คลอรีนมีผลต่อชั้นโอโซนอย่างไร?

โอโซน เป็นรูปแบบหนึ่งของออกซิเจน ไม่ใช่สารประกอบที่มีอยู่มากมายในชั้นบรรยากาศของโลก แต่มีความสำคัญ มันก่อตัวเป็นชั้นในสตราโตสเฟียร์ที่ป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ที่เป็นอันตราย และหากไม่มีชั้นนั้น สภาพที่พื้นผิวจะไม่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิต การปล่อยคลอโรฟลูออโรคาร์บอนสู่ชั้นบรรยากาศทำลายชั้นโอโซนนี้ เนื่องจากคลอรีน -- ส่วนประกอบของ CFCs -- มีปฏิกิริยาสูงและโต้ตอบกับโอโซนเพื่อเปลี่ยนเป็นออกซิเจนธรรมดา โมเลกุล

โอโซนเป็นสารประกอบที่เกิดขึ้นจากอะตอมของออกซิเจนสามอะตอม และมีอยู่ในชั้นบรรยากาศที่แยกจากกันสองชั้น ในชั้นโทรโพสเฟียร์ใกล้พื้นดินถือว่าเป็นสารก่อมลพิษ มันทำลายพืชผลและทำให้เกิดโรคระบบทางเดินหายใจในมนุษย์ อย่างไรก็ตามในสตราโตสเฟียร์ตอนบนจะสร้างชั้นที่ดูดซับแสงแดดอัลตราไวโอเลต นักวิทยาศาสตร์วัดความหนาของชั้นโอโซนที่ "ดี" นี้ในหน่วย Dobson ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Gordon Miller Bourne Dobson ผู้บุกเบิกการศึกษาโอโซน หน่วย Dobson หนึ่งหน่วยถูกกำหนดให้เป็นความหนา 0.01 มิลลิเมตร (0.0004 นิ้ว) ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ซึ่งเท่ากับ 0 องศาเซลเซียส (32 องศาฟาเรนไฮต์) และ 1 บรรยากาศ

คลอรีนทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเปลี่ยนโอโซนให้เป็นออกซิเจนในปฏิกิริยาที่ไม่เข้าใจจนกระทั่งปี 1973 เมื่ออะตอมของคลอรีนอิสระและโมเลกุลโอโซนโต้ตอบกัน อะตอมของคลอรีนจะดึงโมเลกุลออกซิเจนที่สามออกเพื่อสร้างคลอรีนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียร และปล่อยให้โมเลกุลออกซิเจนเสถียร เนื่องจากโมเลกุลของคลอรีนมอนอกไซด์ไม่เสถียร มันสามารถโต้ตอบกับอะตอมออกซิเจนอิสระเพื่อผลิตอีกตัวหนึ่ง โมเลกุลที่ประกอบด้วยออกซิเจนสองอะตอม และ -- ที่สำคัญ -- ปล่อยให้อะตอมของคลอรีนเป็นอิสระเพื่อเริ่มกระบวนการ อีกครั้ง วัฏจักรนี้สามารถเกิดซ้ำได้หลายพันครั้ง ทำให้ปริมาณโอโซนลดลงอย่างต่อเนื่อง

เนื่องจากคลอรีนไม่เสถียร หากปล่อยออกมาในรูปของธาตุ จะทำปฏิกิริยากับธาตุหรือสารประกอบอื่นก่อนที่มันจะไปถึงสตราโตสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม คลอรีนเป็นองค์ประกอบสำคัญในกลุ่มของสารที่เรียกว่าคลอโรฟลูออโรคาร์บอน ซึ่งมีการใช้งานหลายอย่างในอุตสาหกรรม รวมถึงการทำความเย็น CFCs เป็นสารเฉื่อยต่างจากคลอรีนบริสุทธิ์ และเมื่อปล่อยที่ระดับพื้นดิน สาร CFC จะคงโครงสร้างไว้อย่างไม่มีกำหนด ในที่สุดพวกมันก็อพยพขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบน แต่ที่ซึ่งแสงแดดแรงพอที่จะทำให้พวกมันแตกตัวและปล่อยคลอรีนออกมา คลอรีนไม่จำเป็นต้องเป็นองค์ประกอบเดียวที่ทำลายโอโซน โบรมีน ไฮโดรเจน และไนโตรเจนก็ทำเช่นนี้

ความหนาของชั้นโอโซนมีค่าเฉลี่ยประมาณ 300 ถึง 500 หน่วย Dobson ซึ่งใกล้เคียงกับความหนาของเพนนีสองเพนนีที่ซ้อนกัน ในปี 1984 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในทวีปแอนตาร์กติกรายงานว่าชั้นนี้บางลงเรื่อยๆ เหลือ 180 หน่วย Dobson หรือมากกว่าความหนาของหนึ่งเพนนีเล็กน้อย การทำให้ผอมบางนี้เกิดขึ้นในช่วงฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิของทวีปแอนตาร์กติกเมื่อเมฆน้ำแข็งในชั้นสตราโตสเฟียร์เร่งการทำลายโอโซน รูโตขึ้นทุกปีเพื่อห้อมล้อมส่วนใหญ่ของทวีปแอนตาร์กติกและที่อื่น ๆ และชั้นบาง ๆ ก็บางเป็น 73 หน่วย Dobson ในบางปีซึ่งน้อยกว่าความหนาเล็กน้อย