Для неадаптированных к холоду клеток особенно опасно обезвоживание, т. к. возникают контакты внутриклеточных компонентов, которые при нормальных условиях разобщены; при этом происходят разрывы одних межмолекулярных связей и образование других, повреждения клеточных мембран и т. д. Подобные явления могут возникать и в случае образования кристаллов льда внутри клетки. Последние образуются обычно при быстром охлаждении (свыше 10 градусов в 1 мин). После окончания процесса охлаждения, при температурах выше — 120°С, начинается рост кристаллов (перекристаллизация, рекристаллизация). Увеличение их размеров особенно значительно при отогревании. Считают, что во время отогревания и оттаивания происходят основные повреждения в клетках. Как правило, при образовании внутри клетки кристаллов льда она погибает; однако клетки некоторых закалённых насекомых и злокачественных опухолей переносят внутриклеточную кристаллизацию воды.
При сверхбыстром охлаждении со скоростью нескольких сот градусов в 1 сек (такое охлаждение возможно лишь у живых объектов, имеющих микроскопические размеры) большая часть воды превращается в аморфный лёд, структура которого мало отличается от структуры воды. Благодаря этому клетки не повреждаются и выживают независимо от своего происхождения. Но после сверхбыстрого глубокого охлаждения клетки сохраняют жизнеспособность лишь при очень быстром отогревании (за 3—10 сек), при котором можно избежать рекристаллизации. На практике этот метод сохранения клеток почти не применим ввиду невозможности сверхбыстрого охлаждения и отогревания более или менее крупных объектов. Для сохранения живых систем в условиях низких температур применяют защитные вещества — криопротекторы. Среди них наиболее известны глицерин, диметилсульфоксид, сахара, гликоли, которые способны проникать в клетку, и некоторые полимерные соединения (поливинилпирролидон, полиэтиленоксид и др.), не проникающие в неё. Криопротекторы ослабляют эффект кристаллизации, изменяя её характер, препятствуют слипанию и денатурации макромолекул, способствуют сохранению целостности мембран клеток. Криопротекторы получили широкое применение в медицине и животноводстве для длительного хранения при низких температурах крови, тканей, органов, а также спермы домашних животных, используемой для искусственного осеменения.
Устойчивость многих наземных организмов к температурам ниже 0°С сильно изменяется в течение жизненного цикла, связанного с сезонами года. Так, у насекомых и растений сильно повышаются холодоустойчивость и морозоустойчивость при переходе к состоянию покоя (диапаузы у насекомых и клещей) ещё до наступления морозов. В начале периода покоя при температурах немного выше 0°С происходят значительные перестройки в обмене веществ и физико-химического состоянии клеток, повышающие устойчивость организмов (см. Закаливание растений). Накапливаются жиры, гликоген, сахара, образуются защитные вещества, изменяется состояние воды и белков в клетках. Насекомые в зависимости от их экологии приобретают способность сильно переохлаждаться иногда до минус 40°С или ещё ниже. Некоторые виды насекомых и растений перезимовывают в замёрзшем состоянии. Хорошо переносят низкие и даже сверхнизкие температуры многие микроорганизмы (бактерии, дрожжи), мхи, лишайники и др. Обычно их холодоустойчивость связана с быстрым обезвоживанием, повышенной вязкостью цитоплазмы, наличием оболочки, препятствующей проникновению кристаллов в клетку, и др. Жизнедеятельность организмов (исключая теплокровных животных) прекращается обычно при температурах несколько ниже 0°С, но некоторые процессы обмена веществ могут протекать при температурах около —20°С (например, дыхание, фотосинтез) и даже ниже. В связи с этим представляет интерес малоизученная биология морских организмов, обитающих на подводных льдах Антарктики.
Проблемам К. посвящены специальные журналы; ежегодно организуются международные симпозиумы и конференции криобиологов.
Лит.: Рэ Л., Консервация жизни холодом, пер. с франц., М., 1962; Смит О., Биологическое действие замораживания и переохлаждения, пер. с англ., М., 1963; Клетка и температура среды, М.— Л., 1964; Лозина-Лозинский Л. К., Очерки по криобиологии, Л., 1972; Cellular injury and resistance in freezing organisms, Sapporo, 1967 (Proceedings of the International conference on low temperature science. Aug. 14—19, 1966. Sapporo, Japan, v. 2); Cryobiology, ed. Н. T. Meryman, L.— N. Y., 1966; The frozen cell, L., 1970; Mazur P., Cryobiology. The freezing of biological systems, «Science», 1970, v, 168, № 3934, P. 939.
Л. К. Лозина-Лозинский.
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 10-5 н/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.].
