Atmosphärenabsorption

Atmosphärenabsorption bezeichnet die Abschwächung elektromagnetischer Strahlung, die durch die Erdatmosphäre hindurchtritt, verursacht durch die Absorption von Licht durch Moleküle und Aerosole. Sie wirkt je nach Wellenlänge unterschiedlich stark und betrifft Bereiche von UV über sichtbares Licht bis hin zu Infrarotstrahlung. Die stärksten Absorptionsbereiche liegen bei UV und Infrarot, während bestimmte Wellenlängenbereiche der sogenannten Transparenzfenster weitgehend frei von Absorption bleiben.

Die Absorption wird durch die Moleküle der Erdatmosphäre verursacht, vor allem Ozon (O3) in der oberen Atmosphäre, Sauerstoff (O2), Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4). Die Moleküle absorbieren Photonen bei charakteristischen Frequenzen, die zu Absorptionslinien oder -bändern führen. Die Linien werden durch Temperatur, Druck und Kollisionsbreite (Pressure broadening) verbreitert.

Mathematisch lässt sich der Absorptionsgrad oft mit dem Beer-Lambert-Gesetz beschreiben: I = I0 exp(-τ), wobei der optische Tiefen τ die Summe der Beiträge der einzelnen Spezies ist und von der Weglänge (z. B. der Luftmasse) abhängt.

Bedeutung: In der Astronomie müssen Tellurabsorption und -transmission korrigiert werden; in der Fernerkundung und Klimaforschung fließen Absorptionsprozesse in die Bestimmung von Gasgehalten und Oberflächenparametern ein. Typische Absorptionsbanden umfassen O3 im UV, die A-Bande des O2 nahe 760 nm, H2O-Banden im nahen bis mittleren Infrarot sowie CO2- und CH4-Banden im IR.