Absorción da radiación electromagnética pola auga

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á procura
As principais bandas de absorción están representadas pola curva azul, que representa o espectro solar por encima da atmosfera que penetra até a superficie da Terra (representada pola curva laranxa).

A absorción da radiación electromagnética pola auga depende do estado desta última : líquido, vapor ou xeo.

A absorción de gases prodúcese en tres rexións do espectro electromagnético. As transicións de rotación da molécula actúan no microondas e no dominio infravermello afastado. As transicións vibracionais actúan no infravermello medio e próximo. As bandas correspondentes teñen unha fina estrutura ligada á rotación. As transicións electrónicas inflúen na rexión ultravioleta.

A fase líquida carece de espectro de rotación pero absorbe en longas lonxitudes de onda. A baixa absorción visible na rexión de 400 a 500 nm confire á auga certa cor azul, aínda que é maiormente transparente (a auga do mar é totalmente azul cando reflicte o ceo azul, e roxa ou laranxa cando reflicte os crepúsculos).

Todas as fases da auga xogan un papel importante no equilibrio radioactivo da Terra que contribúe ao clima. Constitúen un obstáculo para a observación astronómica ou para a observación da superficie terrestre dende o espazo pero contribúen ao coñecemento da atmosfera mediante medicións remotas.[1]

Visión xeral do tema[editar | editar a fonte]

A molécula de auga en estado de vapor ten tres tipos de transicións que levan á absorción :

  • transicións de rotación desde o IR próximo (50 μm) ao dominio microondas ;
  • transicións vibracionais na media IR, desde a banda μ ao redor de 6 μm ata a banda X a 2,9 μm ;
  • transicións electrónicas en UV.

A vibración vai acompañada de transicións de rotación que dan un espectro de rotación-vibración. Ademais, os parciais (acústicos) aparecen no IR próximo. A base de datos HITRAN lista máis de 64.000 transicións , [4] .[5]

Na auga líquida as transicións de rotación desaparecen pero aparecen as bandas ligadas aos enlaces de hidróxeno. [6]

No xeo, o espectro de rotación tamén se modifica por enlaces de hidróxeno e ademais aparecen fonóns ópticos no IR. As transicións electrónicas mostran unha estrutura fina relacionada coas transicións vibracionais e rotacionais.

Espectro rotacional[editar | editar a fonte]

Parte do espectro de rotación.
Molécula de H2O en rotación

A molécula de auga é un peón asimétrico (en tipoloxía das espectroscopias rotacionais, en francés toupie asymétrique ) cos seus tres momentos de inercia diferentes.[7] Debido á ausencia de simetría, pódese observar un gran número de transicións no dominio IR próximo. A medición precisa do espectro de microondas permitiu fixar a lonxitude do enlace O - H en 95,84 ± 0,05 µm e o ángulo H - O - H en 104,5 ± 0,3 graos. O cálculo ab initio dá un valor de 104,4776 graos.

Espectro vibracional[editar | editar a fonte]

A molécula de auga ten tres modos fundamentais de vibración molecular. Os modos de vibración cortante de O - H levan a bandas de absorción con cabeza de banda en 3657 cm −11, 2.734 μm) e 3756 cm −13, 2.662 μm) na fase gaseosa. A vibración de simetría de rotación asimétrica C 2v é un modo normal de vibración. O modo de corte H - O - H comeza en 1595 cm −12, 6.269 μm). Aínda que os modos de corte e elongación teñen a mesma simetría A 1, os seus espectros non se superpoñen. Nas tres bandas observamos unha fina estrutura de rotación . ν 3 ten unha serie de parciais en números de onda inferiores a n ν 3, n = 2,3,4,5. . . Superposicións como ν 2 + ν 3 son visibles no próximo IR , .

A presenza de vapor de auga na atmosfera xoga un papel importante, particularmente na rexión infravermella . Os modelos estándar usan bandas de absorción a 0,718 μm (visible), 0,810 μm (banda α), banda 0,935 μm), 1,13 μm (banda ρστ), 1,38 μm (banda φ), 1,88 μm (banda)), 2,68 μm (Ω) banda), 2,90 μm (banda X). Os buratos entre estas bandas definen as xanelas pasantes da atmosfera terrestre .

Auga na rexión visible[editar | editar a fonte]

Lonxitudes de onda calculadas para parciais de banda e as súas superposicións para auga líquida no visible .
ν 1, ν 3 ν 2 lonxitude de onda / nm
4 0 742
4 1 662
5 0 605
5 1 550
6 0 514
6 1 474
7 0 449
7 1 418
8 0 401
8 1 376

As medicións de absorción no visible cun medidor de absorción de cavidade integrante (ICAM) permitiron atribuílo a unha serie de bandas parciais e solapamentos de intensidade decrecente en cada paso, dando un mínimo de 418 nm, valor no que o coeficiente de absorción é 0,0044 m −1 . Este valor corresponde a un curso, percorrido ou camiño libre medio de 227 metros. [[Ficheiro:Water_light_absorption_coefficient.gif|ningún|miniatura|350x350px| Coeficiente de absorción de auga pura no visible en función da lonxitude de onda

Ondas de microondas e radio[editar | editar a fonte]

O espectro de rotación esténdese á rexión de microondas. A absorción prodúcese nun amplo rango carente de singularidades , atribuído ao enlace de hidróxeno . [8]

[9] [10] Esta propiedade úsase nos fornos de microondas que normalmente usan a banda ISM ás 2.45 GHz (lonxitude de onda 122 mm). [11]

Por outra banda, constitúe unha dificultade para as comunicacións subacuáticas, especialmente porque o sal disolto aumenta a absorción .[12]

Vapor de auga na atmosfera[editar | editar a fonte]

O vapor de auga é un gas de efecto invernadoiro que contribúe co 70% á absorción solar da atmosfera e ao redor do 60% da radiación emitida pola superficie (excluíndo a difusión por partículas líquidas ou sólidas). Constitúe un elemento importante das imaxes espectrais empregadas na teledetección porque a absorción é variable coa canle . É tamén de importancia en radioastronomía e astronomía infravermella . O Telescopio do Polo Sur foi construído na Antártida debido ao baixo contido de vapor de auga debido ás baixas temperaturas . [14]

A xanela IR próxima a 8 e 14 μm úsase para a imaxe por infravermellos da superficie terrestre desde a órbita. A absorción e emisión tamén poden ser un activo para a medición ex situ dun satélite .[15] [16]

En altitude, a auga existe en forma líquida ou sólida. A absorción e dispersión da radiación xogan un importante papel climático. [17] [18][19]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Aringer B.; Kerschbaum F.; Jørgensen U. G. (2002). "H2O in stellar atmospheres" (PDF). Astronomy and Astrophysics 395 (3): 915–927. Bibcode:2002A&A...395..915A. doi:10.1051/0004-6361:20021313. Consultado o 2012-08-08.  Parámetro descoñecido |doi-access= ignorado (Axuda) Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Aringer02" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Aringer02" está definido varias veces con contidos diferentes
  2. https://www.ualberta.ca/~jbertie/JBDownload.HTM#Spectra.  Parámetro descoñecido |auteur= ignorado (suxírese |autor=) (Axuda); Parámetro descoñecido |titre= ignorado (suxírese |título=) (Axuda); Parámetro descoñecido |langue= ignorado (suxírese |lingua=) (Axuda); Falta o |title= (Axuda)
  3. Modelo:Article
  4. 4,0 4,1 "The HITRAN Database". Atomic and Molecular Physics Division, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Consultado o August 8, 2012. HITRAN is a compilation of spectroscopic parameters that a variety of computer codes use to predict and simulate the transmission and emission of light in the atmosphere.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "HITRAN" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "HITRAN" está definido varias veces con contidos diferentes
  5. "Spectroscopy of Atmospheric Gases (spectral databases)". V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS. Arquivado dende o orixinal o 16 de abril de 2013. Consultado o August 8, 2012. ... various data sources: HITRAN and GEISA spectral databanks, original data obtained by IAO researchers in collaboration with other scientists, H2O spectra simulated by Partridge and Schwenke etc...  Parámetro descoñecido |url-status= ignorado (Axuda)
  6. Chaplin, Martin (2007-10-28). "Water Absorption Spectrum". Consultado o 2007-11-04. In the liquid, rotations tend to be restricted by hydrogen bonds, giving the librations. Also, spectral lines are broader causing overlap of many of the absorption peaks. The main stretching band in liquid water is shifted to a lower frequency and the bending frequency increased by hydrogen bonding.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Chaplin" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Chaplin" está definido varias veces con contidos diferentes
  7. "Vídeo sobre a rotación de obxectos con tres momentos de inercia (en castelán)". 
  8. Kaatze, G.A.; Behrends, R.; Pottel, R. (2002). "Hydrogen network fluctuations and dielectric spectrometry of liquids". J. Non-Cryst. Solids 305 (1–3): 19–29. Bibcode:2002JNCS..305...19K. doi:10.1016/S0022-3093(02)01084-0.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Kaatze" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Kaatze" está definido varias veces con contidos diferentes
  9. Carter, G.A.; McCain, D.C. (1993). "Relationship of leaf spectral reflectance to chloroplast water content determined using NMR microscopy". Remote Sensing of Environment 46 (3): 305–310. Bibcode:1993RSEnv..46..305C. doi:10.1016/0034-4257(93)90050-8. Arquivado dende o orixinal o 13 de decembro de 2019. Consultado o 2007-10-31. Reflectance responses to leaf water content were greatest in the water absorption bands near 1450 nm, 1950 nm, and 2500 nm wavelengths 
  10. Richard Brandt. "Optical constants of ice from the ultraviolet to the microwave".  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "atmos" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "atmos" está definido varias veces con contidos diferentes
  11. Warren S. G. (1984). "Optical constants of ice from the ultraviolet to the microwave" (PDF). Applied Optics 23 (8): 1206. Bibcode:1984ApOpt..23.1206W. PMID 18204705. doi:10.1364/AO.23.001206. Consultado o 2012-08-08.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Warren84" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Warren84" está definido varias veces con contidos diferentes
  12. Warren S. G.; Brandt R. E. (2008). "Optical constants of ice from the ultraviolet to the microwave: A revised compilation" (PDF). J. Geophys. Res. 113 (D14): D14220. Bibcode:2008JGRD..11314220W. doi:10.1029/2007JD009744. Consultado o 2012-08-08.  Parámetro descoñecido |doi-access= ignorado (Axuda) Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "AringerWarren02" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "AringerWarren02" está definido varias veces con contidos diferentes
  13. http://hitran.iao.ru/.  Parámetro descoñecido |éditeur= ignorado (suxírese |editor=) (Axuda); Parámetro descoñecido |titre= ignorado (suxírese |título=) (Axuda); Parámetro descoñecido |langue= ignorado (suxírese |lingua=) (Axuda); Falta o |title= (Axuda)
  14. Gordon, Iouli E.; Laurence S. Rothman; Robert R. Gamache; David Jacquemart; Chris Boone; Peter F. Bernathd; Mark W. Shephard; Jennifer S. Delamere; Shepard A. Clough (2007-06-24). "Current updates of the water-vapor line list in HITRAN: A new Diet for air-broadened half-widths" (PDF). Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. Consultado o 2007-11-03. Water vapor is the principal absorber of longwave radiation in the terrestrial atmosphere and it has a profound effect on the atmospheric energy budget in many spectral regions. The HITRAN database lists more than 64,000 significant transitions of water vapor ranging from the microwave region to the visible, with intensities that cover many orders of magnitude. These transitions are used, or have to be accounted for, in various remote-sensing applications.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Gordon" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Gordon" está definido varias veces con contidos diferentes
  15. Prieto-Blanco, Ana; Peter R. J. North; Nigel Fox; Michael J. Barnsley. "Satellite estimation of surface/atmosphere parameters: a sensitivity study" (PDF). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 26 de xullo de 2011. Consultado o 2007-10-31. ...water absorption bands (around 940nm, 1100nm, 1450nm, 1950nm and 2500nm) and carbon dioxide absorption bands (1400nm, 1600nm and 2000nm)...  Parámetro descoñecido |url-status= ignorado (Axuda)
  16. Jacquemoud, S.; Ustin, S.L. (2003). "Application of radiative transfer models to moisture content estimation and burned land mapping" (PDF). Joint European Association of Remote Sensing Laboratories (EARSeL) and GOFC/GOLD-Fire Program, 4th Workshop on Forest Fires, Ghent University, Belgium 5--7 June 2003. Consultado o 2008-10-15. ...in the action spectrum of water the three main peaks near 1400, 1950, and 2500 nm, and two minor ones at 970 and 1200 nm  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Jacquemoud2003" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Jacquemoud2003" está definido varias veces con contidos diferentes
  17. Maurellis, Ahilleas (2003-05-01). "The climatic effects of water vapour - physicsworld.com". Physics World. Institute of Physics. Consultado o 2019-02-18.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Maurellis" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "Maurellis" está definido varias veces con contidos diferentes
  18. Wozniak B.; Dera J. (2007). Atmospheric and Oceanographic Sciences Library (PDF). New York: Springer Science+Business Media. LLC. ISBN 978-0-387-30753-4. Consultado o August 4, 2012.  Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "WozniakDera07" está definido varias veces con contidos diferentes Erro no código da cita: Etiqueta <ref> non válida; o nome "WozniakDera07" está definido varias veces con contidos diferentes
  19. Cotton, William (2006). Human Impacts on Weather and Climate. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-84086-6. Little absorption is evident in the region called the atmospheric window between 8 and 14 μm 

Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Banwell" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Nakamoto" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "PopeFry97" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Goody" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Duarte95" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Hoy" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "KouLabrieChýlek93" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Pope" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "Kou" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.
Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "uchicago" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.

Erro no código da cita: A etiqueta <ref> co nome "mesures" definida en <references> non se utiliza no texto anterior.