¿A dónde va el helio cuando un globo se desinfla?
Esta pregunta me llevó a profundizar en una pregunta que me ha estado molestando durante años y que es así como la atmósfera no se separa en capas de diferentes gases con las moléculas flotantes cerca de la superficie y las más livianas cerca de la parte superior. Finalmente encontré una discusión coherente sobre este tema exacto aquí en las páginas 6, 7, 8:
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Armado con este conocimiento, puedo responder a su pregunta.
Cuando el helio se escapa de un globo, se mezcla con las moléculas de aire circundantes (que es una mezcla de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, argón y algunas otras moléculas, así como algunos átomos de helio). Todos sabemos que el helio es más ligero que el aire y, por lo tanto, de alguna manera esperamos que todos los átomos de helio floten en la parte superior de la atmósfera. Pero eso no es lo que pasa. Todos los movimientos de aire aquí abajo constantemente agitan el aire y lo mezclan. Toda esa turbulencia domina por completo el ligero sesgo debido a la gravedad que tenderá a hacer que el aire se separe en capas según el peso molecular. La gravedad nunca tiene la oportunidad de hacer que los átomos de helio se muevan hacia arriba antes de que alguna corriente de aire lo lleve de regreso hacia abajo (o hacia arriba). El punto es que la atmósfera permanece bien mezclada.
Lo importante es la longitud del camino libre medio entre colisiones entre moléculas y la escala en la que se produce la mezcla turbulenta. Abajo cerca de la superficie de la tierra, el camino libre medio es muy pequeño y las turbulentas escalas de mezcla son muy grandes. Es solo por encima de una altitud de aproximadamente 80 km que los roles se invierten. Allá arriba, cerca de los bordes exteriores de la atmósfera, donde el aire es increíblemente delgado, casi un vacío, el camino libre medio es lo suficientemente grande como para obtener una estratificación basada en el peso molecular. La mezcla turbulenta no es lo suficientemente fuerte como para evitarlo. Entonces, la parte más alta de la atmósfera es principalmente hidrógeno, la molécula más ligera. Y algo de Helio, que es la segunda “molécula” más ligera (es una molécula monoatómica, que podría considerarse un oxímoron). El helio, al ser un gas noble, no forma moléculas. Sigue siendo un átomo.
En escalas de tiempo muy largas, y esto es una suposición total, de siglos, las moléculas de helio liberadas por su globo podrían llegar a la cima de la atmósfera. Puede ser milenios, miles de años, realmente no lo sé. Estoy seguro de que el tiempo para difundir 80 km a pesar de la turbulenta mezcla aquí será increíblemente largo.
Para que su Helium no se acerque a la cima de la atmósfera y se pierda. En su mayor parte, se queda como parte del aire aquí abajo.
