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D O C U M E N TO S DE TRABAJO
A escala atmosférica, la difusión molecular resulta poco efectiva comparándola
con otros procesos de mezcla (salvo en escalas del orden de milímetros en la
baja atmósfera) dentro de la capa límite planetaria. Sin embargo, a gran altura
el aire es tan tenue que las moléculas pueden viajar distancias considerables
entre colisiones consecutivas, moviéndose a la velocidad del sonido, por lo que
la velocidad de difusión de las especies químicas puede ser muy elevada.
En un volumen de aire de 1 km de altura, la gravedad produce un gradiente de
densidad significativo de abajo-arriba, mientras que los dos tipos de mezclas
(difusión y agitación mecánica o convectiva) tienden a producir distribuciones
verticales diferentes.
En el caso de difusión en una columna de aire de gran altura, cada especie
molecular se mantiene en una distribución en equilibrio (distribución de
energías cinéticas de las moléculas a determinada temperatura), en el cuál el
tirón hacia abajo debido a la gravedad está compensado por una difusión neta
hacia arriba mantenida por el gradiente en esa dirección del número de
partículas por unidad de volumen (ley de Fick).
Este resultado es independiente de cualquier otro tipo de especies químicas
presentes. En este tipo de equilibrio por difusión bajo la acción de la gravedad,
las densidades específicas (densidad de la especie química dividida por la
densidad del aire) de las moléculas más pesadas son mayores a menores
alturas, mientras que las densidades de las especies moleculares más livianas
son mayores a mayores alturas. Esto último es lo que en esencia ocurre por
encima de los 100 km de altura, en donde la difusión es rápida en un aire muy
poco denso y escasamente agitado.
En el caso de una columna de gran altura en la cuál predomine la mezcla
mecánica o convectiva sobre la difusión, las diferentes especies químicas se
están mezclando mucho más rápidamente por los movimientos al azar
producidos por grandes espirales o remolinos que la separación producida por
la difusión molecular bajo el efecto de la gravedad. Acercándonos más a la
superficie , la turbulencia gobierna casi todos los fenómenos.
Consideremos el ciclo de vida de un remolino (eddy, en inglés) desde el
momento de su formación, a partir de los restos de remolinos anteriores, hasta
el momento de su destrucción por un proceso de mezcla. En ese corto intervalo
de tiempo (10 s, en el caso de pequeñas turbulencias) la parcela de aire puede
haberse movido 10 m, conservando mientras tanto su mezcla original de
especies moleculares. La combinación de este movimiento conservativo y del
proceso de "compartir mediante mezcla" repetido indefinidamente a través de
todo el volumen de la mezcla mientras dure la agitación, .lleva a una
uniformidad del equilibrio convectivo. Por ello se observa una estratificación
vertical en densidades de la mezcla homogénea de especies gaseosas ( el
porcentaje de cada una se mantiene constante, mientras la densidad disminuye
con la altura).
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