Luftverschmutzung und ihre Auswirkungen auf Sichtweite & Lichtstreuung

Laut der U.S. Environmental Protection Agency entsteht Luftverschmutzung, wenn winzige Partikel aus Sulfaten, Ruß, Staub und organischem Kohlenstoff in der Luft absetzen. Wenn Sonnenlicht seinen Weg durch die Atmosphäre macht, können winzige Partikel eingehende Lichtstrahlen streuen, was zu einer reduzierten Sichtweite führt. Die Größe und Zusammensetzung der Partikel bestimmen die auftretenden Lichtstreuungseffekte.

Sichtweite

Der Begriff „Dunst“ oder „Smog“ bezieht sich auf die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Sichtweite in der Atmosphäre. Laut der Encyclopedia of Earth entsteht Dunst, wenn große Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen und organischen Verbindungen mit Sonnenlicht kombiniert werden. Er ist am deutlichsten über Städten, obwohl Windströmungen Smog auch in ländliche Gebiete transportieren können. Die in Dunst enthaltenen Partikel erscheinen in unterschiedlichen Größen, einige so klein oder kleiner als die Lichtwellen selbst. Lichtstreuungseffekte treten auf, wenn Lichtwellen auf Partikel von kleinerer oder vergleichbarer Größe treffen.

Laut Windows to the Universe können Luftverschmutzungspartikel auch die Sichtweite beeinflussen, indem sie Niederschlagsmuster in der Atmosphäre verändern. Kleinere Partikel wie organische Kohlenstoffe ziehen Wasserdampf an und halten Wassermoleküle fest, während andere Partikel wie Staub diese Moleküle schließlich in Form von Regen abgeben. Dies kann zu geringeren Niederschlagsmengen führen, was vorhandene Partikelmaterialien in der Atmosphäre zurücklässt. In der Tat reduzieren mehr Partikel in der Atmosphäre die Sichtweite.

Rayleigh-Effekt

Laut der Encyclopedia of Earth können die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Lichtbewegung die horizontale Sichtweite verändern und das sogenannte Rayleigh-Phänomen erzeugen. Dies tritt auf, wenn die Lichtpartikel, die Lichtwellen bilden, mit kleineren Partikeln in Kontakt kommen. Da Sonnenlicht unterschiedliche Wellenlängengrößen und Farben hat, bestimmt die Größe einer bestimmten Wellenlänge, wie sie mit verschiedenen Partikelgrößen interagiert. Wenn Sonnenlicht auf kleinere Partikel trifft, kann die Sichtweite auf 80 bis 160 Meilen begrenzt sein, abhängig von Wellenlänge und Partikelgrößen. Der Rayleigh-Effekt führt zu einer Verringerung der Lichtmenge, die ein Objekt abstrahlt, was wiederum seine Sichtweite reduziert.

Mie-Streuungseffekt

Die Partikelmaterialien in der Luftverschmutzung können einfallende Lichtwellen absorbieren und streuen. Laut der Encyclopedia of Earth tritt der Mie-Streuungseffekt auf, wenn gleich große Partikel (ähnlich groß wie Lichtpartikel) einfallende Lichtwellen absorbieren und ablenken. Der daraus resultierende Effekt bewirkt, dass Licht in alle Richtungen streut, und einige Strahlen können sogar in die Richtung zurückstreuen, aus der sie kamen.

Laut dem Georgia Institute of Technology kann der Mie-Streuungseffekt weiter mit der Mie-Theorie bestimmt werden, die auf der Größe eines Teilchens und den Richtungen basiert, in die Licht streut, wenn es mit dem Teilchen in Kontakt kommt. Diese Theorie misst die Fähigkeit eines Teilchens, Lichtwellen zu absorbieren und abzulenken. Da der Mie-Streuungseffekt nur mit Teilchen ähnlicher Größe auftritt, gilt die Mie-Theorie nur für gleich große Partikel.