Absorptionsbanden(spektrum)

Spezielle Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums, in denen die Strahlungsenergie, z. B. der Sonne, durch spezifische stofflich-substantielle Eigenschaften von in der Atmosphäre enthaltenen Gasen wie Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Ozon, Methan u. w. selektiv absorbiert wird. Im Bereich dieser Wellenlängenintervalle ist daher die Atmosphäre für Strahlung gar nicht oder nur schwach durchlässig. Das ursprünglich kontinuierliche Spektrum der Strahlungsquelle kommt beim Empfänger nun mit dunklen Lücken, den so genannten Absorptionsbanden an. Außerhalb der Absorptionsbanden kann die solare und die terrestrische Strahlung im Bereich der atmosphärischen Fenster fast ungehindert die Erdatmosphäre passieren.

Die folgende Abbildung zeigt die Absorptionsbanden in der Erdatmosphäre (mittleres Feld) und die Auswirkungen, die dies auf die Sonnenstrahlung und die aufsteigende Wärmestrahlung (oberes Feld) hat. Die einzelnen Absorptionsspektren der wichtigsten Treibhausgase sowie die Rayleigh-Streuung sind im unteren Feld dargestellt.

Absorptionsbanden in der Erdatmosphäre, entstanden durch Treibhausgase Quelle: Wikipedia (engl.)

Wichtige Absorptionsbanden in der Atmosphäre sind vor allem die 6,3 µm-Wasserdampfbande, die 15 µm- und 4,3 µm-Kohlendioxidbanden sowie die 9,6 µm-Ozonbande, welche in Infrarotspektren deutlich hervortreten (Strahlungsabsorption). Die Absorptionsbanden anderer Spurengase sind in der Atmosphäre deutlich schwächer wegen deren geringerer Konzentration (z.B. Methan, Distickstoffoxid). Da die Linien in Absorptionsbanden relativ nahe beieinander liegen, können diese in Spektren nur bei entsprechend hoher spektraler Auflösung getrennt werden.

Eine besondere Bedeutung haben die Absorptionsbanden für die Meteorologie und die Luftchemie. Die Atmosphäre der Erde, die Luft, ist ein Gasgemisch, in dem Substanzen mit den verschiedensten Absorptionseigenschaften vorkommen, weshalb die von der Sonne ausgesandte Strahlung an der Erdoberfläche nicht vollständig ankommt, sondern immer nur bestimmte Wellenlängenintervalle, die nicht auf ihrem Weg durch die Atmosphäre von den verschiedenen Gasmolekülen der Luft absorbiert worden sind. Für diese Wellenlängenbereiche ist die Atmosphäre also durchlässig, weshalb man hier auch von einem so genannten "Atmosphärischen Fenster" spricht.

Insbesondere für die Detektierung von Gesteinen und Mineralen eignen sich sehr schmalbandige Absorptionsbanden im Bereich des SWIR. Neben den Anwendungen in der Geologie ist vor allem die Absorption von Chlorophyll hervorzuheben.