Atmospheric window

In onderstaande figuur is het absorptiespectrum van de aardse atmosfeer weergegeven. De vijf vloeiende lijnen zijn het spectrum van straling dat de aarde uitzendt bij resp. 220, 240, 260, 280 en 300 K. N.B.: op de horizontale as staat het golfgetal (wavenumber), niet de golflengte. Het golfgetal, n, wordt uitgedrukt in cycles per centimeter. Bij een golflengte van 10000 nm is het aantal cycles per centimeter:

n = (10^-2 [m]/[cm]) / (λ [nm] · 10^-9 [m]/[nm]) = (10^-2) / (10000 · 10^-9 ) = 1000 cm^-1

Bij een golflengte van 5000 nm (kortere golflengte, meer naar zichtbaar licht) is het golfgetal 2000 cm^-1.


Het in de figuur weergegeven spectrum is gegenereerd met klimaatmodel MODTRAN van de universiteit van Chicago. MODTRAN is een zgn. 'line-by-line' model, dat voor elke golflengte uitrekent hoeveel de aardse atmosfeer doorlaat. De blauwe modellijn geeft aan welke straling een waarnemer (met infrarood-spectrometer) 'ziet' op 70 km boven het aardoppervlak. De overige, vloeiende lijnen geven het emissiespectrum van de aarde weer bij verschillende gemiddelde oppervlaktetemperaturen. De in de figuur gepresenteerde 'model run' is gemaakt met de standaardinstellingen van het model, nl.: 400 ppm CO₂, 1,7 ppm CH₄, 28 ppb troposferisch O₃, geen wolken of regen etc.

In het absorptiespectrum van de aardse atmosfeer (de blauwe modellijn in de figuur) zorgen waterdamp, CO₂, O₃ en CH₄ voor een sterke absorptie. Van golfgetal 200 tot ca. 580 cm^-1 is de blauwe lijn sterk gekarteld. In dit gebied wordt voor sommige golflengtes een deel van de straling doorgelaten, terwijl voor andere golflengtes een groot deel van de straling wordt geabsorbeerd door de waterdamp aanwezig in de atmosfeer. Dat is te zien aan de relatief grote afstand tot de vloeiende oranje en rode lijnen, die respectievelijk het stralingspectrum bij 280 en 300 K weergeven (resp. 7 en 27 °C).

In het gebied van het absorptiespectrum met golfgetal 600 tot 1300 cm^-1 zijn twee gebieden waar straling ongehinderd kan ontsnappen: straling met een golfgetal 800-1000 cm^-1(golflengte van 12000 tot 10000 nm) wordt bijna ongehinderd doorgelaten door de aardse atmosfeer, en er is een wat kleiner 'window' bij golfgetal 1100-1300 cm^-1 (golflengte van 9100 to 7700 nm). Samen vormen deze twee gedeelten van het spectrum het zogenaamde atmospheric window. Links daarvan en tussen de twee gebieden in bevindt zich het golflengtebereik waar CO₂ (golfgetal 600-800 cm^-1) resp. ozon (rond golfgetal 1100 cm^-1) de warmtestraling absorbeert. In deze gebieden absorbeert de atmosfeer een groot deel van de door de aarde uitgezonden warmtestraling. Op de website^w van de universiteit van Chicago kan bekeken worden hoe het absorptiespectrum verandert als de CO₂-concentratie in de atmosfeer toeneemt.

Het toevoegen van stoffen aan de atmosfeer die juist in het gebied van de atmospheric window infraroodstraling absorberen heeft een relatief groot effect op de broeikaswerking van de atmosfeer. Eén zo'n gas is bijvoorbeeld SF₆, dat vrijkomt bij de fabricage van aluminium. Dit gas heeft dan ook een groot Global Warming Potential (GWP), net als sommige gehalogeneerde koolwaterstoffen.