечении. Но даже не это главное. Земной шар имеет ось вращения и экваториальную плоскость симметрии. Это признаки, которые характерны для цилиндра и конуса. Но конус более подходит как модель полушария, т.к. имеет точку схождения всех симметричных сечений и оси вращения. Каждое полушарие уподобим своему конусу, которые ода «слипаются» своими основаниями в плоскости экватора. Таким образом, земной шар в отношении инвариантности - сфера в сочетании с биконической симметрией, которая диктует симметричность Северного и Южного полушарий, общую симметричную структуру географических поясов. Проявления антисимметрии являются отдельным случаем симметрии Земли. По этой причине, любые изменения взаимного положения материков и океанов, как бы "проскальзывают" относительно географической координатной сетки, основными узлами которой являются географические полюса, а общей плоскостью симметрии – географический экватор.

Никакой палеогеографический или палеоокеанологический анализ прошлых эпох не может быть корректным, игнорируя эти инварианты. Всегда на Земле были высокоширотные полярные шапки с соответствующим режимом солнечной радиации и типом климата и ландшафта. Наличие на Шпицбергене залежей каменного угля, которые есть, как известно, индикатором влажного тропического или субэкваториального климата, не может трактоваться как доказательство того, что такой здесь был в каменноугольном периоде в таких широтах: надо реконструировать положение географических полюсов, которое, оказывается, в то время было совершенно другим. Это же касается залежей каменной соли. Это индикатор аридного жаркого климата, то есть тропической пустыни, которой не может быть на широтах более высоких чем 35⁰ широты – а сейчас они встречаются в Соликамске под примерно 55⁰ с.ш. Следовательно, в пермском периоде положение земной оси было иное, чем сейчас, отклоняясь от современного не менее чем на 20⁰. В связи с этим, например, невозможно допустить, как это иногда делают в геологической палеогеографии, якобы когда бы то ни было вся Земля имела климат и ландшафт субэкваториального типа (на основании наличия каменного угля на Шпицбергене), или аридного типа (на основании находок девонских или пермских отложений с солью и гипсом). Структура географических поясов была всегда одинаковой, т.к. она определяется шарообразностью Земли. Географические пояса - проявление инвариантной структуры земной сферы, обусловленной тем, что солнечные лучи падают на сферу под разным уголом в завивимости от широты. Могли быть различными географические зоны, т.к. они определяются другим параметром – соотношением тепла и влаги.

2. Земная поверхность в течение всей истории разделялась на океан и сушу. Никакие катаклизмы не приводили к нарушению этого дуализма. В связи с этим, невозможно допустить чередование в земной истории глобальных трансгрессий и регрессий, если они не были обусловлены временным изъятием океанических вод и их возвращением. Это бывает во время ледниковых периодов, когда значительный объём воды превращается в материковый лёд. Волны трансгрессии и регрессий могли быть только неодновременными, разновозрастными (в масштабе географического, а не геологического времени), предопределёнными вертикальными перемещениями участков земной поверхности относительно уровня геоида. Взаимное положение континентов и океанов в геологической истории было перманентно переменчивым. Этими изменениями определяют глобальные и крупно региональные катаклизмы, что является атрибутивным относительно таких изменений: формирование и уничтожение определённых географических ландшафтов, климатические изменения, возникновения и исчезновения оледенения и тому подобное. Судя по современным данным, практически нет потребности в том, чтобы привлекать внешние силы для объяснения этих явлений, как это, например, делалось Миланковичем и др. при объяснениях глобальных изменений климата. И сейчас пытаются их привязать к солнечным пятнам, к изменениям магнитного поля, упуская из виду, что последние явления слишком кратковременны по отношению к изменениям климата. Погода – куда ни шло.

В то же время, все глобальные катаклизмы могут быть объяснены изменениями в пространственном положении инвариантного каркаса земной поверхности.

3. Своего рода "диктатором" инвариантной структуры земной поверхности является планетарный рельеф. Он определяет процессы, которые формируют энерго-массоперенос, который влияет на осадки, осадки – на поверхностный сток и литогенез; всё вместе взятое – на распределение географической зональности и климатической структуры и тому подобное.

4. Инвариантная структура земной поверхности определяет, таким образом, направленность естественных процессов. В связи с этим, можно говорить о едином физико-географическом процессе как атрибуте сложной структуры инвариантного каркаса земной поверхности и его изменений в пространстве и времени.

5. Инвариантными относительно физико-географической обстановки являются скелетные (каркасные) линии рельефа: гребни и тальвеги. Как бы ни менялась поверхность, (заливалась морем, захоронялась под более молодыми отложениями при ингрессии моря, зарастала лесом или обрабатывалась человеком – эти линии сохраняют устойчивое положение, поэтому, анализируя их рисунок, можно восстановить палеогеографическую обстановку прошлого. На классическом рисунке Ю. Ефремова эти линии чётко показаны (рис. 3.1).

Р ис. 3.1. Основные элементы рельефа (по Ю.К.Ефремову):

1 — вершины; 2 — седловины (перевал); 3 — линии водоразделов; 4 — линии тальвегов; 5 — линии вгибов и бровок; 6 — линии подошвы склонов; 7 — ребра.

В природе сочета­ния элементов рельефа образуют вершины, седловины, линии водоразделов, тальвеги речных долин, бровки, подошвы, т.е. все разнообразие форм (рис. 1). В выпуклых формах (холм, бархан) склоны (элементарные поверх­ности) падают в разные стороны, а вогнутых — наклонены навстречу друг другу. Различают формы открытые (долина, балка) и замкнутые (карстовая котловина, холм). Сочетание простых форм образует сложные формы.

Обратите внимание на три топологические свойства, которые видны на рисунке:

1. Между двумя тальвегами есть водораздел – и наоборот.

2. Тальвеги, сливаясь, образуют правильные древовидные структуры.

3. Между смежными структурными линиями (а это всегда тальвег и гребень) склон достаточно прост, и его без труда можно заменить гранью (отрезком наклонной плоскости).

Эти простые и очевидные топологические свойства очень важны. Используя их как аксиомы, автору удалось построить структурную иерархическую модель рельефа, которая позволяет решать геоморфологические и прикладные задачи.