Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (КР)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 46 (всего у книги 79 страниц)
Криогенез
Криогене'з (от крио... и ...генез), совокупность физических, химических, биохимических и др. процессов, происходящих в пределах криосферы и сопровождающихся льдообразованием.
Криогенная морфоскульптура
Криоге'нная морфоскульпту'ра, тип морфоскульптуры, возникающей под влиянием морозного выветривания, нивации, солифлюкции, термокарстовых явлений и др. На аккумулятивных равнинах К. м. обычно представлена буграми пучения, термокарстовыми впадинами, полигональными грунтами; на возвышенностях и в горах – курумами, нагорными террасами, структурными грунтами.
Криогенная техника
Криоге'нная те'хника, техника получения и использования криогенных температур, т. е. температур ниже 120 К.
Основные проблемы, решаемые К. т.: сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспорт в жидком состоянии; разделение газовых смесей и изотопов низкотемпературными методами (например, промышленное получение чистых азота, кислорода и аргона из воздуха: выделение дейтерия ректификацией жидкого водорода и т. д.); конструирование криорефрижераторов – холодильных машин, создающих и поддерживающих температуру ниже 120 К; охлаждение и термостатирование при криогенных температурах сверхпроводящих и электротехнических устройств (магнитов, соленоидов, трансформаторов, электрических машин и кабелей, узлов ЭВМ, гироскопов и т. п.), электронных приборов (квантовых усилителей и генераторов, приёмников инфракрасного излучения и т. д.), биологических объектов; разработка аппаратуры и оборудования для проведения научных исследований при криогенных температурах (криостатов,пузырьковых камер и др.).
Применение криогенных температур в ряде областей науки и техники привело к возникновению целых самостоятельных направлений К. т., например криоэлектроники,криобиологии.
Лит.: Фастовский В. Г., Петровский Ю. В., Ровинский А. Е., Криогенная техника, М., 1967; Справочник по физико-техническим основам криогеники, 2 изд., М., 1973.
Криогенная электроника
Криоге'нная электро'ника, см. Криоэлектроника.
Криогенные элементы
Криоге'нные элеме'нты в вычислительной технике, запоминающие и логические элементы, действие которых основано на явлении сверхпроводимости. Первые К. э. – криотроны, состоящие из танталового стержня с управляющей ниобиевой обмоткой, – были предложены в 1955 американским учёным Д. А. Баком. В 1960 были созданы запоминающие К. э. на сверхпроводящей плёнке.
К. э. просты по конструкции, малогабаритны, дёшевы. Ничтожные потери энергии обусловливают целесообразность использования К. э. в запоминающих устройствах очень большой ёмкости, особенно в ассоциативных, при очень малых габаритах и малом потреблении мощности (см. Криоэлектроника).
Л. П. Крайзмер.
Криогенный
Криоге'нный (от крио...и ...ген), относящийся к низким температурам.
Криогенный насос
Криоге'нный насо'с, конденсационный или сорбционный вакуумный насос, откачивающее действие которого основано на поглощении откачиваемого газа поверхностью, охлажденной до сверхнизких температур (ниже 0,5 К). К. н. обеспечивают разрежение в широком диапазоне от 10-1 до 10-5н/м2.
Криолит
Криоли'т (от крио... и греч. lithos – камень), минерал из группы природных фторидов, химический состав Na2NaAlF6. В структуре К. Al и 1/3 Na находятся в центре октаэдров AlF6 и Na F6, а 2/3 Na – в центре полиэдров Na F12. Кристаллизуется в моноклинной системе; кубовидные кристаллы встречаются редко. Обычно образует бесцветные, белые или серые кристаллические скопления со стеклянным блеском. Твердость по минералогической шкале 2,5—3,0; плотность 2960—2970 кг/м3. К. встречается в метасоматически замещённых пегматитах, образуется из обогащённых фтором горячих водных растворов, связанных со щелочными гранитами. Промышленные месторождения редки (Ивигтут, в Западной Гренландии). К. широко применяется в металлургии алюминия, для получения эмали и др. целей. Большую часть К., используемого в промышленности, получают синтетически [при взаимодействии сульфатов Al и NaF; при нейтрализации газообразной кремнефтористой кислоты (H2SiF6) гидроокисью алюминия и NaOH и др.].
Минерал назван К. по сходству (блеску и показателю преломления) со льдом. Некоторые исследователи называют К. также все разновидности льда (лёд, снег, град и др.) или только лёд, как мономинеральную горную породу.
Криолитозона
Криолитозо'на (от крио..., греч. lithos – камень и зона), часть криосферы, самый верхний слой земной коры, характеризующийся в течение всего года или хотя бы короткое время (но не менее суток) отрицательной температурой почв и горных пород и наличием или возможностью существования подземных льдов. Главная особенность К. – протекание процессов в интервале температур, включающем точку замерзания воды (0°С). В зависимости от частоты перехода температуры почв и горных пород через 0°С в течение года в К. выделяются слой кратковременного и сезонного промерзания – протаивания – т. н. активный (или деятельный) слой и многолетняя криолитозона. В активном слое нулевая температура, разделяющая обычно мёрзлое и талое состояния влажных почв, устанавливается 2 раза в год: в начале и конце холодного периода (не считая оттепелей и заморозков). В многолетней К. температура пород ниже или равна 0°С в течение не только всего года, но и многих (иногда сотен и даже тысяч) лет. Наряду с многолетнемёрзлыми горными породами и подземными ледяными телами (составляющими в совокупности мёрзлую зону литосферы) многолетняя К. содержит безводные и насыщенные концентрированными растворами горные породы с отрицательными температурами, но без ледяных включений.
Нижней границей К. служит изотермическая поверхность с температурой 0°С. Сплошность К. нарушают непромерзающие ядра таликов различного генезиса, имеющие круглый год положительную температуру. Пространственно К. охватывает горные сооружения всех континентов, возвышающиеся над снеговой линией, все высотные климатические пояса полярных, субполярных и умеренных широт, а также все широтные климатические пояса, кроме экваториального и частично тропических и субтропических, где явления промерзания влажных почв или охлаждения ниже 0°С сухих песков и трещиноватых скальных пород связаны только с радиационными заморозками и имеют спорадический характер (см. карту к ст. Многолетняя криолитозона).
В обширных материковых областях К. с положительной среднегодовой температурой поверхности распространён лишь сезонно мёрзлый (активный) слой. При отрицательных среднегодовых температурах поверхности Земли К. включает и активный слой, и все образования многолетней К. В области распространения многолетнемёрзлых горных пород активный слой называется сезоннопротаивающим, или сезонноталым; вне ее – сезоннопромерзающим, или сезонномёрзлым. На границе области распространения многолетнемёрзлых толщ среднегодовые температуры земной поверхности могут отклоняться от 0°С, что ведёт к периодическому или эпизодическому формированию и деградации мёрзлых перелетков – зародышей многолетней К. В областях с близкой к 0°С отрицательной среднегодовой температурой поверхности Земли многолетняя К. имеет островной характер.
Для полярных, субполярных и высокогорных областей К. характерны криогенные и посткриогенные процессы и явления: криогенное выветривание; криолитогенез; растрескивание и пластическая деформация мёрзлых горных пород; пучение почв и рыхлых пород; вымораживание крупнообломочного материала на поверхность; просадки и термокарст; солифлюкция и криогенное обрушение пород со склонов; нивация и альтипланация; усиленная боковая эрозия и абразия льдистых отложений и др. С этими процессами связано образование определённых форм рельефа: экзарационных и нивальных (троги, цирки); гравитационных и солифлюкционных (склоновые террасы, оползни, обвалы, оплывины и др.), экструзивных и форм пучения (тарыны, гидролакколиты, каменные россыпи); термоабразионных; полигональных; перигляциальных и мн. др.
Термин «К.» предложен П. Ф. Швецовым в 1955, хотя необходимость выделения зоны литосферы с отрицательной температурой была обоснована раньше, например в трудах русских и советских учёных Л. Я. Ячевского (1889), М. И. Сумгина (1927), Н. И. Толстихина (1941) и др.
Лит.: Швецов П. Ф., Вводные главы к основам геокрилогии, М., 1955 (Материалы к основам учения о мерзлых зонах земной коры, в. 1); Основы геокриологии, ч. 1, М., 1959; Достовалов Б. Н., Кудрявцев В. А., Общее мерзлотоведение, М., 1967; Попов А. И., Мерзлотные явления в земной коре (Криолитология), М., 1967; Muller S. W., Permafrost or permanently frozen ground and related engineering problems, Ann Arbor, 1947; Terzaghi K., Permafrost, «Journal of the Boston Society of Civil Engineers», 195-2, v. 39,№ 1; Cailleux А., Taylor G., Cryopédologie, études des sols gelés, P., 1954; Proceedings, International permafrost conference. Wash., 1965.
А. А. Шарбатян.
Криология
Криоло'гия (от крио... и ...логия), наука о криосфере.
Криопатология
Криопатоло'гия (от крио... и патология), болезненные состояния и процессы, возникающие в организме под влиянием низких температур. У человека наиболее изучены общие и местные патологические процессы, происходящие при охлаждении и отморожении (см. также Гипотермия).
Криопланктон
Криопланкто'н (от крио... и планктон), совокупность организмов, главным образом одноклеточных водорослей, живущих в талых лужах на поверхности льда или снега и в воде, пропитывающей морской лёд. См. Криофилы.
Криоскопия
Криоскопи'я (от крио... и ...скопия), метод физико-химического исследования, основанный на измерении понижения температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя. Согласно Рауля законам, для бесконечно разбавленного раствора (при отсутствии электролитической диссоциации) существует зависимость Dtk = Ek×n, где Dtk – понижение температуры замерзания раствора, °С; n — концентрация раствора. Коэффициент Ek называется криоскопической постоянной растворителя. Значение Ek для различных жидкостей различно: например, для воды оно составляет 1,86, для бензола 5,07, для уксусной кислоты 3,90, для диоксана 4,63, для фенола 7,27. Зная Ek, можно вычислить молекулярную массу М вещества по формуле М=Р1×Ек·1000/Р2Dtk, где P1 и P2 — соответственно масса растворённого вещества и растворителя в г. Разность температур Dtк измеряют обычно метастатическим термометром или с помощью термопары. Методом К. могут быть определены значения Ek для веществ с известной молекулярной массой, а также концентрация вещества в растворе.
Лит.: Киреев В. А., Краткий курс физической химии, 4 изд., М., 1969; Справочник химика, 2 изд., т. 3, М.– Л., 1964, с. 485.
Криостат
Криоста'т (от крио... и греч. states – стоящий, неподвижный), термостат, в котором рабочий узел или исследуемый объект поддерживается при температурах менее 120 К (криогенных температурах) за счёт постороннего источника холода. Обычно в качестве источника холода (хладоагента) применяют сжиженные или отверждённые газы с низкими температурами конденсации и замерзания (азот, водород, гелий и др.). температуру помещенного в К. объекта регулируют, изменяя давление паров над заполняющим К. хладоагентом или подогревая пары хладоагента. К. различают: по роду применяемого хладоагента (азотные, гелиевые, водородные и т. д.), по используемым для изготовления материалам (стеклянные, металлические, пластмассовые), по назначению (для радиотехнических, оптических и др. исследований, для сверхпроводящих магнитов, приёмников излучения и т. д.).
Для К. любого типа необходима защита его рабочего объёма от притока теплоты из окружающей среды. Чем ниже температура кипения и чем меньше теплота испарения используемого хладоагента, тем выше требования к теплоизоляции рабочих узлов К. В К., заполняемых жидким азотом или кислородом, часто используется высоковакуумная теплоизоляция, подобно применяемой в широко известных Дьюара сосудах и бытовых термосах. Для гелиевых К. обычная высоковакуумная изоляция уже недостаточна. Поэтому с целью уменьшения притока лучистой энергии от наружных стенок К. необходимо понизить их температуру, что достигается охлаждением стенок вспомогательным хладоагентом (например, жидким азотом) или установкой в теплоизоляционном пространстве защитных экранов, отражающих излучение.
В лабораторной практике широко применяются стеклянные К., они просты в изготовлении и прозрачны, что позволяет непосредственно наблюдать за ходом опыта. Гелиевый стеклянный К. общего назначения (рис. 1) обычно состоит из 2 сосудов Дьюара, вставленных один в другой. Внутренний сосуд заполняют жидким гелием, наружный – жидким азотом. К недостаткам стеклянных К. относится малая механическая прочность.
Надёжны в эксплуатации металлические К., из которых наиболее универсальными являются К. с жидким гелием в качестве основного хладоагента. На рис. 2 приведена схема металлического гелиевого К. с дополнительным охлаждением жидким азотом. Гелиевый объём К. окружен со всех сторон медным экраном. В пространстве между гелиевым объёмом и кожухом создаётся глубокий вакуум, который поддерживается процессе эксплуатации с помощью адсорбента. Для компенсации температурных деформаций, возникающих между внутренними узлами и корпусом, в К. предусмотрен сильфон. Гелиевый объём, азотная ванна и корпус К. изготовляются из меди, нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Поверхности узлов К. со стороны «вакуумного пространства» полируются для отражения теплового излучения.
В металлических К., предназначенных для оптических исследований, предусматриваются окна, а также поворотные устройства, при помощи которых можно изменять положение образца. Для охлаждения экранов гелиевых и водородных К. вместо жидкого азота используются пары основного хладоагента. К. широко применяются в криогенной технике.
Рис. 1. Стеклянный гелиевый криостат: 1 – охлаждаемый узел; 2 – сосуд Дьюара с гелием; 3 – сосуд Дьюара с азотом.
Рис. 2. Металлический гелиевый криостат: 1 – корпус; 2 – объём, заполняемый гелием; 3 – экран; 4 – адсорбент; 5 – ванна для азота; 6 – сильфон.
Криосфера
Криосфе'ра (от крио... и сфера), прерывистая и непостоянная по конфигурации оболочка Земли в зоне теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы. Характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в К. в парообразном, свободном или химически и физически связанном с др. компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и др.). температура 0°С (273,15 К) определяет равновесие между химически чистыми льдом и водой при атмосферном давлении 760 мм рт. cm. вне посторонних силовых полей. В естественных условиях различные примеси и растворённые вещества, а также поверхностные силы и давление понижают точку замерзания воды, в результате чего в границы К. попадает и жидкая фаза H2O во временно или устойчиво охлажденном ниже 0°С состоянии (солёные морские и подземные воды, незамёрзшие связанные воды, высоконапорные пресные воды под ледниковыми покровами, переохлажденные капли воды в облаках и туманах). К. включает также безводные толщи горных пород и относительно сухие воздушные массы с отрицательной температурой, в которых естественными или искусственными путями могут создаваться условия для конденсации H2O, а тем самым и 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 км над 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).
| Виды льда | Масса | Площадь распространения | ||
| Г | % | млн. км2 | % от по– верхности | |
| Ледники и ледниковые покровы | 2,4×1022 | 97,72 | 16 | 11 суши |
| Подземные льды | 5×1020 | 2,04 | 32 | 25 суши |
| Морские льды | 4×1019 | 0,16 | 26 | 7 океана |
| Снежный покров | 1×1019 | 0,04 | 72 | 14 суши |
| Айсберги | 8×1018 | 0,03 | 64 | 19 океана |
| Атмосферные льды | 2×1018 | 0,01 | – | – |
| Всего: | 2,456×1022 | 100 |
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. И. Воейкова (1886). В 1933 В. И. 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. И. 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. И., Об областях охлаждения земной коры, «Зап. Гос. гидрологического ин-та», 1933, т. 10; Толстихин Н. И., 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 И. 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., Traíté de glaciologie, t. I—2, P., 1964—65; Рéwé Т. L., The periglacial environment, Montreal, 1969; Washburn A. L., Periglacial processes and environments, L., 1973.
Н. Л. Граве, А. А. Шарбатян.
