Înalte în stratosferă, la aproximativ 32 de kilometri deasupra suprafeței Pământului, condițiile sunt potrivite pentru a menține o concentrație de 8 părți pe milion de ozon. Acesta este un lucru bun, deoarece ozonul absoarbe puternic radiațiile ultraviolete care altfel ar crea condiții inospitaliere pentru viața pe Pământ. Primul pas pentru a înțelege importanța stratului de ozon este să înțelegem cât de bine absoarbe ozonul radiațiile ultraviolete.
Stratul de ozon
Ozonul se formează atunci când un atom de oxigen liber se ciocnește cu o moleculă de oxigen. Este puțin mai complicat decât asta, deoarece o altă moleculă trebuie să fie în vecinătate pentru a împinge reacția de formare a ozonului. O moleculă de oxigen este formată din doi atomi de oxigen, iar o moleculă de ozon este formată din trei atomi de oxigen.
Moleculele de ozon absorb radiațiile ultraviolete și, atunci când o fac, se împart într-o moleculă de oxigen cu doi atomi și un atom de oxigen liber. Când presiunea aerului este corectă, oxigenul liber va găsi rapid o altă moleculă de oxigen și va produce o altă moleculă de ozon.
La altitudinea în care rata formării ozonului se potrivește cu rata absorbției ultraviolete, există un strat stabil de ozon.
Radiații ultraviolete
Radiațiile ultraviolete sau UV se numesc adesea lumină UV, deoarece este o formă de radiație electromagnetică ușor diferită de lumina vizibilă. Această ușoară diferență este totuși foarte importantă, deoarece fasciculele de lumină UV conțin mai multă energie decât lumina vizibilă. Spectrul UV începe acolo unde se termină spectrul vizibil, cu lungimi de undă de aproximativ 400 nanometri (mai puțin de 400 miliarde de curți). Spectrul UV acoperă regiunea lungimii de undă până la 100 nanometri. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât energia radiației este mai mare. Spectrul UV este împărțit în trei regiuni, numite UV-A, UV-B și UV-C. UV-A acoperă de la 400 la 320 nanometri; UV-B continuă până la 280 nanometri; UV-C conține restul, de la 280 la 100 nanometri.
UV și materie
Interacțiunea dintre lumină și materie este un schimb de energie. De exemplu, un electron dintr-un atom poate avea energie suplimentară de care să scape. O modalitate prin care poate descărca energia suplimentară este emiterea unui pachet mic de lumină numit foton. Energia fotonului se potrivește cu energia suplimentară de care scapă electronul. Funcționează și invers. Dacă energia unui foton se potrivește exact cu energia necesară unui electron, fotonul poate dona acea energie electronului. Dacă fotonul are sau prea multă sau prea puțină energie nu va fi absorbit.
Lumina ultravioletă are mai multă energie decât radio, infraroșu sau lumină vizibilă. Aceasta înseamnă că unele ultraviolete - în special lungimile de undă mai mici - au atât de multă energie încât pot smulge electroni de la atomii sau moleculele lor de acasă. Acesta este un proces numit ionizare și de aceea undele ultraviolete sunt periculoase: ionizează electroni și deteriorează moleculele. Undele UV-C sunt cele mai periculoase, apoi vine UV-B și în cele din urmă UV-A.
Absorbția ozonului
Se pare că nivelurile de energie ale electronilor din molecula de ozon se potrivesc cu spectrul ultraviolet. Ozonul absoarbe mai mult de 99% din razele UV-C - cea mai periculoasă parte a spectrului. Ozonul absoarbe aproximativ 90 la sută din razele UV-B - dar 10 la sută care o fac sunt un factor important în inducerea arsurilor solare și declanșarea cancerului de piele. Ozonul absoarbe aproximativ 50% din razele UV-A.
Aceste numere depind de densitatea ozonului din atmosferă. Emisiile de clorofluorocarbon schimbă echilibrul creării și distrugerii ozonului, inclinându-l spre distrugere și reducând densitatea ozonului în stratosferă. Dacă această tendință ar continua pe termen nelimitat, NASA explică cât de grave ar fi consecințele: „Fără ozon, radiația UV intensă a Soarelui ar steriliza suprafața Pământului”.