Криосфера

Криосфе'СЂР°(РѕС‚ РєСЂРёРѕ... Рё сфера ), прерывистая Рё непостоянная РїРѕ конфигурации оболочка Земли РІ Р·РѕРЅРµ теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы Рё литосферы. Характеризуется отрицательной или нулевой температурой, РїСЂРё которых РІРѕРґР°, содержащаяся РІ Рљ. РІ парообразном, СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРј или химически Рё физически связанном СЃ РґСЂ. компонентами РІРёРґРµ, может существовать РІ твёрдой фазе (лёд, снег, иней Рё РґСЂ.). температура 0°С (273,15 Рљ) определяет равновесие между химически чистыми льдом Рё РІРѕРґРѕР№ РїСЂРё атмосферном давлении 760 РјРј СЂС‚. cm.РІРЅРµ посторонних силовых полей. Р’ естественных условиях различные примеси Рё растворённые вещества, Р° также поверхностные силы Рё давление понижают точку замерзания РІРѕРґС‹, РІ результате чего РІ границы Рљ. попадает Рё жидкая фаза H ₂O РІРѕ временно или устойчиво охлажденном ниже 0°С состоянии (солёные РјРѕСЂСЃРєРёРµ Рё подземные РІРѕРґС‹, незамёрзшие связанные РІРѕРґС‹, высоконапорные пресные РІРѕРґС‹ РїРѕРґ ледниковыми покровами, переохлажденные капли РІРѕРґС‹ РІ облаках Рё туманах). Рљ. включает также безводные толщи горных РїРѕСЂРѕРґ Рё относительно СЃСѓС…РёРµ воздушные массы СЃ отрицательной температурой, РІ которых естественными или искусственными путями РјРѕРіСѓС‚ создаваться условия для конденсации H ₂O, Р° тем самым Рё сформирования её твёрдой фазы.

  К. простирается от верхних слоев земной коры до нижних слоев ионосферы,прерываясь в переменных по мощности сегментах, временно или устойчиво прогретых выше 0°С. Нижняя граница совпадает с подошвой слоя мёрзлых и охлажденных горных пород. Этот слой характеризуется большой устойчивостью и достигает максимальной глубины залегания от поверхности Земли в высоких широтах - в Антарктиде (свыше 4 км) и Субарктике (около 1,5 км) ,но отличается сезонной изменчивостью и выклинивается в средних и низких широтах. Верхняя граница К. проходит на высотах около 100 кмнад уровнем моря в разреженных слоях атмосферы, над сильно охлажденной мезопаузой , содержащей серебристые облака.

  К. свойственны эпизодические, кратковременные, сезонные, многолетние и многовековые криогенные образования: мигрирующие системы облаков, содержащих атмосферные льды; кратковременный, сезонный и многолетний снежный покров, аккумулирующий эти льды и конденсирующий водяные пары; сезонномёрзлые (ежегодно и в отдельные годы) почвы и горные породы, содержащие лёд в пустотах и порах: сезонный и многолетний ледяной покров пресных и солёных водоёмов, объединяющий льды атмосферного, поверхностного и внутриводного происхождения; сезонные и многолетние наледи поверхностных и подземных вод; горные ледники и ледниковые покровы полярных островов и материков; толщи мёрзлых горных пород, содержащие подземные льды различного генезиса (конституционные, сегрегационные, трещинно-жильные, погребённые, пещерные и др.) и не оттаивающие многие годы, века и тысячелетия. Определённая высотная приуроченность криогенных образований и циркумполярный характер их распространения (см. карту к ст. Многолетняя криолитозона ) связаны с неравномерным распределением солнечной радиации по широте и высоте над уровнем моря. Примерная количественная характеристика основных криогенных образований даётся в табл. (по П. Л. Шумскому и А. Н. Кренке, 1964, с уточнениями).

  Размеры областей распространения криогенных образований дают представление о масштабах их участия в круговороте воды на Земле, а значительный объём многовековых скоплений поверхностного и подземного льда свидетельствует об устойчивости низкотемпературной ветви этого процесса. Значительна роль К. в ходе всех планетарных климатообразующих процессов, вместе с которыми она подвержена суточным, годовым и многолетним колебаниям. В криолитозоне К. порождает специфические криогенные и посткриогенные явления и соответствующие формы рельефа. Определённое влияние оказывает К. на жизнедеятельность растений, животных и отдельные виды хозяйственной деятельности человека.

  К. существовала, по-видимому, на протяжении всей геологической истории Земли. Наиболее яркого выражения она достигала в эпохи глобальных похолоданий, характеризующиеся максимальным развитием ледниковых покровов и областей распространения многолетнемёрзлых горных пород.

  Термин «К.», без точного указания ее границ, предложен польским ученым А. Б. Добровольским в 1923, хотя научное представление о характере векового охлаждения Земли и об особой ледяной оболочке появилось раньше, например в трудах М. В. Ломоносова (1763), французского учёного Ж. Фурье (1820), А. �. Воейкова (1886). В 1933 В. �. Вернадский расширил понятие о К. и ввёл представление об области охлаждения Земли (до температур не выше 4°С - точки максимальной плотности воды), занимающей почти всю толщу Мирового океана и более мощные, в сравнении с современным определением объёма К., слои атмосферы и подземной гидросферы. Значительный вклад в дальнейшее развитие представлений о К. внесли советские (Н. �. Толстихин, П. А. Шумский и др.), а также французские (Л. Либутри и др.), канадские (Дж. Р. Маккей и др.), английские и американские (А. Л. Уошберн, Т. Л. Певе и др.) учёные.

  Лит.:Вернадский В. �., Об областях охлаждения земной коры, «Зап. Гос. гидрологического ин-та», 1933, т. 10; Толстихин Н. �., Подземные воды мерзлой зоны литосферы, М.- Л., 1941; Шумский П. А., Основы структурного ледоведения, М., 1955; Основы геокриологии. ч.1, М., 1959; Перигляциальные явления на территории СССР. Сб. ст., М., 1960; Шумский П. А., Кренке А. Н., Современное оледенение Земли и его изменения, «Геофизический бюллетень», 1964, № 14; Баранов �. Я., Вечная мерзлота и ее возникновение в ходе эволюции Земли как планеты, «Астрономический журнал», 1966, т. 43. в. 4; Достовалов Б. Н., Кудрявцев В. А., Общее мерзлотоведение, М., 1967; Савельев Б. А., Физика, химия и строение природных льдов и мерзлых горных пород, М., 1971; Дерпгольц В. Ф., Вода во Вселенной, Л., 1971; Мерзлые горные породы Аляски и Канады. Сборник статей, пер. с англ., М., 1958; Llibutгу L., Traнtй de glaciologie, t. I-2, P., 1964-65; Рйwй Т. L., The periglacial environment, Montreal, 1969; Washburn A. L., Periglacial processes and environments, L., 1973.

  Н. Л. Граве, А. А. Шарбатян.

Криотерапия

Криотерапи'я(от крио... и терапия ), лечение холодом. С лечебной целью издревле применяли обкладывания льдом, обёртывания в смоченные водой простыни. Умеренное, не вызывающее оледенения охлаждение используется в медицине с целью уменьшения воспалительных явлений, как кровоостанавливающее, болеутоляющее и уменьшающее отёк средство. Эффект объясняется либо рефлекторной реакцией (сужение кровеносных сосудов и замедление кровотока), либо снижением обмена веществ в подвергаемом действию холода участке. Холод (аппликации пузырей со льдом) применяют при различных воспалительных процессах (в области жёлчного пузыря, червеобразного отростка, желудка, поджелудочной железы и т. д.), ушибах, переломах. При лёгочных, носовых и желудочно-кишечных кровотечениях назначаются аппликации пузырей со льдом на соответствующую область или заглатывание кусочков льда. На ожоговые поверхности накладывают повязки с охлажденным спиртом. При сотрясениях и ушибах головного мозга для борьбы с отёком пострадавшему на голову надевают специальной конструкции резиновый шлем, через который постоянно пропускают холодную воду. При кратковременных операциях (вскрытие абсцессов, флегмон) обезболивания достигают распылением хлорэтила и, отнимая у тканей тепло, замораживают их и снижают чувствительность. Общее охлаждение организма - гипотермию-применяют при выполнении операций на сердце, крупных сосудах, головном мозге.

  В. А. Думчев.

 Один из важнейших разделов К. - криохирургия, новое направление в хирургии, использующее низкие температуры для деструкции органов и тканей больного, подлежащих удалению или разрушению. Попытки использовать холод для разрушения тканей были предприняты в 40-х гг., когда американский хирург Т. Фей длительно охлаждал раковые опухоли у неоперабельных больных и получил заметное, хотя и временное, улучшение. Многие дерматологи применяют локальное замораживание кожи (преимущественно углекислотой) при некоторых её заболеваниях и раковых поражениях. Значительно труднее оказалось локально замораживать ткани в глубине тела. Замораживание тканей млекопитающих до состояния льда ведёт к полному и необратимому их некрозу . Это результат дегидратации клеток при образовании кристаллов льда в их недрах и во внеклеточной жидкости; резкого повышения концентрации электролитов в клетках («осмотический шок»); механические повреждения клеточных мембран и органоидов образующимися кристаллами льда; прекращения кровообращения в зоне замораживания.

  Локальное замораживание глубоких структур человеческого организма стало возможным с созданием соответствующей аппаратуры. Это позволило внедрять криохирургию в разных областях медицины. �спытание фреона и др. хладоагентов показало, что для целей криохирургии наиболее подходит жидкий азот ( t _kип-195,8°С). Широко применяется криохирургический метод при операциях на головном мозге. В 1961 его впервые применили в США при стереотаксических операциях с целью создания строго локального очага деструкции размером 7-9 ммв глубоких подкорковых структурах мозга. В 1962 советскими учёными (А. �. Шальников, Э. �. Кандель и др.) был создан оригинальный прибор для криогенной деструкции глубоких образований мозга. Основная его часть - тонкая металлическая трубка (канюля) с резервуаром, в который заливают жидкий азот. Пользуясь стереотаксии методом , канюлю вводят в заданную структуру мозга. Прибор позволяет получить на конце канюли достаточно низкую температуру, способную превратить в лёд заданный объём мозговой ткани. Т. к. тонкий холодопровод внутри канюли теплоизолирован глубоким вакуумом (10 ^{- 7} мм рт. ст.) ,она остаётся тёплой и лишь на конце канюли (длина 2 мм) создаётся температура -70°, что обеспечивает образование ледяного шарика диаметром 5-9 мм.После выкипания азота шарик тает, а превращённая в лёд и затем оттаявшая мозговая ткань гибнет. Др. модель этого прибора (1970) позволяет замораживать значительные объёмы опухолевой ткани (до 50-55 ммв диаметре). Криохирургией пользуются при стереотаксических операциях на головном мозге с целью лечения паркинсонизма, торсионной дистонии, атетоза, спастической кривошеи, тяжёлых болевых синдромов и т. д. Криодеструкция нормального гипофиза эффективна при метастазах некоторых видов рака; замораживание опухолей гипофиза перспективно при акромегалии и болезни �ценко-Кушинга. Обнадёживающие результаты получены при холодовой деструкции опухолей в больших полушариях мозга. Криохирургию применяют и для лечения некоторых глазных болезней (при отслойке сетчатки, для удаления внутриглазных опухолей и т. д.), а также для удаления миндалин, полипов носоглотки, опухолей носа, аденом предстательной железы и т. д.

  Э. �. Кандель.

Криотрон

Криотро'РЅ[РѕС‚ РєСЂРёРѕ... Рё (элек)трон ], переключательный криогенный элемент , основан РЅР° свойстве сверхпроводников скачком менять СЃРІРѕСЋ проводимость РїРѕРґ воздействием критического магнитного поля . Действие Рљ. аналогично работе ключа или реле; Рљ. может находиться только РІ РѕРґРЅРѕРј РёР· РґРІСѓС… состояний - либо РІ сверхпроводящем, либо СЃ малой проводимостью. Рљ. РјРѕРіСѓС‚ быть как проволочными, так Рё плоскими (плёночными), РќР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ показана конструкция плёночного Рљ. Рљ. обладают высоким быстродействием (время перехода РёР· РѕРґРЅРѕРіРѕ состояния РІ РґСЂСѓРіРѕРµ несколько долей мксек) ,малыми размерами (РґРѕ нескольких тысяч Рљ. РЅР° площади РІ 1 СЃРј ²) ,дёшевы РІ изготовлении Рё достаточно надёжны. Технологические трудности, связанные СЃ глубоким охлаждением, являются причиной того, что применение Рљ. Рє 1973 находилось РЅР° стадии лабораторных исследований Рё опытных образцов.

  Лит.:Крайзмер Л. П., Устройства хранения дискретной информации, 2 изд.; Л., 1969.

  Л. П. Крайзмер.

Крестообразный плёночный криотрон: 1 - управляющая плёнка (Pb); 2 - изолирующий слой (SiO ₂); 3 - управляемая плёнка (Sn); 4 - изоляция (SiO ₂); 5 - экранирующий подслой (Pb); 6 - подложка; I _y- управляющий электрический ток; I _РІ- управляемый электрический ток.

Криотурбация

Криотурба'ция(от крио... и лат. turbatio - смятение, беспорядок), участки сильно деформированных почв и грунтов со следами их движения; имеют вид завихрений, фиксируемых различно окрашенными или различно сложенными слоями. К. формируются при протаивании грунтов, а также при их промерзании в условиях замкнутых грунтовых систем.

Криофилы

Криофи'лы(от крио... и греч. philйM - люблю), организмы, живущие в талых лужах на поверхности льда или снега и в воде, пропитывающей морской лёд; при понижении температуры они оказываются вмёрзшими в лёд. К К. относятся одноклеточные водоросли (составляющие оснjdye. массу криопланктона ) и мелкие животные (некоторые черви и насекомые). Массовое развитие водорослей-К. вызывает окрашивание снега или льда (например, раститtkmysv жгутиконосцем Chlamydomonas nivalis - в красный цвет). В полярных морях диатомовые водоросли, обитающие в толще морского льда, окрашивают льдины в жёлто-бурый цвет, что способствует их таянию и уменьшает прочность Микроорганизмы, относящиеся к К., чаще называют психрофильными микроорганизмами .

Криофильные микроорганизмы

Криофи'льные микрооргани'змы,бактерии, плесневые грибы и некоторые др. микроорганизмы, способные развиваться при относительно низких температурах (около 0°С); то же, что психрофильные микроорганизмы .

Криофиты

Криофи'ты(от крио... и греч. phytуn - растение), растения, приспособленные к холодным и сухим местообитаниям. Вместе с психрофитами образуют основу растительного покрова тундр, альпийских лугов, осыпей и скал в высокогорьях. Пример К. - подушковидные растения высокогорных пустынь Памира, Тянь-Шаня, Тибета.

Криоэлектроника

Криоэлектро'ника,криогенная электроника, направление, охватывающее исследование взаимодействия электромагнитного поля с электронами в твёрдых телах при криогенных температурах (ниже 90К) и создание электронных приборов на их основе. В криоэлектронных приборах используются различные явления: сверхпроводимость металлов и сплавов, зависимость диэлектрической проницаемости некоторых диэлектриков от электрического поля, появление у металлов при Т < 80К полупроводниковых свойств при аномально высокой подвижности электронов проводимости и др.

  К криоэлектронным приборам следует отнести: запоминающие и логические криоэлектронные устройства вычислительной техники; генераторы, усилители, переключатели, резонаторы, детекторы, преобразователи частоты, фильтры, линии задержки, модуляторы и др. приборы СВЧ; сверхпроводящие магнитометры , гальванометры , болометры и др. Одной из задач К. является создание электронных охладителей, а также миниатюрных приборов, сочетающих в одной конструкции электронную схему, криостат , служащий герметической оболочкой, и охлаждающее устройство.

В  Криотроны.Развитие Рљ. началось СЃ создания криотрона (1955) - миниатюрного переключательного элемента, действие которого основано РЅР° явлении сверхпроводимости. Криотроны - элементы логических, запоминающих Рё переключательных устройств. РћРЅРё отличаются РЅРёР·РєРёРј потреблением энергии (10 ^-18 РґР¶) ,малыми габаритами (РґРѕ 10 ^-6 РјРј ²) ,быстродействием (время переключения ~ 10 ^-11 сек) .