La temperatura no es más que una forma de cuantificar la velocidad media a la que se mueven las moléculas. La energía del movimiento molecular (energía cinética) está relacionada con la velocidad media, y por lo tanto las cosas que son más calientes tendrán más energía cinética.
Hay dos cosas que son relevantes en esta situación. La primera es la conservación de la energía., Moverse hacia arriba en la atmósfera hará que la molécula gane energía potencial proporcional a la altura que se ha movido, pero esta energía tiene que venir de algún lugar, que es que la molécula pierde energía cinética (y por lo tanto velocidad, y por lo tanto se vuelve más fría).
el segundo proceso que es relevante aquí es la difusión del gas. En ausencia de un contenedor, cada molécula de gas se moverá esencialmente independiente de las otras y con el tiempo ocupará volúmenes cada vez mayores. Esta es la razón por la que puede sentir el calor incluso a una buena distancia de una estufa.,
entonces, ahora, a la luz de estas dos consideraciones, el aire muy frío no sería capaz de hacerlo tan alto, pero al mismo tiempo, se difundiría más lentamente (el movimiento de todas las moléculas sigue siendo efectivamente aleatorio, pero más lento dada la temperatura más baja). El aire ligeramente más caliente se difundiría un poco más rápidamente, pero las moléculas también podrían ir a una mayor altura.
por lo tanto, dado que el aire más frío no sería capaz de hacerlo tan alto y sería más denso, se hundiría más rápido.,
algo que no he mencionado aquí es que las moléculas en el aire frío son perfectamente capaces de intercambiar energía con su entorno y volverse más cálidas, sin embargo, esto no cambiaría la respuesta ya que el aire más cálido (pero aún más frío que la temperatura ambiente) también estaría ganando energía del entorno.