空氣不分層的最大原因，在於分子的熱運動，對流反而是很小的因素。
何況單純的對流，也不足以解釋空氣為何混合得如此均勻。
為了方便計算，我們假設一份特殊的空氣中，排出了其它的氣體，只剩下氧氣和氮氣。
也即，閹割後的空氣成分為：氧氮比為7：26的混合氣體。
對於地表1立方米的閹割空氣，理論上，更重的氧氣會因為重力而下沉，氮氣會上升。
這也是題主理所當然，認為空氣會分層的原因。
完全混合的1立方米氮氧分開，氮氣的勢能增加為：
分開後，氮氣厚度為：
即，0.61m，氮氣密度1.25g/L，求得：
雖然氧氣和氮氣混合，整體上是自發熵增的。
但主要熵增在氧氣上，對於氮氣來說，它的勢能增加，是一個熵減的過程。
混合後，氮氣的熵減為：
等常溫狀態下，氮氣的能量變化：
氮氣完全分層獲的重力勢能，遠遠低於氮氧混合自發熵增時，氮氣損失的能量。
由於常規氣體之間的密度差異相對不大，勢能都遠低於自發熵變。
所以，我們可以得出這樣的通論：
常規氣體，常溫常壓下，哪怕不受對流的影響，各成分也基本不會分離。
- 當然，隨著氣體密度的升高，達到一定地步之後，分成就會逐漸明顯。高緻密性又不液化，通常需要高溫高壓。
想要透過降溫又不液化，物理分離氣體幾乎不可能。
空氣分子的這個狀態，其實也可以用吉布斯自由能進行解釋。
對於不受重力影響的氮氧混合氣體，它們會隨著分子熱運動，不斷混合，最後達到均勻的地步。
這實際就是熵增的方向，分子秩序從有序變成無序而混亂。
空氣狀態，可以用吉布斯自由能表達：
G = H − TS
H為焓，S為熵。
焓的定義是內能+理想氣體狀態方程，即，H=U+PV
空氣成分下沉過程中，發生焓變和熵變。
ΔG = ΔH − TΔS
在地球上大氣並非一個孤立系統，自身的溫度總是和地球保持一致，可以認為是一個等溫過程。根據理想氣體方程：PV=nRT，恆溫時，PV不變。
那麼對於我們的空氣來說，可以簡化成：ΔG =ΔU − TΔS
由於空氣重力勢能，遠遠低於分子之間的熱量變化，ΔG無限接近− TΔS。
所以，空氣的分子狀態，總是無限接近自發熵增的完全混合狀態。
其實，哪怕不考慮自發熵增，氮氧也是不可能完全混合的。
假設混合的氮氧氣體完全分開，氧氣全部處於最下層，氮氣處於最上層。
那麼，重力勢能的變化為：
查證標準大氣壓氧氣密度1.43g/L，氮氣密度1.25g/L。
計算得：
這是一個負值，說明氧氣完全下降的總重力勢能降低，小於氮氣上升時的重力勢能增加。
那麼，氮氧中間必然有一部分處於混合狀態。
我們假設，靜置後的氣體從上到下，分成三部分：
氮氣、均勻混合氣體、氧氣。
那麼，可以求得：
氮氣厚度約為：0.42m
均勻混合氣體厚度約為：0.45m
氧氣厚度約為：0.13m
也就是說，哪怕完全不考慮自發熵增，靜止的空氣，也至少有50%左右的成分處於混合狀態。
總的來說，大氣不分層的最根本原因，還是各成分的密度太低，分子熱運動又太高了……
