Gasstrahlung

Gasstrahlung bezeichnet die Wärmestrahlung von Gasen. Gase reflektieren, absorbieren und emittieren elektromagnetischen Strahlung, wie sichtbares Licht, nicht so wie gewöhnliche Oberflächen. Bei Gasen sind diese Effekte abhängig von der Wellenlänge der Strahlung. Vereinfachend wird der Einfluss von Gasen zwischen zwei im Strahlungsaustausch stehenden Körpern fast immer vernachlässigt.

Prinzip

Gase reflektieren, absorbieren und emittieren Wärmestrahlung abhängig von deren Wellenlänge. Jedes Gas hat eine spezifisches „Strahlungsband“ in dem es reflektiert, absorbiert oder emittiert. Ein Gas kann nicht als grauer Strahler angesehen werden. Aus diesem Grund kann für ein Gas auch kein gemittelter Emissionsgrad angegeben werden.

Wenn α(λ) den Absorptionsgrad, τ(λ) den Transmissionsgrad und ρ(λ) den Reflexionsgrad bezeichnet, dann gilt

α(λ)+τ(λ)+ρ(λ)=1

Ohne Reflexion, also ρ(λ)=0, folgt daraus

α(λ)+τ(λ)=1.

Betrachtung verschiedener Gase

Das Strahlungsband der Gase Wasserdampf (H₂O) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) liegt genau indem für den Treibhauseffekt relevanten Bereich der infraroten Strahlung mit Wellenlängen größer 1 µm. Somit tragen diese beiden Gase wesentlich zur Erwärmung der Erdatmosphäre bei, da sie die Strahlung nicht ungehindert in den Weltraum entlassen.

Das Strahlungsverhalten von Luft ist nicht trivial zu bestimmen. Luft besteht im Wesentlichen aus den vier Gasen Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂), H₂O und CO₂. Somit setzt sich das Strahlungsverhalten von Luft aus diesen vier Gasen zusammen. Stickstoff und Sauerstoff beeinflussen das Strahlungsband von Luft trotz ihres großen Anteils kaum, denn aufgrund der Molekülsymmetrie sind sie nicht IR-aktiv, das heißt, sie absorbieren keine Infrarotstrahlung. Letztendlich besitzt Luft somit ein Strahlungsband, welches sich hauptsächlich aus einer Kombination von CO₂ und H₂O zusammen setzt (siehe auch Treibhausgas).

Gerade in der Nacht spielt die Gasstrahlung eine wesentliche Rolle für die Abkühlung der Erdoberfläche. Da in der Nacht keine Sonnenbestrahlung stattfindet, kühlt der Erdboden durch Wärmeabstrahlung in den Nachthimmel ab. Allerdings wird diese Abkühlung durch die atmosphärische Gegenstrahlung um einen gewissen Betrag abgemindert. Aufgrund der Gasstrahlung sendet die Luftschicht, die sich über der Erdoberfläche befindet, Wärmestrahlung entgegen der gewöhnlichen Abstrahlungsrichtung wieder zurück, deshalb wird sie auch Gegenstrahlung genannt. So kühlt der Boden in einer Nacht nicht allzu sehr aus. Trotzdem ist diese Abkühlung spürbar.

Literatur

• Heinz Herwig: Wärmeübertragung-Physikalische Grundlagen. Vieweg+Teubner Verlag, Hamburg 2006, ISBN 3-8348-0755-9.