Partikel und Sichtweite

Partikel und Sichtweite

Schlechte Sicht ist ein typisches Zeichen für Luftverschmutzung. Unter der Sichtweite verstehen wir die größte Distanz, über die ein Beobachter ein großes schwarzes Objekt am Horizont noch gegen den Himmel sehen kann. Verschiedene Faktoren nehmen Einfluss darauf, wie weit wir durch die Luft schauen können: Atmosphärische Eigenschaften, die Helligkeit des Himmels und des beobachteten Objekts, Eigenschaften des menschlichen Auges und die psychologische Wahrnehmung des Beobachters. Wir konzentrieren uns auf die atmosphärischen Faktoren, die die Sichtweite beeinflussen.

Licht in der Atmosphäre

Licht ist eine Art von Energie, die sich in Wellen fortbewegt. Als Wellenlänge bezeichnen wir die Distanz zwischen zwei Wellenbergen (grüner Pfeil in Abbildung 1). Das Licht von der Sonne erscheint weiß. In Realität jedoch ist es aus mehreren Farben zusammengesetzt, wie wir sie in einem Prisma oder einem Regenbogen sehen können. Die Farben haben verschiedene Wellenlängen, Frequenzen und Energien. Violett hat die kürzeste Wellenlänge im sichtbaren Spektrum, während rot die längste hat.

1. Licht ist eine elektromagnetische Welle.
Bild: J. Gourdeau

Licht pflanzt sich geradlinig fort, solange es nicht gestört wird. Im Weltraum würde das Licht von einer Taschenlampe nur von jemand gesehen werden, der sich direkt im Lichtweg befindet. Dies ist nicht so in unserer Atmosphäre: Hier breitet sich das Licht auch geradlinig aus, stößt aber ständig auf Partikel oder Gasmoleküle. Was dabei mit dem Licht geschieht, hängt von der Wellenlänge des Lichtes und von der Größe der Teilchen ab, auf die es trifft.

Gasmoleküle und kleine atmosphärische Partikel sind kleiner, als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Wenn das Licht auf ein Gasmolekül trifft, absorbiert das Molekül und streut oder reemittiert das Licht in verschiedene Richtungen. Darum können wir in der Nacht den Strahl einer Taschenlampe oder die Laserstrahlen einer Diskothek sehen, obwohl wir nicht direkt im Lichtstrahl stehen.

Die verschiedenen Farben des Lichtes sind in verschiedener Weise betroffen. Die Streuung, die wir als Rayleigh-Streuung bezeichnen, ist bei kürzeren Wellenlängen stärker. Das bedeutet, dass blaues oder violettes Licht stärker gestreut wird. Aus diesem Grund ist auch der Himmel blau. Die Streuung des blauen Anteils des Sonnenlichtes ist stärker und erreicht verstärkt unser Auge.

2. Das Licht wird durch Partikel oder Moleküle gestreut.
Autor: J. Gourdeau.

Streuung des Lichtes durch Partikel

Die Sichtweite in der Luft ist beschränkt, da sich Partikel zwischen dem Beobachter und dem Objekt befinden, die Licht von der Sonne streuen oder absorbieren. Die Lichtstreuung ist der Hauptgrund für die Beeinträchtigung der Sichtweite, wenngleich Licht auch absorbiert werden kann: Elementarer Kohlenstoff in Ruß zum Beispiel oder Stickstoffdioxid (NO2) sind sehr effektiv darin, Licht zu absorbieren.

3. Die Partikelkonzentration ist sehr niedrig: Die Sichtweite beträgt etwa 250 km. Quelle: Glacier National Park

4. Hier beträgt die Sichtweite unter 70 km, da die Luft  verschmutzt ist. Quelle: Glacier National Park

Stellen wir uns vor, die Atmosphäre wäre völlig frei von Partikeln: Auf Höhe des Meeresspiegels betrüge die Sichtweite theoretisch 300 km und auf der Spitze des Mont Blanc sogar 500 km.

Die Größe, Konzentration und chemischen Eigenschaften der Partikel beeinflussen die Sichtweite. Je feiner die Partikel sind (insbesondere solche zwischen 0,1 und 1 µm), desto effektiver reduzieren sie die Fernsicht. Diese kleinen Partikel haben ihre Quellen zumeist in menschlicher Aktivität. In Los Angeles fand man zu Zeiten starker Verschmutzung Sichtweiten um 8 km, an Stelle von 90 km, die an klaren Tagen möglich sind.

Die Luftfeuchte kann den Effekt der Verschmutzung deutlich verstärken. Denn wasserlösliche Substanzen im trockenen Aerosol können durch Anlagerung von Wasser die Partikel auf das siebenfache ihres Trockenradius anwachsen lassen. Hierdurch steigt die Effizienz in der Streuung gewaltig und damit die Beeinträchtigung der Sichtweite.

Die Wahrnehmung der Menschen

Ein Anstieg der Menge feiner Partikel in der Atmosphäre ist verbunden mit einer Reduktion der Sichtweite. Wir betrachten dies als einen Indikator für die Luftqualität. Was wir jedoch als Beeinträchtigung der Sichtweite wahrnehmen, hängt auch von der Umgebung ab, in der wir uns befinden. Die Menschen nehmen eine Verschmutzung in der Wildnis weniger leicht in Kauf, als sie dies in einer städtischen Umgebung tun. In einer Wahrnehmungsstudie, die man in einer Stadt durchführte, wurde eine Sichtweite von etwa 50 km als akzeptabel eingestuft.

5. Schlechte Sicht in einer Industrieregion. Quelle: freefoto.com

Last modified: Tuesday, 18 September 2018, 11:49 PM