Vysoko v stratosfére, asi 32 kilometrov nad zemským povrchom, sú správne podmienky na udržanie koncentrácie 8 častí na milión ozónu. To je dobrá vec, pretože tento ozón silne absorbuje ultrafialové žiarenie, ktoré by inak vytvorilo podmienky nehostinné pre život na Zemi. Prvým krokom k pochopeniu dôležitosti ozónovej vrstvy je pochopiť, ako dobre ozón absorbuje ultrafialové žiarenie.
Ozónová vrstva
Ozón vzniká pri zrážke voľného atómu kyslíka s molekulou kyslíka. Je to o niečo komplikovanejšie, pretože v susedstve musí byť iná molekula, aby tak mohla pretlačiť ozonotvornú reakciu. Molekula kyslíka pozostáva z dvoch atómov kyslíka a molekula ozónu pozostáva z troch atómov kyslíka.
Molekuly ozónu absorbujú ultrafialové žiarenie a keď sa tak stane, rozdelia sa na dvojatómovú molekulu kyslíka a voľný atóm kyslíka. Keď je tlak vzduchu správny, voľný kyslík rýchlo nájde ďalšiu molekulu kyslíka a vytvorí ďalšiu molekulu ozónu.
V nadmorskej výške, kde sa rýchlosť tvorby ozónu zhoduje s rýchlosťou absorpcie ultrafialového žiarenia, sa nachádza stabilná ozónová vrstva.
Ultrafialové žiarenie
Ultrafialové alebo UV žiarenie sa často nazýva UV svetlo, pretože je to forma elektromagnetického žiarenia, ktorá sa iba mierne líši od viditeľného svetla. Tento mierny rozdiel je však veľmi dôležitý, pretože zväzky UV svetla obsahujú viac energie ako viditeľné svetlo. UV spektrum začína tam, kde viditeľné spektrum končí, s vlnovými dĺžkami okolo 400 nanometrov (menej ako 400 miliárd yardov). UV spektrum pokrýva oblasť vlnových dĺžok až do 100 nanometrov. Čím kratšia je vlnová dĺžka, tým vyššia je energia žiarenia. UV spektrum je rozdelené do troch oblastí, ktoré sa nazývajú UV-A, UV-B a UV-C. UV-A pokrýva od 400 do 320 nanometrov; UV-B pokračuje až na 280 nanometrov; UV-C obsahuje zvyšok, od 280 do 100 nanometrov.
UV a hmota
Interakcia svetla a hmoty je výmena energie. Napríklad elektrón v atóme môže mať ďalšiu energiu, ktorej sa musí zbaviť. Jedným zo spôsobov, ako môže túto extra energiu vyhodiť, je vyžarovanie malého zväzku svetla, ktorý sa nazýva fotón. Energia fotónu sa zhoduje s energiou, ktorej sa elektrón zbaví. Funguje to aj naopak. Ak sa energia fotónu presne zhoduje s energiou potrebnou pre elektrón, môže fotón túto energiu odovzdať elektrónu. Ak má fotón buď príliš veľa, alebo príliš málo energie, nebude absorbovaný.
Ultrafialové svetlo má viac energie ako rádiové, infračervené alebo viditeľné svetlo. To znamená, že niektoré ultrafialové - najmä tie kratšie vlnové dĺžky - majú toľko energie, že môžu vytrhnúť elektróny od svojich domácich atómov alebo molekúl. Toto je proces nazývaný ionizácia a preto sú ultrafialové vlny nebezpečné: ionizujú elektróny a poškodzujú molekuly. Najnebezpečnejšie sú vlny UV-C, potom prichádza UV-B a nakoniec UV-A.
Absorpcia ozónu
Ukazuje sa, že energetické hladiny elektrónov v molekule ozónu zodpovedajú ultrafialovému spektru. Ozón absorbuje viac ako 99 percent UV-C lúčov - najnebezpečnejšiu časť spektra. Ozón absorbuje asi 90 percent UV-B lúčov - ale 10 percent, ktoré ho preniknú, je veľkým faktorom pri indukcii spálenia slnkom a pri rakovine kože. Ozón absorbuje asi 50 percent UV-A lúčov.
Tieto počty závisia od hustoty ozónu v atmosfére. Emisie chlórfluórovaných uhľovodíkov menia rovnováhu medzi tvorbou a deštrukciou ozónu, nakláňajú ju smerom k deštrukcii a znižujú hustotu ozónu v stratosfére. Ak by tento trend mal pokračovať donekonečna, NASA vysvetľuje, aké vážne by to malo následky: „Bez ozónu by intenzívne UV žiarenie Slnka sterilizovalo povrch Zeme.“ “