Welche Arten von Wechselwirkungen treten auf? Wie wirken sie sich aus?
Die folgende Graphik stellt die Transmissionseigenschaften einiger atmosphärischen Gase als Funktion über den Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht bis zu Mikrowellen dar. Es gilt der Grundsatz, dass die Gesamtdurchlässigkeit das Produkt der einzelnen Transmissionsgrade der Gase ergibt. Das bedeutet also: Sobald ein Gas in einem bestimmten Wellenlängenbereich zu 100% absorbiert (Transmissionsgrad = 0 ), ist die Atmosphäre in diesem Bereich komplett opak, egal ob andere Bestandteile diese Wellenlängen absorbieren oder nicht.
Für diese Graphik gilt: Transmissionsgrad + Absorptionsgrad = 1.
Streuungsanteile werden vernachlässigt.
Graphik 1: Überblick über das Transmissionsspektrum der Atmosphäre für (von oben) CO, N2O, CH4, O2, O3, CO2, H2O und für die Summe aller Bestandteile in Abhängigkeit der Wellenlänge [Quelle: Petty, 2006]
Um UV-Bereich ist die Atmosphäre komplett undurchlässig. Ozon greift dort am stärksten in den Strahlungsfluss ein. Es absorbiert alle Wellenlängen kleiner als 0,3 μm zu 100%. Somit wird die gefährliche kurzwellige Strahlung des UV-C und z.T. UV-B Bereichs von der Erdoberfläche ferngehalten.
Im sichtbaren Wellenlängenbereich 0,4 μm bis 0,7 μm absorbieren dagegen die Gase (O2, O3) nur sehr gering.
Das nahe IR bis 3 μm schwankt stark zwischen komplett durchlässig und komplett opak. Dafür sind H2O, CO2, CH4 und N2O verantwortlich.
Wie schon erwähnt, ist Wasserdampf ein sehr variierendes Gas. Die Graphik veranschaulicht die Transmissionsgrade in den mittleren Breiten zur Sommerzeit. In kühleren und trockneren Gebieten wäre also die Menge an H2O deutlich geringer und somit auch der Absorptionsgrad.
Im thermalen IR bis 50 μm liegen die breiten Absorptionsbanden von CO2, H2O und Ozon. Annähernd durchlässig ist die Atmosphäre nur für die Wellenlängen zwischen 8 μm und 13 μm. Ab dem fernen IR ist die Atmosphäre fast komplett opak.
Alles in allem dominieren die Absorpitionseigenschaften von Wasserdampf.
Die Wellenlängenbereiche, in denen die Atmosphäre größtenteils durchlässig ist, nennt man atmosphärische Fenster. Diese sind für die Fernerkundung von großer Bedeutung, da die elektromagnetische Strahlung nur gering abgeschwächt wird.