Криогенные горные породы, с одной стороны, находятся обычно в условиях, близких к состоянию фазового перехода жидкость — кристалл для НгО, являющейся одним из основных породообразующих минералов, вследствие чего лед, как правило, всегда сосуществует в криогенной породе с жидкой фазой. Следовательно, можно выделить фазово-компози-ционный фактор, определяющий криогенную породу как сложный материал.

С другой стороны, термодинамические условия замерзания, возникновения криогенной структуры и текстуры, а также характер начальной влажности (степень заполнения пор, трещин) определяют структурно-текстурный фактор, контролирующий физические свойства материала.

Химический и минеральный -состав, литология исходного материала, из которого формируется криогенная порода, обусловливают химико-литологический фактор.

Эти три главных фактора являются определяющими в формировании строения, состава, а следовательно, и всех физических свойств криогенных пород. На этой основе следовало бы построить обобщенную физическую модель криогенной породы, в соответствии с которой можно объяснить закономерности формирования и изменения ее физических свойств. Однако пока построение такой модели практически невозможно из-за неполноты экспериментальных данных о физических свойствах криогенных образований и протекании процессов формирования их фазового состава и строения; нестабильности криогенных пород, что обусловливает многообразие их состояний и изменчивость свойств; отсутствия разработки многих вопросов теории протекания физических и физико-химических процессов и явлений как в чистом льде, так и в мерзлых породах. Эти трудности постепенно преодолеваются, однако объем исследований в области физики криогенных пород пока очень ограничен. Поэтому в настоящее время можно рассматривать лишь некоторые частные качественные модели.

Возникновение криогенной породы как нового природного образования это прежде всего процесс формирования новой пространственной структуры. Поэтому при его описании можно воспользоваться положениями, разработанными П. А. Ребинде-ром и его школой [60, 61). Основной проблемой физико-химической механики является изучение ф^{изико_химических} закономерностей и механизма развития пространственных структур, образующих твердое тело с данными свойствами. С позиций этой науки, любые реальные твердые тела обладают своеобразной коллоидной структурой в виде пространственной сетки статистически распределенных дефектов.

В процессе деформаций в твердом теле постепенно появляются новые поверхности. Если их образование обратимо, возникают упругие или эластичные деформации, в противном случае имеет место ползучесть и разрушение.

П. А. Ребиндер выделяет два основных типа коллоидных структур: коагуляционные, возникающие при беспорядочном сцеплении частиц дисперсной среды через тонкие прослои жидкой фазы; кристаллизационно-конденсацион-н ы е, образующиеся в результате непосредственного срастания кристаллов, спекания их и т. д.

Особенно необходимо изучение закономерностей кинетики процессов структурообразования. Большое значение в формировании структур имеют адсорбционные эффекты, снижающие поверхностную энергию, а следовательно, и прочность структуры. Наибольшее понижение поверхностной энергии вызывается расплавленными средами, близкими по молекулярной природе к твердому телу.

Применительно к мерзлым породам — это соответствующие пространственные криогенные структуры, возникновение и развитие которых рассмотрим с единых позиций.

Формирование криогенной породы в процессе понижения температуры и замерзания воды, раствора или влагонасыщен-ного грунта (почвы) можно подразделить на несколько стадий, основные особенности которых приведены ниже.