为什么空气不受密度分层的气态组件?

Question

不同的气体组成的空气密度不同。天真的,人们会预计较重的气体池在低层大气和灯的顶部。

很久以前我问自己这个问题,我找到了答案,大气环流产生的混合是足以让整个混合均匀,而且我很满意这个答案,直到我认为洞穴的情况下,地球内部或室被发现在地下矿山、和被孤立的数百万年。尽管如此,没有矿工死亡的报道,因为上面的空腔底部的空气只有氮气或氧气。

分子运动产生的混合是由于其温度足以避免分层?还是有其它原因?在非常低的温度下将空气受到密度分层?

Answer 1

天真的,人们会预计较重的气体池在低层大气和灯的顶部。

这是过于天真。同样天真的期望会导致人们认为铀应该集中在地球的核心,或者混合水和酒精应该有区别的底部与水和乙醇。而是集中在地壳,铀和水和乙醇混合。熵和化学可能导致违反直觉的结果。

当然,大多数是这样的气体。entropically-favored分布是一个彻底的混合。实现这种彻底的混合可以花很长时间,如果只在分子扩散。湍流混合使得混合进行更加迅速。

有这entropically-favored分布不发生的地方。气体可以集中在矿山和在地下室。例如,煤矿甲烷和一氧化碳浓度有问题(比空气密度较低),但也与浓度的二氧化碳和硫硫化(比空气更密集)。地下室有很多地区花岗岩的氡有问题(比空气更密集)。气体可以集中在矿山和地下室由于减少紊流混合。这使得压倒的缓慢过程产生气体分子扩散过程,导致entropically-disfavors分布。

地球的上层大气也是有区别的。这里,极端罕见的上层大气意味着湍流混合高度衰减。极端的太阳辐射(高紫外线和x射线)产生的气体通过分裂分子氧气,水蒸气,并在较小程度上,氮、组成部分。很长时间的平均自由程在高层大气中意味着轻组件移动高于做重的组件。

Answer 2

尽管如此,没有矿工死亡的报道,因为上面的空腔底部的空气只有氮气或氧气。

是的,不,矿工死于其他原因,如缺乏氧气,硫中毒等。
但是例如您可能已经得到的硫中毒附近火山在火山地区,仅仅因为有硫溶解的空气要比周围的空气。
这就是影响你要求,但你仍然需要一个严重缺乏风力和合适的地形来实现分层。

现在让我们缩小一点。地球表面。这提供了摩擦和降低表面风很大,创建行星边界层(PBL)。你可以把所学的“免费的流媒体氛围想做什么,然后遇到一个表面的。
只是因为摩擦的表面,表面上我们只有适度强风,允许特殊现象像小山谷充满硫磺。

大气中更高速度要快得多。因此,雷诺数较高,容易流动的不稳定和动荡,混合了一切。
只有在卡门线约100公里的高度,事情平静下来足够(摩擦的动量密度传输层之间),分子重量开始分离。

所以我想说你最初的直觉是正确的,只是不太直观的行星表面如何发挥。
在海洋中顺便说一句。这一现象中扮演重要的角色在决定全球环流。不同的盐度层的水会导致不同密度和分层流。因为水的密度是10 ^ 6美元的因素高于空气,需要一个更强的动力来源混合层。但这样的来源不存在,所以我们得到不同密度分层流。