CFCs ทำลายชั้นโอโซนอย่างไร?

ก่อนที่ Thomas Midgley Jr. และผู้ร่วมงานของเขาจะคิดค้น Freon ในปี 1928 สารทำความเย็นที่พบบ่อยที่สุดคือสารเคมีอันตราย เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เมทิลคลอไรด์ และแอมโมเนีย ฟรีออนเป็นส่วนผสมของคลอโรฟลูออโรคาร์บอนหรือซีเอฟซีหลายชนิด ซึ่งเฉื่อยทางเคมีมากจนวิศวกรเชื่อว่าพวกเขาได้พบสารประกอบมหัศจรรย์ CFCs ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น ไม่ติดไฟ และไม่กัดกร่อน แต่ในปี 1974 นักวิทยาศาสตร์สองคนเตือนว่าสาร CFC นั้นห่างไกลจากอันตราย และคำเตือนของพวกเขาได้รับการยืนยันในปี 1985

ออกซิเจนเป็นก๊าซที่มีปริมาณมากที่สุดเป็นอันดับสองในชั้นบรรยากาศของโลก และมีอยู่ในรูปโมเลกุลของออกซิเจนสองอะตอมเป็นหลัก ออกซิเจนสามารถรวมกันเป็นโมเลกุลที่มีสามอะตอมซึ่งเรียกว่าโอโซน โอโซนใกล้พื้นดินเป็นมลพิษ แต่ในสตราโตสเฟียร์ตอนบนจะสร้างชั้นป้องกันรอบ ๆ ดาวเคราะห์ที่ดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตจึงปกป้องทุกชีวิตจากอันตรายของมัน รังสี ความหนาของเลเยอร์นี้วัดเป็นหน่วย Dobson (DU) หนึ่ง DU คือหนึ่งในร้อยของมิลลิเมตรที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ชั้นโอโซนมีความหนาโดยเฉลี่ยประมาณ 300 ถึง 500 DU ซึ่งประมาณความหนาของเพนนีที่ซ้อนกันสองเพนนี

นักวิทยาศาสตร์เริ่มตระหนักถึงศักยภาพของคลอรีนในการโต้ตอบทำลายล้างกับโอโซนใน ต้นปี 1970 และ Sherwood Rowland และ Mario Molina ได้เตือนถึงอันตรายที่ CFCs ก่อให้เกิดชั้นโอโซนใน 1974. อันตรายนี้เป็นผลโดยตรงจากข้อเท็จจริงที่ว่า CFC ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน ฟลูออรีน และคลอรีน มีความเฉื่อยมาก เนื่องจากพวกมันไม่ทำปฏิกิริยากับสิ่งใดในชั้นบรรยากาศชั้นล่าง ในที่สุดโมเลกุล CFC จะอพยพไปยังชั้นบรรยากาศชั้นบน ซึ่งการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์มีความเข้มข้นมากพอที่จะแยกพวกมันออกจากกัน ทำให้เกิดคลอรีนอิสระ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ไม่เฉื่อย

กระบวนการที่คลอรีนทำลายโอโซนคือสองขั้นตอน คลอรีนอนุมูลอิสระซึ่งมีปฏิกิริยาสูง ดึงอะตอมออกซิเจนส่วนเกินออกจากโมเลกุลโอโซน เกิดเป็นคลอรีนมอนอกไซด์และปล่อยให้โมเลกุลออกซิเจนเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยา คลอรีนมอนอกไซด์ยังมีปฏิกิริยาไวมาก และรวมเข้ากับโมเลกุลโอโซนอีกตัวหนึ่งเพื่อสร้างโมเลกุลออกซิเจนสองโมเลกุลและปล่อยให้อะตอมของคลอรีนเป็นอิสระเพื่อเริ่มกระบวนการอีกครั้ง อะตอมของคลอรีนตัวเดียวสามารถทำลายโมเลกุลของโอโซนได้หลายพันโมเลกุลในอุณหภูมิที่เย็นพอสมควร อุณหภูมิเหล่านี้อยู่เหนือทวีปแอนตาร์กติก และในขอบเขตที่จำกัดมากกว่าอาร์กติก ในช่วงฤดูหนาว

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบหลักฐานหลุมโอโซนเหนือแอนตาร์กติกครั้งแรกในปี 1985 รัฐบาลโลกตอบสนองอย่างรวดเร็ว โดยบรรลุข้อตกลงในมอนทรีออลในปี 2530 ถึงภายในปี 2553 ยุติการใช้ CFC ระหว่างประเทศที่ลงนาม ความหนาเฉลี่ยของชั้นในรูโอโซน ซึ่งพัฒนาขึ้นทุกปีในช่วงฤดูใบไม้ผลิของทวีปแอนตาร์กติก อยู่ที่ประมาณ 100 DU ซึ่งเป็นความหนาเล็กน้อย หลุมที่ใหญ่ที่สุดที่สังเกตพบคือในปี 2549; มีพื้นที่ 76.30 ล้านตารางกิโลเมตร (29.46 ล้านตารางไมล์) ไม่มีหลุมในปีต่อๆ มา ณ ปี 2014 ที่มีขนาดใหญ่เท่า หลุมโอโซนแรกเหนืออาร์กติกถูกพบในปี 2554 หลังจากฤดูหนาวอาร์กติกที่หนาวเย็นผิดปกติ