Ist eine Atmosphäre mit verschiedenen Schichten möglich?

Ja

Aber es
gibt viele Dinge, die dieser Formung entgegenwirken - besonders für eine irdische Welt. Hier sind die Probleme, die mir in den Sinn kommen:

Chemie

Sie können Chemikalien mit vielen verschiedenen Strategien unterteilen. Ich werde sie unterteilen, indem ich sie nenne:

• Reduktionsmittel (Brennstoffe)
• Oxidationsmittel
• untätig

Wenn Sie eine Atmosphäre mit einer hohen Menge an Oxidationsmitteln haben (wie auf der Erde), halten reduzierende Gase (wie Methan), die der Atmosphäre zugesetzt werden, nicht lange an. Sie reagieren schnell und werden ausgespült.

Ihre Atmosphäre kann also wirklich nur Inert enthalten (wie$N_2$) & Oxidationsmittel, wie Erde oder Inert (wie$He$) und Reduzierstücke (wie$H_2$&$CH_4$), wie Jupiter.

Flüssigkeitsdynamik

Flüssigkeiten (Flüssigkeiten und Gase werden beide als Flüssigkeiten betrachtet) neigen dazu, sich zu vermischen. Dafür gibt es zwei primäre Mechanismen:

• Diffusion
• Mechanische Durchmischung (meist durch turbulente Grenzflächen zwischen den Schichten)

Die primären Gase der Erdatmosphäre sind :

$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text{Gas} & \text{Fraction} & \text{Atomic Mass} & \text{Type} \\ \hline \text{Nitrogen } N_2 & \text{78%} & \text{28} & \text{Inert} \\ \hline \text{Oxygen } O_2 & \text{21%} & \text{32} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Argon } Ar & \text{1%} & \text{40} & \text{Inert} \\ \hline \text{Carbon Dioxide } CO_2 & \text{<<1%} & \text{44} & \text{Inert} \\ \hline \text{Water } H_2O & \text{Up to 1%} & \text{18} & \text{Inert} \\ \hline \end{array}$$

Beachten Sie das Fehlen von Verbindungen, die als Reduktionsmittel gelten.

Trotz der großen Bandbreite an Atommassen ist die Erdatmosphäre im Allgemeinen gut durchmischt. Das liegt am Wind. An einigen Orten mit vulkanischen Schloten können Sie (unsichtbare) unvermischte Pools erhalten$CO_2$Gas. Tiere (einschließlich Menschen), die sich in diese Becken wagen, sterben an Erstickung.

Kohlendioxid, das etwa 1,5-mal so dicht wie Luft ist, ließ die Wolke den Boden "umarmen" und in die Täler hinabsteigen, wo sich verschiedene Dörfer befanden. Die Masse war etwa 50 Meter (160 Fuß) dick und bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 50 Kilometern pro Stunde (12 bis 31 Meilen pro Stunde) nach unten. Etwa 23 Kilometer lang blieb die Wolke kondensiert und gefährlich und erstickte viele der Menschen, die in Nyos, Kam, Cha und Subum schliefen.

Liste der Kandidatengase

Vom leichtesten zum schwersten (in meiner Liste). Je größer der Unterschied in den Gasmassen ist, desto wahrscheinlicher erhalten Sie eine Differenzierung.

$$\begin{array}{|c|c|c|} \hline \text{Gas} & \text{Atomic Mass} & \text{Type} \\ \hline \text{Hydrogen } H_2 & \text{2} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Helium } He & \text{4} & \text{Inert} \\ \hline \text{Methane } CH_4 & \text{16} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Ammonia } NH_3 & \text{17} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Water } H_2O & \text{18} & \text{Inert} \\ \hline \text{Neon } Ne & \text{20} & \text{Inert} \\ \hline \text{Nitrogen } N_2 & \text{28} & \text{Inert} \\ \hline \text{Carbon Monoxide } CO & \text{28} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Nitric Oxide } NO & \text{30} & \text{Reducer?} \\ \hline \text{Oxygen } O_2 & \text{32} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Hydrogen Sulfide } H_2S & \text{34} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Fluorine } F_2 & \text{38} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Argon } Ar & \text{40} & \text{Inert} \\ \hline \text{Carbon Dioxide } CO_2 & \text{44} & \text{Inert} \\ \hline \text{Nitrous Oxide } N_2O & \text{44} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Nitrogen Dioxide } NO_2 & \text{46} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Sulfur Dioxide } SO_2 & \text{64} & \text{Reducer} \\ \hline \text{Chlorine } Cl_2 & \text{70} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Krypton } Kr & \text{84} & \text{Inert} \\ \hline \text{Xenon } Xe & \text{131} & \text{Inert} \\ \hline \text{Bromine } Br_2 & \text{160} & \text{Oxidizer} \\ \hline \text{Iodine } I_2 & \text{254} & \text{Oxidizer} \\ \hline \end{array}$$

Leichte Gase werden von reduzierenden Chemikalien dominiert, während schwere Gase von oxidierenden Chemikalien (hauptsächlich den Halogenen) dominiert werden. Edelgase wie$N_2$und die Edelgase werden durch die Mischung gesprüht.

Ein mögliches Setup

Solange die reduzierenden Schichten und die oxidierenden Schichten durch inerte Schichten getrennt sind, können Sie möglicherweise alle Arten von Gasen haben.

Eine mögliche Konfiguration wäre (mit der Bromschicht als tiefster Schicht).

$$\begin{array}{|c|c|c|} \hline \text{Layer} & \text{Gas} & \text{Type} \\ \hline 1 & \text{Bromine} & \text{Oxidizer} \\ \hline 2 & \text{Krypton} & \text{Inert} \\ \hline 3 & \text{Earth's Atmosphere} & \text{Oxidzer} \\ \hline 4 & \text{Helium} & \text{Inert} \\ \hline 5 & \text{Hydrogen} & \text{Reducer} \\ \hline \end{array}$$

Ich werde zwei weitere Phänomene hinzufügen, über die ich nach der Antwort von Jim 2B nachdenken sollte. Erstens, warum haben Wolken einen flachen Boden? Eine Kombination aus Temperatur, Druck und Wasserdampfsättigung führt dazu, dass eine Schwelle am unteren Ende der Wolke überschritten wird. Das Vorhandensein der Tröpfchen kann die Art der Chemie in den beiden Regionen verändern. Die Tröpfchen sind viel dichter als das Gas, aber klein genug, um schwimmfähig zu bleiben (aufgrund der Brownschen Bewegung). In diesem Bereich gibt es auch ein neues Wärmeaustauschsystem, bei dem zusätzliche Wärme die Tröpfchen verdampfen würde, anstatt das umgebende Gas zu erwärmen. Dies deutet auf eine schwache Möglichkeit hin, dass unterschiedliche Schichten eine Rolle bei den Unterschieden im Leben spielen.

Zweitens, wenn es um das Mischen geht, ist es bekanntermaßen schwierig, das Mischen von Gas zu verhindern. Flüssigkeiten haben einen Meniskus, der die Atome und Moleküle in die Flüssigkeit zieht, was helfen kann, Flüssigkeitsschichten zu trennen. Hydrophobes Verhalten kann zu dieser Schichtung beitragen. Dies entspricht meinem Wissen über Gase nicht. Dieses Fehlen wirkt Schichtungseffekten innerhalb von Gasen entgegen, wie sie in Flüssigkeiten zu finden sind.