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Lexikon der Geowissenschaften: Streuung

Streuung, Umlenkung und teilweise auch Aufsplitterung elektromagnetischer Strahlung an Materieteilchen ohne Veränderung der Energieform. Für die Fernerkundung oder Klimatologie sind die in der Atmosphäre ablaufenden Streuungsvorgänge von Bedeutung, da sie teilweise die Abschwächung der Strahlung beim Passieren der Atmosphäre bewirkt. Sie bildet daher auch einen Bestandteil des spektralen Extinktionskoeffizienten. In der Atmosphäre erfolgt sowohl bei Teilen der Ein- als auch der Ausstrahlung eine Veränderung der ursprünglichen Strahlungsrichtung an den Luftbestandteilen (Gase, Aerosole usw.). Zu unterscheiden sind dabei die selektiven Streuungsvorgänge: a) Rayleigh-Streuung (nach Lord Rayleigh, 1842-1919), die besonders Strahlung mit kurzen Wellenlängen (UV, blaues Licht) betrifft und an Molekülen mit einem Radius kleiner als die Wellenlänge der Strahlung erfolgt. Dabei handelt es sich u.a. um Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid. b) Mie-Streuung (nach Gustav Mie, 1868-1957): Sie beeinflußt vor allem den sichtbaren Spektralbereich und wird von größeren Wassermolekülen und Aerosolpartikeln mit einem Radius, der der Größenordnung der jeweiligen Wellenlänge entspricht, verursacht.

Nicht-selektive Streuungsvorgänge werden dagegen durch Luftbestandteile mit einem Durchmesser, der die jeweiligen Wellenlängen erheblich überschreitet (z.B. Dunst, Wolken, Nebel), hervorgerufen. Durch sie werden alle Wellenlängen gleichmäßig gestreut.

Bei seismischen Wellen wird Streuung durch die Wechselwirkung seismischer Wellen mit kleinräumigen, inhomogenen Zonen verursacht, in denen die elastischen Konstanten und die Dichte von den Werten in der Umgebung abweichen. Dadurch entsteht aus einem ursprünglich von der seismischen Quelle abgestrahlten Einzelimpuls eine Folge von vielen Einzelimpulsen, die durch Reflektion, Brechung, Konversionen und Beugung an den inhomogenen Strukturen entstanden sind. Diese Streuphasen erscheinen in Seismogrammen als Codawellen, die den seismischen Hauptphasen, wie z.B. der P- oder S-Welle, folgen. Codawellen haben häufig ein sehr komplexes Muster, so daß einzelne Phasen nicht ohne weiteres bestimmten Laufwegen zugeordnet werden können. Die seismische Energie in den Hauptphasen wird durch Streuung zu gunsten der Codawellen reduziert. Die scheinbare Dämpfung seismischer Wellen durch Streuung wird als Streudämpfung bezeichnet. Sie wird, wie die Dämpfung durch anelastische Absorption, durch einen Q-Faktor (Qst) charakterisiert. Ein wesentlicher Unterschied zur anelastischen Absorption besteht darin, daß Qst kein Maß für den Energieverlust einer harmonischen Welle über die Periode der Schwingung darstellt, sondern vielmehr ein Maß für die Umverteilung seismischer Energie von den Hauptphasen auf Streuphasen ist. Die Werte von Qst sind stark frequenzabhängig.

In der Ozeanographie versteht man unter Streuung oder Dispersion die Abschwächung des Lichts im Meerwasser durch Beugung an Partikeln und Brechung (Refraktion) und Reflexion im Inneren und an den äußeren Grenzflächen von Partikeln. Neben Partikeln können auch Dichteinhomogenitäten Streuung bewirken. Auch andere Wellen im Meer wie Seegang und Schallwellen unterliegen der Streuung.

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