Hoog in de stratosfeer, ongeveer 32 kilometer (20 mijl) boven het aardoppervlak, zijn de omstandigheden precies goed om een concentratie van 8 delen per miljoen ozon te handhaven. Dat is maar goed ook, want die ozon absorbeert sterk ultraviolette straling die anders onherbergzame omstandigheden zou creëren voor het leven op aarde. De eerste stap om het belang van de ozonlaag te begrijpen, is begrijpen hoe goed ozon ultraviolette straling absorbeert.
De ozonlaag
Ozon wordt gevormd wanneer een vrij zuurstofatoom botst met een zuurstofmolecuul. Het is een beetje ingewikkelder dan dat, omdat er een ander molecuul in de buurt moet zijn om de ozonvormende reactie een beetje voort te stuwen. Een zuurstofmolecuul bestaat uit twee zuurstofatomen en een ozonmolecuul bestaat uit drie zuurstofatomen.
Ozonmoleculen absorberen ultraviolette straling, en als ze dat doen, splitsen ze zich op in een twee-atoom zuurstofmolecuul en een vrij zuurstofatoom. Als de luchtdruk precies goed is, zal de vrije zuurstof snel een ander zuurstofmolecuul vinden en een ander ozonmolecuul maken.
Op de hoogte waar de snelheid van ozonvorming overeenkomt met de snelheid van ultraviolet-absorptie, is er een stabiele ozonlaag.
Ultraviolette straling
Ultraviolette of UV-straling wordt vaak UV-licht genoemd omdat het een vorm van elektromagnetische straling is die maar iets anders is dan zichtbaar licht. Dat kleine verschil is wel heel belangrijk, want bundels UV-licht bevatten meer energie dan zichtbaar licht. Het UV-spectrum begint waar het zichtbare spectrum eindigt, met golflengten van ongeveer 400 nanometer (minder dan 400 miljardste van een yard). Het UV-spectrum beslaat het golflengtegebied tot 100 nanometer. Hoe korter de golflengte, hoe hoger de energie van de straling. Het UV-spectrum is onderverdeeld in drie regio's, genaamd UV-A, UV-B en UV-C. UV-A dekt van 400 tot 320 nanometer; UV-B gaat door tot 280 nanometer; UV-C bevat de rest, van 280 tot 100 nanometer.
UV en materie
De interactie van licht en materie is een uitwisseling van energie. Een elektron in een atoom kan bijvoorbeeld extra energie hebben om kwijt te raken. Een manier om die extra energie te dumpen, is door een kleine bundel licht uit te zenden, een foton. De energie van het foton komt overeen met de extra energie die het elektron kwijtraakt. Het werkt ook andersom. Als de energie van een foton exact overeenkomt met de energie die een elektron nodig heeft, kan het foton die energie aan het elektron doneren. Als het foton te veel of te weinig energie heeft, wordt het niet geabsorbeerd.
Ultraviolet licht heeft meer energie dan radio-, infrarood- of zichtbaar licht. Dit betekent dat sommige ultraviolette - vooral de kortere golflengten - zoveel energie hebben dat ze elektronen weg kunnen scheuren van hun thuisatomen of moleculen. Dat is een proces dat ionisatie wordt genoemd, en daarom zijn ultraviolette golven gevaarlijk: ze ioniseren elektronen en beschadigen moleculen. UV-C-golven zijn het gevaarlijkst, dan komt UV-B en tenslotte UV-A.
Ozon Absorptie
Het blijkt dat de energieniveaus van elektronen in het ozonmolecuul overeenkomen met het ultraviolette spectrum. Ozon absorbeert meer dan 99 procent van de UV-C-stralen - het gevaarlijkste deel van het spectrum. Ozon absorbeert ongeveer 90 procent van de UV-B-stralen - maar de 10 procent die het haalt, is een grote factor bij het veroorzaken van zonnebrand en het veroorzaken van huidkanker. Ozon absorbeert ongeveer 50 procent van de UV-A-stralen.
Die aantallen zijn afhankelijk van de dichtheid van ozon in de atmosfeer. De uitstoot van chloorfluorkoolwaterstoffen verandert de balans tussen de aanmaak en vernietiging van ozon, waardoor deze in de richting van vernietiging kantelt en de dichtheid van ozon in de stratosfeer vermindert. Als die trend zich voor onbepaalde tijd zou voortzetten, legt NASA uit hoe ernstig de gevolgen zouden zijn: "Zonder ozon zou de intense UV-straling van de zon het aardoppervlak steriliseren."