4. Absorption und Streuung

Was bewirkt die Absorption von Licht?

Licht wird in Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen mehr oder weniger stark absorbiert. Absorption stellt eine Umwandlung der Energie des Lichts in andere Energieformen - meist in Wärme - dar. Absorption ist von der Wellenlänge abhängig. Satellitenbilder der Erde hängen in erster Linie von den Absorptionseigenschaften der beobachteten Objekte ab: der Verlauf und die Höhe der spektralen Absorption bestimmt die Farbe und Helligkeit der Erdoberfläche.

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Niau-Atoll, Französisch-Polynesien
Das Niau-Atoll, eines von ungefähr 80 Atollen, die den Tuamotu-Archipel in Französisch-Polynesien bilden.
Quelle: ESA

Das Meerwasser absorbiert gelbes und rotes Licht und erscheint daher blau. Die Insel ist wegen der blau und rot absorbierenden Vegetation grün. Die Lagune zeigt sich wegen des durchscheinenden bewachsenen Gewässerbodens türkisfarben, die Wolken und der Saum des Korallenriffs um die Insel sind weiß wegen ihrer sehr geringen Absorption bei allen soichtbaren Wellenlängen. Durch spektral selektive Absorption kommen die Farben zustande, in denen wir die Welt sehen.

 

Absorption kann Fluoreszenz und Phosphoreszenz erzeugen. Sie ruft auch chemische Reaktionen hervor wie zum Beispiel die Fotosynthese der Pflanzen, bei der das absorbierte Licht für die Produktion von Zucker und anderen organischen Stoffen genutzt wird. Weniger nützlich ist das Ausbleichen von Farben, wie in dem folgenden Bild zu sehen. Viele rote Farben bleichen im Sonnenlicht schnell aus. Rote Farben reflektieren den roten Anteil im Spektrum des Sonnenlichts und absorbieren Blau und Grün. Photonen sind im blauen und grünen Spektralbereich besonders energiereich und können daher Farbpigmente zerstören. Sehr schädlich ist auch der Sonnenbrand, der durch die noch energiereicheren Photonen der UV-Strahlung zustande kommt, die unsere Haut schädigen.

Ausgebleichtes Straßenschild
Insbesondere rote Farben bleichen oft im Sonnenlicht aus, was zu der Aufhellung des roten Rands dieses Straßenschilds geführt hat.

Viele Gase und Flüssigkeiten sind im sichtbaren Bereich kaum absorbierend und daher für das Auge durchsichtig. Hierzu gehört das flüssige Wasser und der Wasserdampf. Im nahen Ultraviolett und im Infrarot absorbiert Wasser jedoch sehr stark. Stickstoff und Sauerstoff, die Hauptbestandteile der Luft, sind auch im Ultraviolett und Infrarot transparent. Ozon (O3) in der Atmosphäre absorbiert im Ultraviolett und schützt uns vor der andernfalls sehr gefährlichen Sonnenstrahlung. Kohlendioxid (CO2) ist im Infrarot absorbierend, was eine der Ursachen des Treibhauseffekts der Atmosphäre ist.

In diesem Abschnitt ...

  • ... behandeln wir die physikalischen Prinzipien, die für die Absorption des Lichts gelten, und entwickeln Gleichungen, mit denen sie sich berechnen lässt
  • ... lernen wir, wie die Absorption gemessen wird, und wie wir ein Messgerät selbst bauen können
  • ... untersuchen wir, wie aus diesen Daten die Konzentration eines absorbierenden Stoffs bestimmt werden kann.