Ozon, forma tlenu, nie występuje powszechnie w atmosferze ziemskiej, ale jest ważnym związkiem. Tworzy warstwę w stratosferze, która blokuje szkodliwe ultrafioletowe promieniowanie słoneczne, a bez tej warstwy warunki na powierzchni byłyby mniej korzystne dla żywych istot. Uwalnianie chlorofluorowęglowodorów do atmosfery uszkadza tę warstwę ozonową, ponieważ chlor -- a składnik CFC - jest wysoce reaktywny i wchodzi w interakcję z ozonem, przekształcając go w zwykły tlen molekuły.
Ozon w atmosferze
Ozon jest związkiem utworzonym z trzech atomów tlenu i występuje w dwóch oddzielnych warstwach w atmosferze. W troposferze, blisko ziemi, uważany jest za zanieczyszczenie. Niszczy uprawy i powoduje u ludzi dolegliwości układu oddechowego. Jednak w górnej stratosferze tworzy warstwę pochłaniającą światło ultrafioletowe. Naukowcy mierzą grubość tej warstwy „dobrego” ozonu w jednostkach Dobsona, nazwanych na cześć brytyjskiego fizyka Gordona Millera Bourne'a Dobsona, pioniera w badaniach nad ozonem. Jedna jednostka Dobsona jest zdefiniowana jako grubość 0,01 milimetra (0,004 cala) w standardowej temperaturze i ciśnieniu, czyli 0 stopni Celsjusza (32 stopnie Fahrenheita) i 1 atmosferze.
Reakcja z ozonem
Chlor działa jak katalizator przekształcania ozonu w tlen w reakcji, która nie została zrozumiana do 1973 roku. Kiedy wolny atom chloru i cząsteczka ozonu oddziałują, atom chloru usuwa trzecią cząsteczkę tlenu, tworząc tlenek chloru, niestabilny związek i pozostawiając stabilną cząsteczkę tlenu. Ponieważ cząsteczka tlenku chloru jest niestabilna, może wchodzić w interakcje z wolnym atomem tlenu, tworząc inny to cząsteczka składająca się z dwóch atomów tlenu i - co ważne - pozostawia wolny atom chloru, aby rozpocząć proces jeszcze raz. Ten cykl może się powtarzać tysiące razy, stale zmniejszając ilość ozonu.
Źródła chloru
Ponieważ chlor jest niestabilny, uwolniony w postaci pierwiastkowej reaguje z innym pierwiastkiem lub związkiem, zanim dotrze do stratosfery. Jednak chlor jest kluczowym pierwiastkiem w klasie substancji zwanych chlorofluorowęglowodorami, które mają wiele zastosowań w przemyśle, w tym w chłodnictwie. W przeciwieństwie do czystego chloru, CFC są obojętne, a uwolnione na poziomie gruntu zachowują swoją strukturę w nieskończoność. W końcu jednak migrują do wyższych warstw atmosfery, gdzie światło słoneczne jest wystarczająco intensywne, aby je rozerwać i uwolnić chlor. Chlor niekoniecznie jest jedynym pierwiastkiem, który zuboża warstwę ozonową. Tak samo działają brom, wodór i azot.
Dziura ozonowa
Grubość warstwy ozonowej wynosi średnio około 300 do 500 jednostek Dobsona, co w przybliżeniu odpowiada grubości dwóch ułożonych jednocentówek. W 1984 roku brytyjscy naukowcy na Antarktydzie odnotowali powtarzające się przerzedzenie tej warstwy do 180 jednostek Dobsona, czyli nieco więcej niż grubość jednego centa. To przerzedzenie występuje podczas antarktycznej zimy i wiosny, kiedy stratosferyczne chmury cząstek lodu przyspieszają niszczenie ozonu. Dziura powiększa się co roku, obejmując większość kontynentu Antarktydy i dalej, a w ciągu kilku lat jej warstwa stała się tak cienka, jak 73 jednostki Dobsona, czyli mniej niż grubość dziesięciocentówki.