Absorption

Engl. (atmospheric) absorption, franz. absorption; in der Physik die Abschwächung einer Teilchen- oder Wellenstrahlung beim Eindringen in Materie. Bei dieser Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie werden Photonen von Molekülen, Atomhüllen oder Kernen abgefangen. Die Energie der absorbierten Strahlung wird dabei in andere Formen, z.B. in Wärme, umgewandelt. Bei der Absorption von Licht gehen die Moleküle der durchstrahlten Materie zum Teil in angeregte Energiezustände über. Dabei werden, abhängig vom Material, stets nur bestimmte Wellenlängen absorbiert.

DIN 18716 formuliert: Die "Umwandlung von Strahlungsenergie in eine andere Energieform bei Wechselwirkung mit Materie" und macht die Anmerkung: "Aus Energieerhaltungsgründen ist Reflexionsgrad, Transmissionsgrad und Absorptionsgrad zusammen 1,0".

Flüssigkeiten und Festkörper absorbieren die Strahlung in großen Wellenlängenbereichen. Gase können im Gegensatz dazu nur in bestimmten, charakteristischen Wellenlängen absorbieren (Absorptionslinien und Absorptionsbanden).

Das absorbierende Medium kann seinerseits Strahlung aussenden, aber erst nachdem eine Energieumwandlung stattgefunden hat und meist in einer anderen Richtung. Durch diesen Prozess verliert die Strahlung an Intensität.

Absorption geschieht zum Beispiel in der Erdatmosphäre (atmosphärische Extinktion), in Hüllen um Sterne (bei Protosternen und bestimmten Typen von entwickelten Sternen mit starker Staubproduktion) und durch Gas- und Molekülwolken im interstellaren (interstellare Extinktion) oder intergalaktischen Raum (Entstehung des Lyman-Alpha Waldes). Auch kältere, äussere Schichten von Sternen, insbesondere der Sonne absorbieren Photonen aus tieferen und heisseren Schichten, wodurch das charakteristische stellare Absorbtionslinienspektrum entsteht.

In der Fernerkundung bezieht sich der Begriff Absorption auf das Aufnehmen von elektromagnetischer Energie durch Material der Atmosphäre oder der Oberfläche. Die atmosphärischen Gase absorbieren selektiv in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Wegen der Absorption erreicht Strahlung die Erdoberfläche nicht oder nur in erheblich reduziertem Maße. Die Spektralbereiche, die ungehindert die Atmosphäre durchdringen, werden atmosphärische Fenster genannt. Diese Wellenlängenbereiche werden in der Fernerkundung verwendet.

Die Absorption wirkt als Störgröße. Allerdings sind bei der Auswertung von Fernerkundungsdaten für atmosphärische Fragen gerade diese Absorptionsprozesse entscheidend.

Grafik zur atmosphärische Absorption der einfallenden kurzwelligen und der ausgehenden langwelligen Strahlung

Weiße Flächen kennzeichnen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, die von der Atmosphäre nicht beeinflusst werden (geringe Absorption) und in denen die Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erreichen und die terrestrische Strahlung in den Weltraum entweichen kann.

Beachten Sie, dass das sichtbare Lichtspektrum und das infrarote atmosphärische Fenster in dieser Hinsicht hervorstechen. Beachten Sie auch die herausragende Rolle, die Wasserdampf bei der Absorption der langwelligen Strahlung der Erde spielt.

Atmosphärische Absorption der einfallenden kurzwelligen (links) und der ausgehenden langwelligen (rechts) Strahlung Gesamte atmosphärische Absorption in der untersten Zeile angegeben Quelle: Satellite Applications for Geoscience Education

Der Strahlungsumsatz an der Erdoberfläche ist ebenfalls gekennzeichnet durch spezifische, stofflich bestimmte Absorptionsprozesse, die z.T. durch sehr schmalbandige Absorptionsbanden bestimmt sein können. Die Variation der Absorptionszusammenhänge/-muster hilft, zwischen verschiedenen Materialien zu unterscheiden.