Будет ли кислород скапливаться в воронках, если верхние слои атмосферы будут состоять из гелия, водорода и метана?

Теоретически да. На самом деле нет

Редактировать: Теоретически также Нет

Молярная масса каждого элемента говорит об этом в теории: Кислород 31,99 г/моль. Метан 16,0425 г/моль Гелий 4,002 г/моль Водород 2,016 г/моль

Если бы они были жидкими, это дало бы нам ответ. Однако в газе молекулы движутся индивидуально. Это то, что делает их газом и называется броуновским движением. Это может привести к тому, что газ смешается в любом случае.

Любой ветер или другое атмосферное возмущение еще больше все запутает.

На реальной планете/луне это никак не сработает.

Редактировать: спасибо @samuel за то, что он указал, что я забыл большую часть школьной химии.

Если вы поместите два газа в закрытый сосуд, они будут смешиваться, даже если не перемешиваться, это связано с природой молекул газа и их движением. Температура будет играть роль в скорости, с которой смешиваются газы, и любое механическое перемешивание (помимо теплового движения) увеличит эту скорость смешивания. То, что вы можете получить, это (при наличии источника молекулярного кислорода) временные бассейны кислорода, которые со временем смешиваются с остальной атмосферой. Существует энергия смешивания, которая должна быть обеспечена для смешивания двух вещей, это называется энтальпией (эта конкретная энтальпия, я не помню названия на английском), эта энергия используется для перемещения молекул, но для смешивания молекул газа энергия маленький. На то, как смешиваются газы, влияет множество факторов, одним из которых является тепловое перемешивание. Вы не можете помешать молекуле газа уйти далеко от бассейна,

Это отличается от жидкостей, смешиваемость / несмешиваемость жидкостей связана с их полярностью / аполярностью и молярными массами, но полярность играет большую роль. Другим фактором при работе с жидкостями является то, что, даже если они не имеют определенной формы (они принимают форму реципиента, на который они помещены), они имеют определенный объем, а газы - нет. Вот почему некоторые характеристики газов сильно отличаются от характеристик жидкостей.

Есть исключения. Но общее правило таково.

Хотя вы можете подумать, что тяжелые газы выталкивают более легкие газы вверх, физика устроена иначе. Вместо этого вы можете рассмотреть каждый газ отдельно и увидеть, как чистая атмосфера этого газа становится тоньше по мере удаления от поверхности. Это происходит (для каждого газа в отдельности) экспоненциально, если температура постоянна (статистика Больцмана!), но показатели степени различаются - так что более легкий газ растекается дальше, чем более тяжелый. Таким образом, полное «воздушное» давление представляет собой просто сумму давлений компонентов (все это в основном правильно, потому что газ настолько разрежен, что практически не происходит взаимодействия). Только благодаря этой разнице на одних уровнях преобладает один газ, а на других — другой. При этом кислородные пулы не будут образовываться больше, чем на Земле.

Может ли концепция кислородных бассейнов работать?

Да, но они будут преходящими, как дождь. В большинстве случаев погода хорошо перемешивает атмосферу, но при некоторых обстоятельствах кислородные бассейны могут образовываться в течение нескольких дней или даже дольше. Возможно, у вас есть коллекторы кислорода, которые люди должны использовать, и, как дождь в пустыне, люди сохраняют его. Если в атмосфере есть давление, вам не нужны скафандры с полным давлением, вам нужны только маленькие носовые канюли для работы на улице и дома, которые не очень протекают, если вы не хотите носить их все время.

Если да, то может ли существовать более высокий слой атмосферы, состоящий из более легких газов?

Конечно, и у нас это уже есть — озон состоит из более легких газов, а здесь, внизу, более тяжелые газы. Хотя смешивание действительно происходит, реальность такова, что концентрации меняются по мере того, как вы поднимаетесь выше, и вы обнаруживаете, что более легкие газы преобладают, а более тяжелые газы менее распространены.

Погодные условия, необходимые для объединения атмосферы, могут быть аналогичны явлению, хорошо известному в городах, которые по существу представляют собой большие чаши. Это называется инверсия:

https://en.wikipedia.org/wiki/Inversion_(метеорология)

Это не даст вам именно то, что вы хотите, но немного обмана здесь и там, и вы можете заставить это работать для мира, который вы имеете в виду, если ваша аудитория не очень разборчива.

В особенно тихих районах без ветра, например, в шахтах, накопление углекислого газа является серьезной проблемой, которую необходимо активно решать, так что это уже происходит, просто это не распространено на больших открытых территориях, подверженных погодным условиям.

Пулы не оседают. Если вы осторожно заполните углубление тяжелым газом и не будете его шевелить, оно останется таким на какое-то время. Особенно, если газ непрерывно выбрасывается с небольшой скоростью на дно, как в случае$\mathrm{CO_2}$бассейны на Земле.

Давайте предположим, что каким-то образом кислород действительно объединился, сработает ли это?

Что на интерфейсе? Водород и кислород. Если только один газ действительно не доминирует (например, глубоководные ныряльщики иногда дышат кислородно-водородной смесью с таким небольшим количеством кислорода, что она не поддерживает горение), достаточно одной искры.

Это чем-то похоже на то, как вы можете выполнить трюк с «невидимым аквариумом», когда у вас есть более плотный газ в аквариуме и балансируете на нем менее плотные материалы. При условии, что верхние слои атмосферы менее плотны, чем кислород в кратерах, они поднимутся вверх, а кислород опустится на дно.

Другим примером может быть попытка плавания определенных материалов на воде. Дерево будет плавать, так как оно менее плотное, чем вода, а камень утонет, так как он более плотный.