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Lexikon der Geographie: Strahlung

Strahlung, der in Form von Strahlen erfolgende räumliche Ausbreitungsprozess elektromagnetischer Energie. Dieser kann als elektromagnetische Wellenstrahlung oder als Fluss schneller Teilchen, der sog. Teilchen- bzw. Korpuskular-strahlung betrachtet werden. Beide Betrachtungsformen sind zueinander komplementär. Max Planck hat 1900 in Form des Planck'schen Strahlungsgesetzes nachgewiesen, dass die Strahlung eines schwarzen Körpers nicht kontinuierlich, sondern in Form von Planck'schen Energie- oder Wirkungsquanten endlicher Größe erfolgt. Die Emission, aber auch die Absorption von Strahlungsenergie kann deshalb nur gequantelt erfolgen. Die Frequenz, mit der die Quanten emittiert bzw. absorbiert werden, kann aus der Wellenlänge bestimmt werden, weil generell gilt, dass das Produkt aus Wellenlänge und Frequenz gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlung ist. Da für elektromagnetische Energie die Ausbreitungsgeschwindigkeit generell rund 300.000 km/s beträgt, können Wellenlängen unmittelbar in Frequenzen umgerechnet werden. Andere Strahlungsgesetze beschreiben die Zusammenhänge zwischen der Temperatur eines Körpers und der von ihm ausgesandten Strahlungsleistung bzw. Wellenlänge. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Strahlung eines schwarzen Körpers, der die gesamte auf ihn fallende Strahlung absorbiert und dessen Strahlungsemission nur von seiner Temperatur, nicht aber von seinen materiellen Eigenschaften abhängt. Bei allen Körpern ist nach dem Kirchhoff'schen Gesetz bei gegebener Temperatur das Verhältnis von Emissions- und Absorptionsvermögen für alle beliebigen Wellenlängen konstant und entspricht exakt dem Emissionsvermögen eines schwarzen Körpers bei gleicher Temperatur und Wellenlänge. Mithilfe des Planck'schen Strahlungsgesetzes kann die Energie bestimmt werden, die ein schwarzer Körper, der Strahlung jeder Wellenlänge vollständig absorbiert, pro Zeit-, Flächen-, Raumwinkel- und Wellenlängeneinheit in Normalrichtung ausstrahlt. Aus dem Planck'schen Strahlungsgesetz kann außerdem das Stefan-Boltzmann-Gesetz abgeleitet werden. Dieses besagt, dass die Gesamtstrahlung eines schwarzen Körpers proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur des Schwarzkörpers ist.
Nach den auftretenden Wellenlängen bzw. Frequenzen lassen sich verschiedene Arten der Strahlung unterscheiden. Die kurzwelligste elektromagnetische Strahlung ist die kosmische Strahlung. Bei dieser sind die Wellenlängen kleiner als 10 -15 m. Sehr langwellige elektromagnetische Strahlung tritt in Verbindung mit Radiowellen auf. Die auftretenden Wellenlängen sind größer als 10 2 m. Generell nimmt die Energiedichte und damit auch die Arbeitsfähigkeit einer Strahlung mit zunehmender Wellenlänge ab. Die extrem kurzwellige kosmische Strahlung, Röntgen- und UV-Strahlung ist demzufolge äußerst energiereich. Erst die Absorption dieser Strahlung durch die atmosphärischen Gase hat Leben auf der Erde ermöglicht. Der für die Klimaprozesse bedeutsame Wellenlängenbereich liegt zwischen 0,2 und 100 μm. Dieser enthält die sich überschneidenden elektromagnetischen Strahlungsspektren der Sonnenstrahlung mit Wellenlängen ≤5 μm und der terrestrischen Strahlung mit Wellenlängen >5 μm.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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