Welche Arten von Wechselwirkungen treten auf? Wie wirken sie sich aus? - Absorption
Absorptionsvermögen von Kohlendioxid
Kein anderes der atmosphärischen Gase ist in der Öffentlichkeit besser bekannt, als CO2, wenn es um den Glashauseffekt geht. Das liegt daran, dass die enorme Zunahme des Moleküls in der Atmosphäre nachweislich durch fossile Brennstoffe verursacht wird.
Graphik 1: Anwachsen des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre im Verlauf der letzten 50 Jahre [Quelle: Petty, 2006]
CO2 weist zwei sehr starke Rotations- und Vibrationsbänder im IR-Bereich (bei 4,3 μm sowie bei 15 μm):
Graphik 2: Transmissionsgrad von Kohlendioxid in Abhängigkeit der Wellenzahl [Quelle: Petty, 2006]
Das 15 μm Band ist sehr wichtig für den langwelligen Strahlungstransfer in der Atmosphäre. Es befindet sich in der Nähe des Maximums im Planckschen Emissionsspektrum der auf der Erde vorherrschenden Temperaturen. Die Atmosphäre ist somit vollständig opak im Bereich von 14 bis 16 μm, so dass Sensoren in beispielsweise 800m Höhe kaum noch eine Thermalstahlung messen können.
Betrachtet man die Mitte dieses Bandes genauer, sieht die Struktur eher nach dem Vibrations- bzw. Rotationsband eines zweiatomigen Moleküls aus. Grund ist, dass CO2 als kontinuierlich vorkommendes Gas nur ein einziges Rotationsquantum hat, entsprechend einem zweiatomigen Molekül, wohingegen dreiatomige Moleküle, wie H2O, drei Rotationsarten aufweisen.
Die Transmission ist zudem abhängig von dem momentan in der Atmosphäre vorhandenen Luftdruck:
in Graphik a) ist die extreme Absorption von Kohlendioxid bei 15 μm dargestellt unter einem Atmosphärendruck von 1000mb. In b) und c) sieht man den Ausschnitt des Peaks vergrößert dargestellt - in b) unter gleichen Druckbedingungen und in c) bei einem Druck von 100mb.
Graphik 3: Transmissionsgrad von Kohlendioxid in Abhängigkeit der Wellenzahl für unterschiedliche Luftdruckverhältnisse [Quelle: Petty, 2006]
Bei geringerem Luftdruck wird also das Absorptionsvermögen von CO2 geschwächt.