是什么让不同的气体在大气中混合?

Question

考虑一个气体离心机容纳两种不同的气体。旋转一段时间后，较重的气体会向外移动，较轻的气体会在内部。换句话说，我们把气体分层了。

为什么在地球大气中N$_2$和O$_2$没有发生这种情况?

注意:我不把地球看作离心机，因为它在旋转。我把它比作离心机，因为气体上有重量(重力)。在这种情况下，氧气应该沉到底部，而氮气则在上面。

Answer 1

这是因为气体也会扩散。如果你用一层水平的薄膜将两种不同密度的气体分开，然后慢慢地将薄膜移开，那么界面就会扩散。例如，你可以用溴和空气来试一试——溴会停留在底部(很容易看到，因为它是棕色的)，空气会停留在顶部，但界面会扩散。溴大部分会留在底部，因为它显著比空气重，但如果密度差较小，扩散混合就会强得多——就像氮和氧的情况一样，它们的密度当然没有很大差别。

虽然上述效应只是考虑了由于分子扩散引起的混合，但由于热加热(和湿度差异)的影响，大气当然也会强烈对流。两者都能翻转大气并混合。

也就是说，大气的成分确实会随着高度的变化而变化。比如，在这里．问题是，与溴和空气之间的模糊界面相对应的层的厚度大约与整个大气一样厚，因此很难与其他影响(如电离)区分开来，这些影响会随着高度的变化而改变其成分。

Answer 2

扩散很重要，但更重要的是来自各种过程的湍流搅拌，如对流云、飓风、哈德利单体、锋面系统、急流等。这足以使大气中的各种气体充分混合。