Absorption

Im Strahlungshaushalt der Atmosphäre versteht man unter Absorption die Aufnahme von Strahlung durch feste, flüssige oder gasförmige Materie. Die Moleküle der Materie werden durch die Absorption in stärkere Schwingung versetzt, d.h. sie werden erwärmt, und geben dadurch langwellige Wärmestrahlung ab. Wird z.B. kurzwellige Sonnenenergie von den Molekülen der Atmosphäre oder des Erdbodens aufgenommen, wird bei der Absorption kurzwellige in langwellige Strahlung umgewandelt. Beim Treibhauseffekt dagegen wird von den Molekülen der Treibhausgase langwellige Strahlung aufgenommen und als langwellige Strahlung wieder abgegeben.

Absorption durch die Atmosphäre

• Hauptartikel Treibhauseffekt

Die Absorption der Solarstrahlung in der Atmosphäre bewirkt, dass nur knapp ein Drittel der eintretenden Sonnenstrahlung den Erdboden erreicht, denn 20% werden von den Atmosphärengasen und 5% in den Wolken absorbiert. In den höchsten Atmosphärenschichten absorbieren Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle Gamma- und Röntgenstrahlung und die extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung bis zu Wellenlängen von ca. 0,2 Mikrometern, wodurch die starke Temperaturzunahme in der Thermosphäre verursacht wird. Am stärksten wirkt sich das in Höhen zwischen 20 und 50 km entstehende Ozon auf den kurzwelligen Strahlungsfluss aus, indem es die für das Leben auf der Erde gefährliche kurzwellige UV-Strahlung fast vollständig aus dem Energiespektrum der Sonnenstrahlung filtert. Durch diese Absorption wird die starke Erwärmung in der stratosphärischen Ozonschicht verursacht. Die restliche UV-Strahlung und die sichtbare Strahlung passieren fast ungehindert die Atmosphäre durch die sogenannten atmosphärischen Fenster. Im nahen infraroten Spektralbereich sind der Wasserdampf und das Kohlendioxid wirkungsvolle Absorber, während Sauerstoff und Ozonmoleküle sowie einige Spurengase hier vergleichsweise wenig absorbieren. Wasserdampf, Kohlendioxid und anthropogene Spurenstoffe absorbieren am stärksten im Bereich der infraroten terrestrischen Strahlung.

Absorption durch die Erdoberfläche

Die Strahlungsabsorption an der Erdoberfläche ist stark von ihrer Beschaffenheit abhängig. In Abhängigkeit von der möglichen Bandstruktur der Wellen können verschiedene Frequenzbereiche des Lichts absorbiert werden, d.h., je nach Farbe ist die Absorption unterschiedlich stark. Die anderen Frequenzanteile werden je nach Material und Einfallswinkel des Lichtes entweder reflektiert oder transmittiert. Wird beispielsweise eine gelb erscheinende Oberfläche mit weißem Licht bestrahlt, wird das grüne und rote Licht reflektiert/transmittiert und blaues Licht absorbiert. Bei der Absorption von Licht wird die aufgenommenen Energie nicht nur in Wärme umgewandelt, sondern kann durch andere Mechanismen wie Fluoreszenz sowie durch Streuung an Aerosolen verloren gehen.

Die Absorption ist frequenzabhängig. Die Ursache liegt in der Bandstruktur des Materials, bei dem Photonen bestimmter Energie Atome oder Moleküle angeregt werden, die Quantenübergänge mit genau dieser Energiedifferenz in der Elektronenhülle oder in ihren Molekülschwingungen (meist bei infrarotem Licht) besitzen.

Die Menge der auf dem Weg nicht absorbierten oder gestreuten Photonen hängt neben dem frequenzabhängigen Extinktionskoeffizienten auch von der Schichtdicke des Materials ab. Daher ist z. B. der Himmel im Gebirge dunkler und die Sonne heller.

Literatur

• P.-M. Geade (2008): GEO Themenlexikon: Wetter und Klima, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG

Weblinks

• Absorption (Begriffsdefinition; Wikipedia)
• Das elektromagnetische Spektrum (Welt der Physik, Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.)
• Wie funktioniert ein Treibhaus? (INFO-BOX: Transmission, Reflexion, Streuung und Absorption) (Welt der Physik, Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.)

Lizenzhinweis

Kontakt: Dieter Kasang