V horním toku zemské stratosféry absorbuje tenká vrstva molekul ozonu ultrafialové sluneční světlo a vytváří podmínky na povrchu příznivé pro živé bytosti. Ozonová vrstva je tenká - pouze o tloušťce dvou naskládaných haléřů - a určité plyny interagují s ozonem a způsobují sezónní ztenčení vrstvy. Většina plynů odpovědných za tyto ozonové díry se uvolňuje v důsledku lidské průmyslové nebo zemědělské činnosti.
Ozonová vrstva
Kyslík tvoří asi 21 procent zemské atmosféry a většina z toho existuje jako stabilní molekula skládající se ze dvou atomů kyslíku. V horní stratosféře má však sluneční světlo dostatek energie na rozdělení některých z těchto molekul na volný kyslík atomy, které se mohou spojit se stabilními molekulami kyslíku za vzniku ozonu - molekuly, která se skládá ze tří kyslíku atomy. Tyto tři atomy vytvářejí konfiguraci, která umožňuje molekule absorbovat ultrafialové světlo. Vědci se domnívají, že ozonová vrstva se vytvořila asi před 600 miliony let a umožnila organismům vynořit se z moře a žít na souši.
Účinky chloru a bromu
Chlor a brom mají podobné atomové struktury a oba mají schopnost poškozovat ozonovou vrstvu. Když jeden atom jednoho z prvků přijde do kontaktu s molekulou ozonu, odřízne další atom kyslíku vytvořte o něco stabilnější molekulu - buď chlornan nebo hypobromitový ion - a nechte molekulární kyslík. Zdaleka ne inertní, každý chlornanový a hypobromitový iont reaguje s jinou molekulou ozonu, a to čas vytvoření dvou molekul kyslíku a ponechání volného radikálu chloru nebo bromu k zahájení procesu znovu. Tímto způsobem může jediný atom chloru nebo bromu přeměnit tisíce molekul ozonu na kyslík.
CFC, methylbromid a halony
Pokud by se na povrchu uvolňoval plynný chlor nebo brom, žádný by se nedostal do stratosféry - tvořily by sloučeniny dlouho předtím, než se tam dostaly. Chlór je však primární složkou dvou tříd inertních plynů, nazývaných chlorfluoruhlovodíky nebo CFC. Tyto plyny migrují do horních vrstev atmosféry, kde je sluneční záření dostatečně silné, aby rozbilo molekuly a uvolnilo se chlór. Stejným způsobem vypuzení methylbromidu na úrovni země uvolňuje brom do stratosféry. CFC mají v průmyslu mnoho využití a methylbromid je pesticid. V hasicích přístrojích a v zemědělství se používají další třídy plynů poškozujících ozonovou vrstvu, které obsahují brom, nazývané halony.
Kontrolní opatření
V únoru 2013 souhlasilo 197 zemí s podmínkami Montrealského protokolu, což je mezinárodní smlouva o používání určitých CFC a halonů. Smlouva se konkrétně nezabývá chloridem uhličitým, další látkou poškozující ozónovou vrstvu, ale protože se používá při výrobě CFC, které byly postupně vyřazovány, její použití kleslo. Smlouva také neřeší uvolňování methylbromidu nebo oxidu dusného. Posledně jmenovaný je dalším plynem poškozujícím ozonovou vrstvu uvolňovaným v zemědělství a zemědělství. Stejně jako CFC vytváří oxid dusný ve stratosféře reaktivní radikál, který odstraňuje další atom kyslíku z ozonu.