¿Por qué aún podemos respirar en los valles?

Question

El aire tiene un 1% de argón. El argón es más pesado que el aire.

¿Por qué no se concentra el argón en las zonas bajas, ahogando allí la vida?

Answer 1

Así es. Encontrarías que el porcentaje medio de la atmósfera que es argón es muy ligeramente más alto en el fondo de los valles. Sin embargo, en primer lugar hay que tener en cuenta que no se trataría de una estratificación completa: una capa de argón puro, otra de N2 puro y así sucesivamente. Una mezcla de gases casi ideales no hace eso, al menos en equilibrio, porque eliminaría la considerable entropía de la mezcla. (Puede ocurrir en líquidos porque éstos tienen fuertes fuerzas intermoleculares que normalmente favorecen la separación y se oponen a la entropía de la mezcla). Otra forma de verlo es que, como los átomos y las moléculas de los gases no interactúan (mucho), no hay nada detener un átomo individual de argón que va ligeramente más rápido que las moléculas cercanas de nitrógeno y oxígeno por rebotar más alto que ellas.

Lo que se obtendría en un ideal teórico (campo gravitatorio uniforme, quietud total -sin viento- y temperatura uniforme) sería una caída exponencial de la presión con la altitud, y la exponencial para los gases más pesados sería más pronunciada que para los gases más ligeros. El resultado sería un enriquecimiento de los gases más pesados a altitudes más bajas. Con un poco de trabajo a partir de la distribución de Boltzmann de las energías potenciales gravitatorias de cada tipo de átomo y molécula se obtendría una estimación ideal del exceso de argón en función de la altitud.

En práctica la baja atmósfera tiene tanta mezcla debido al viento y a los grandes gradientes térmicos que dudo que se pueda medir siquiera el leve exceso de argón y otros gases pesados.

Hay una fascinante excepción a corto plazo, que afecta directamente a su pregunta. A veces los volcanes expulsan una cantidad considerable de CO2, que es mucho más denso que el aire, y este CO2 puede acumularse brevemente en una gruesa capa en el fondo de un valle o sobre un lago, si no hay mucho viento. Puede persistir durante algunas horas, tal vez días, antes de dispersarse y mezclarse con el resto de la atmósfera.

Entonces, efectivamente, el fondo del valle se convierte en una trampa mortal invisible para humanos y animales: camina hacia el valle, o sé incapaz de salir lo suficientemente rápido cuando suceda, y te asfixiarás sin ninguna razón que puedas ver. El ejemplo más famoso es el Catástrofe del lago Nyos en 1986, que mató a miles de personas y animales. Creo que ahora el gobierno ha instalado dispositivos de mezcla en ese lago para evitar cualquier futura emisión repentina de CO2.