In alto nella stratosfera, a circa 32 chilometri (20 miglia) sopra la superficie terrestre, le condizioni sono giuste per mantenere una concentrazione di 8 parti per milione di ozono. Questa è una buona cosa perché quell'ozono assorbe fortemente le radiazioni ultraviolette che altrimenti creerebbero condizioni inospitali per la vita sulla Terra. Il primo passo per comprendere l'importanza dello strato di ozono è comprendere quanto bene l'ozono assorbe le radiazioni ultraviolette.
Lo strato di ozono
L'ozono si forma quando un atomo di ossigeno libero si scontra con una molecola di ossigeno. È un po' più complicato di così perché un'altra molecola deve essere nelle vicinanze per spingere avanti la reazione di formazione dell'ozono. Una molecola di ossigeno è costituita da due atomi di ossigeno e una molecola di ozono è costituita da tre atomi di ossigeno.
Le molecole di ozono assorbono le radiazioni ultraviolette e quando lo fanno si dividono in una molecola di ossigeno a due atomi e un atomo di ossigeno libero. Quando la pressione dell'aria è giusta, l'ossigeno libero troverà rapidamente un'altra molecola di ossigeno e creerà un'altra molecola di ozono.
All'altitudine in cui il tasso di formazione dell'ozono corrisponde al tasso di assorbimento dell'ultravioletto, c'è uno strato di ozono stabile.
Radiazioni ultraviolette
La radiazione ultravioletta, o UV, è spesso chiamata luce UV perché è una forma di radiazione elettromagnetica solo leggermente diversa dalla luce visibile. Questa leggera differenza è molto importante, tuttavia, perché i fasci di luce UV contengono più energia della luce visibile. Lo spettro UV inizia dove finisce lo spettro visibile, con lunghezze d'onda intorno ai 400 nanometri (meno di 400 miliardesimi di iarda). Lo spettro UV copre la regione della lunghezza d'onda fino a 100 nanometri. Più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia della radiazione. Lo spettro UV è suddiviso in tre regioni, chiamate UV-A, UV-B e UV-C. Copertura UV-A da 400 a 320 nanometri; UV-B continua fino a 280 nanometri; UV-C contiene il resto, da 280 a 100 nanometri.
UV e materia
L'interazione tra luce e materia è uno scambio di energia. Ad esempio, un elettrone in un atomo può avere energia extra di cui sbarazzarsi. Un modo in cui può scaricare quell'energia extra è emettendo un piccolo fascio di luce chiamato fotone. L'energia del fotone corrisponde all'energia extra di cui l'elettrone si libera. Funziona anche al contrario. Se l'energia di un fotone corrisponde esattamente all'energia necessaria a un elettrone, il fotone può donare quell'energia all'elettrone. Se il fotone ha troppa o poca energia non verrà assorbito.
La luce ultravioletta ha più energia della luce radio, infrarossa o visibile. Ciò significa che alcuni ultravioletti, specialmente le lunghezze d'onda più corte, hanno così tanta energia da poter strappare gli elettroni dai loro atomi o molecole di origine. Questo è un processo chiamato ionizzazione, ed è per questo che le onde ultraviolette sono pericolose: ionizzano gli elettroni e danneggiano le molecole. Le onde UV-C sono le più pericolose, poi arrivano UV-B e infine UV-A.
Assorbimento di ozono
Si scopre che i livelli di energia degli elettroni nella molecola dell'ozono corrispondono allo spettro ultravioletto. L'ozono assorbe più del 99 percento dei raggi UV-C, la parte più pericolosa dello spettro. L'ozono assorbe circa il 90% dei raggi UV-B, ma il 10% che lo fa passare è un fattore importante nell'indurre le scottature e nell'innescare il cancro della pelle. L'ozono assorbe circa il 50 percento dei raggi UV-A.
Questi numeri dipendono dalla densità dell'ozono nell'atmosfera. Le emissioni di clorofluorocarburi modificano l'equilibrio tra creazione e distruzione dell'ozono, inclinandolo verso la distruzione e riducendo la densità dell'ozono nella stratosfera. Se tale tendenza dovesse continuare indefinitamente, la NASA spiega quanto gravi sarebbero le conseguenze: "Senza l'ozono, l'intensa radiazione UV del Sole sterilizzerebbe la superficie terrestre".