Vysoko ve stratosféře, asi 32 kilometrů nad zemským povrchem, jsou správné podmínky pro udržení koncentrace 8 dílů na milion ozonu. To je dobrá věc, protože tento ozón silně absorbuje ultrafialové záření, které by jinak vytvořilo podmínky nehostinné pro život na Zemi. Prvním krokem k pochopení důležitosti ozonové vrstvy je pochopit, jak dobře ozon absorbuje ultrafialové záření.
Ozonová vrstva
Ozon vzniká při srážce volného atomu kyslíku s molekulou kyslíku. Je to trochu komplikovanější, protože v sousedství musí být jiná molekula, aby nějakým způsobem posunula ozonotvornou reakci. Molekula kyslíku se skládá ze dvou atomů kyslíku a molekula ozonu se skládá ze tří atomů kyslíku.
Molekuly ozonu absorbují ultrafialové záření, a když to udělají, rozpadnou se na dvouatomovou molekulu kyslíku a volný atom kyslíku. Když je tlak vzduchu správný, volný kyslík rychle najde další molekulu kyslíku a vytvoří další molekulu ozonu.
V nadmořské výšce, kde se rychlost tvorby ozónu shoduje s rychlostí absorpce ultrafialového záření, existuje stabilní ozonová vrstva.
Ultrafialová radiace
Ultrafialové nebo UV záření se často nazývá UV světlo, protože je to forma elektromagnetického záření jen mírně odlišná od viditelného světla. Tento nepatrný rozdíl je však velmi důležitý, protože svazky UV světla obsahují více energie než viditelné světlo. UV spektrum začíná tam, kde končí viditelné spektrum, s vlnovými délkami kolem 400 nanometrů (méně než 400 miliardtin yardu). UV spektrum pokrývá oblast vlnových délek až do 100 nanometrů. Čím kratší je vlnová délka, tím vyšší je energie záření. UV spektrum je rozděleno do tří oblastí, které se nazývají UV-A, UV-B a UV-C. UV-A pokrývá od 400 do 320 nanometrů; UV-B pokračuje až na 280 nanometrů; UV-C obsahuje zbytek od 280 do 100 nanometrů.
UV a hmota
Interakce světla a hmoty je výměna energie. Například elektron v atomu může mít extra energii, které se zbaví. Jedním ze způsobů, jak může tuto extra energii odhodit, je emitování malého svazku světla, který se nazývá foton. Energie fotonu odpovídá extra energii, které se elektron zbaví. Funguje to i obráceně. Pokud se energie fotonu přesně shoduje s energií potřebnou pro elektron, může foton tuto energii darovat elektronu. Pokud má foton buď příliš mnoho, nebo příliš málo energie, nebude absorbován.
Ultrafialové světlo má více energie než rádiové, infračervené nebo viditelné světlo. To znamená, že některé ultrafialové - zejména kratší vlnové délky - mají tolik energie, že mohou vytrhnout elektrony od svých domovských atomů nebo molekul. To je proces zvaný ionizace, a proto jsou ultrafialové vlny nebezpečné: ionizují elektrony a poškozují molekuly. UV-C vlny jsou nejnebezpečnější, pak přichází UV-B a nakonec UV-A.
Absorpce ozónu
Ukazuje se, že energetické hladiny elektronů v molekule ozonu odpovídají ultrafialovému spektru. Ozon absorbuje více než 99 procent UV-C paprsků - nejnebezpečnější část spektra. Ozon absorbuje asi 90 procent UV-B paprsků - ale 10 procent, které ho prochází, je velkým faktorem při vyvolávání spálenin a spouštění rakoviny kůže. Ozon absorbuje asi 50 procent UV-A paprsků.
Tato čísla jsou závislá na hustotě ozonu v atmosféře. Emise chlorofluorovaných uhlovodíků mění rovnováhu mezi tvorbou a ničením ozónu, nakláněním směrem k ničení a snižováním hustoty ozonu ve stratosféře. Pokud by tento trend měl pokračovat donekonečna, NASA vysvětluje, jaké závažné důsledky by to mělo mít: „Bez ozónu by intenzivní UV záření Slunce sterilizovalo povrch Země.“