空気が成分で分離しないのはなぜ？

質問

４０代文系主婦です。中学生くらいからの疑問です。いつか誰かに聞こうと思って今日まで来ました。

空気はいろいろな成分（酸素や窒素など）でできていて、それぞれに重さがありますよね。

屋外では風などでかきまわされていますが、個室ではなぜ分離しないのでしょうか？

朝起きたら、部屋の酸素が下のほうにたまっていたなんてことはないですよね。それとも厳密には酸素濃度が濃い部分と薄い部分があるのでしょうか？

回答No.7

noname#212313

無風状態で長く経過すると、空気とて分離が起こります。低温だとさらに起きやすくなります。イギリスの事例だったと記憶していますが、犬を連れて入ると犬だけが死ぬ洞窟、というものが評判になったことがあります。調べてみると事実で、原因は（風評で流れていたオカルト的なものでなく）、二酸化炭素が地面近くに溜まったためでした。

　二酸化炭素はCO2、酸素はO2ですから、1分子当たりの質量は二酸化炭素のほうが重く、無風であれば平均的には二酸化炭素が酸素より沈んできます。上記の洞窟では、二酸化炭素濃度が犬の呼吸する高さでは高くなっていて、人が立って歩くときの鼻や口の高さではそうなっていなかったということです。

　地球の大気中でも、水素やヘリウムは上へと上がって行ってしまいます。水素やヘリウムは宇宙空間では最も多い物質で、大昔に地球が出来た頃には大気中にふんだんにあったはずです。しかし、軽いので上に上がり、さらに宇宙へ逃げて行ってしまったと考えられます。ですので、大気中には単体で利用できる水素やヘリウムは事実上ありません。

　しかし、酸素、窒素、二酸化炭素といった大気の主成分は普通は均等に混じり合っています。それは風があるからです。例えば石油ストーブを室内で使うと、二酸化炭素が出ます。その二酸化炭素が床近くに溜まることは普通はありません。石油ストーブは熱を出していますから、温まった空気は冷たい空気より軽いため、は上に向います。対流と呼ばれる現象です。

　屋外でも太陽に熱せられて、対流が大規模に起こっています（※熱い低緯度の地域の空気が上昇気流となり、上空で寒い高緯度地域へ向かい、高緯度地域で冷えた空気は地表近くで低緯度地域へ向かう、等）。

　対流以外にも空気の流れ、つまり風は至る所で起こっています。人が歩くだけでも空気はかき乱されます。上述の洞窟の場合、普段はほとんど人が通らないものでした。人や車が頻繁に行き来するトンネルなどですと、人や車が空気をかき乱し、かき混ぜるため、二酸化炭素が地面近くに溜まって犬だけが死ぬなんて現象は起こりません。

　要は、お考えのことは常に起こっているんですが、至る所に風があってかき混ぜられているため、普通は解消されてしまっているということです。

お礼

ありがとうございました。

犬の話、大変興味深く読ませていただきました。