Los gases densos pueden hundirse, y de hecho lo hacen, pero hay dos factores que lo impiden en la atmósfera
El dióxido de carbono y otros gases y vapores densos se hunden. Ésta es la causa de muchos accidentes industriales en los que los recipientes se llenan de algún gas inerte (el dióxido de carbono o el vapor de cloruro de metileno han matado a personas que entraban en recipientes cerrados sin cuidado y atención, por ejemplo, y los lagos volcánicos que emiten repentinamente dióxido de carbono han causado grandes desastres naturales). Pero esto no ocurre en la atmósfera abierta en gran medida.
Hay dos razones por las que la atmósfera está bien mezclada: la difusión y la turbulencia.
Los gases ideales (y, en circunstancias normales, la idealidad es una buena aproximación para los componentes atmosféricos) son totalmente miscibles. Una molécula no sabe lo que hacen las demás y no existe ningún mecanismo potente para separarlas. En última instancia, la difusión por sí sola mezclará completamente los componentes gaseosos de un recipiente. Pero la difusión es lenta, razón por la cual catástrofes naturales como Lago Nyos y pueden producirse accidentes industriales en recipientes cerrados. En escalas muy grandes la difusión debe compiten con la gravedad para dar un gradiente de concentración, pero esto no se observa en la baja atmósfera y nunca afectaría a los experimentos a escala humana.
En la baja atmósfera hay otro factor que mezcla los gases más rápidamente: el clima. La mezcla turbulenta actúa mucho más rápido que la difusión y es muy evidente en cualquier día ventoso. La mezcla turbulenta domina la baja atmósfera hasta el punto de que es un tema importante de conversación humana en algunos países. La atmósfera es como un recipiente muy grande que se agita con fuerza, mezclando a fondo sus componentes. Esta fuerza de mezcla es lejos más fuerte que la gravedad.
Si la difusión y la gravedad fueran los únicos factores, veríamos un gradiente de concentración a gran escala, con gases más densos menos comunes en la cima de las montañas altas. Pero ese efecto no se observa en la baja atmósfera porque la turbulencia es mucho más importante. La composición del aire en la cima del Everest es igual que a nivel del mar (aparte de ser mucho menos denso).
Así que la intuición de que los gases densos deberían separarse debido a la gravedad es correcta, pero ese efecto está dominado por la difusión y la turbulencia. A escala planetaria hay cierta separación debida a la gravedad, pero este efecto es pequeño y no es notable ni siquiera en la cima de la montaña más alta. A escala humana puede vencer ambos efectos con experimentos cuidadosos (como llenar un recipiente con hexafluoruro de azufre). Pero sólo en condiciones en las que el aire esté quieto e, incluso entonces, la difusión acabará mezclando el gas pesado con el aire de la habitación, aunque lentamente.
