W górnych partiach stratosfery Ziemi cienka warstwa cząsteczek ozonu pochłania światło ultrafioletowe, tworząc warunki na powierzchni sprzyjające żywym istotom. Warstwa ozonowa jest cienka – tylko mniej więcej grubości dwóch ułożonych na sobie pensów – a niektóre gazy oddziałują z ozonem, powodując sezonowe przerzedzenie warstwy. Większość gazów odpowiedzialnych za te dziury ozonowe jest uwalniana w wyniku działalności przemysłowej lub rolniczej człowieka.
Warstwa ozonowa
Tlen stanowi około 21 procent ziemskiej atmosfery, a większość z tego istnieje jako stabilna cząsteczka składająca się z dwóch atomów tlenu. Jednak w górnej stratosferze światło słoneczne ma wystarczająco dużo energii, aby rozszczepić niektóre z tych cząsteczek na wolny tlen atomy, które mogą łączyć się ze stabilnymi cząsteczkami tlenu, tworząc ozon – cząsteczkę składającą się z trzech tlenów atomy. Trzy atomy tworzą konfigurację, która umożliwia cząsteczce pochłanianie światła ultrafioletowego. Naukowcy uważają, że warstwa ozonowa uformowała się około 600 milionów lat temu, umożliwiając organizmom wynurzanie się z morza i życie na lądzie.
Wpływ chloru i bromu
Chlor i brom mają podobną budowę atomową i oba mają zdolność zubożenia warstwy ozonowej. Kiedy pojedynczy atom dowolnego pierwiastka wchodzi w kontakt z cząsteczką ozonu, usuwa dodatkowy atom tlenu do oxygen tworzą nieco bardziej stabilną cząsteczkę - podchloryn lub jon podbromianowy - i pozostawiają tlen cząsteczkowy. Będąc dalekim od obojętności, każdy jon podchlorynowy i podbromianowy reaguje z inną cząsteczką ozonu, to czas tworzenia dwóch cząsteczek tlenu i pozostawienia wolnych rodników chloru lub bromu do rozpoczęcia procesu jeszcze raz. W ten sposób pojedynczy atom chloru lub bromu może przekształcić tysiące cząsteczek ozonu w tlen.
CFC, bromek metylu i halony
Gdyby gaz chloru lub bromu został uwolniony na powierzchnię, żaden z nich nie dostałby się do stratosfery -- tworzyłby związki na długo przed dotarciem tam. Jednak chlor jest podstawowym składnikiem dwóch klas gazów obojętnych, zwanych chlorofluorowęglowodorami lub CFC. Te gazy migrują do wyższych warstw atmosfery, gdzie promieniowanie słoneczne jest wystarczająco silne, aby rozbić cząsteczki i uwolnić się chlor. W ten sam sposób wydalenie bromku metylu na poziomie gruntu uwalnia brom do stratosfery. CFC mają wiele zastosowań w przemyśle, a bromek metylu jest pestycydem. Inne klasy gazów niszczących warstwę ozonową, które zawierają brom, zwane halonami, są stosowane w gaśnicach i rolnictwie.
Środki kontroli
Do lutego 2013 r. 197 krajów zgodziło się na warunki Protokołu Montrealskiego, międzynarodowego traktatu kontrolującego użycie niektórych CFC i halonów. Traktat nie odnosi się konkretnie do czterochlorku węgla, innej substancji zubożającej warstwę ozonową, ale ponieważ jest on używany do produkcji freonu, który został wycofany, jego stosowanie spadło. Traktat nie dotyczy również uwalniania bromku metylu ani podtlenku azotu. Ten ostatni jest kolejnym gazem niszczącym warstwę ozonową uwalnianym w rolnictwie i rolnictwie. Podobnie jak CFC, podtlenek azotu tworzy reaktywny rodnik w stratosferze, który usuwa dodatkowy atom tlenu z ozonu.