Високо в стратосфері, приблизно на 32 кілометри (20 миль) над поверхнею Землі, умови якраз підходять для підтримки концентрації 8 частин на мільйон озону. Це добре, бо озон сильно поглинає ультрафіолетове випромінювання, яке в іншому випадку створило б неприємні умови для життя на Землі. Першим кроком до розуміння важливості озонового шару є розуміння того, наскільки добре озон поглинає ультрафіолетове випромінювання.
Озоновий шар
Озон утворюється при зіткненні вільного атома кисню з молекулою кисню. Це трохи складніше, ніж тому, що інша молекула повинна знаходитися по сусідству, щоб якось просунути озоноутворюючу реакцію. Молекула кисню складається з двох атомів кисню, а молекула озону - з трьох атомів кисню.
Молекули озону поглинають ультрафіолетове випромінювання, і коли вони розпадаються, вони розпадаються на двоатомну молекулу кисню і вільний атом кисню. Коли тиск повітря в самий раз, вільний кисень швидко знайде іншу молекулу кисню і зробить іншу молекулу озону.
На висоті, де швидкість утворення озону збігається зі швидкістю поглинання ультрафіолету, є стійкий озоновий шар.
Ультрафіолетове випромінювання
Ультрафіолетове, або УФ-випромінювання часто називають УФ-світлом, оскільки це форма електромагнітного випромінювання, лише дещо відрізняється від видимого світла. Однак ця невелика різниця дуже важлива, оскільки пучки УФ-світла містять більше енергії, ніж видиме світло. УФ-спектр починається там, де закінчується видимий спектр, з довжиною хвилі близько 400 нанометрів (менше 400 мільярдних ярдів). УФ-спектр охоплює область довжини хвилі до 100 нанометрів. Чим коротша довжина хвилі, тим вища енергія випромінювання. УФ-спектр розбивається на три області, які називаються UV-A, UV-B та UV-C. UV-A охоплює від 400 до 320 нанометрів; UV-B продовжується до 280 нанометрів; UV-C містить залишок, від 280 до 100 нанометрів.
УФ та матерія
Взаємодія світла і речовини - це обмін енергією. Наприклад, електрон в атомі може мати додаткову енергію для позбавлення. Одним із способів він може скинути додаткову енергію, випромінюючи крихітний пучок світла, який називається фотоном. Енергія фотона відповідає зайвій енергії, яку позбавляє електрон. Це працює і навпаки. Якщо енергія фотона точно відповідає енергії, необхідній електрону, фотон може віддавати цю енергію електрону. Якщо фотон має або занадто багато, або занадто мало енергії, він не поглинеться.
Ультрафіолетове світло має більше енергії, ніж радіо, інфрачервоне або видиме світло. Це означає, що деякі ультрафіолети - особливо коротші довжини хвиль - мають стільки енергії, що можуть відірвати електрони від своїх домашніх атомів або молекул. Це процес, який називається іонізацією, і тому ультрафіолетові хвилі небезпечні: вони іонізують електрони і пошкоджують молекули. Ультрафіолетові хвилі є найнебезпечнішими, потім з’являються УФ-В і, нарешті, УФ-А.
Поглинання озону
Виявляється, енергетичні рівні електронів у молекулі озону збігаються з ультрафіолетовим спектром. Озон поглинає понад 99 відсотків ультрафіолетових променів - найнебезпечнішої частини спектру. Озон поглинає близько 90 відсотків ультрафіолетових променів, але 10 відсотків, які проникають, є важливим фактором для спричинення сонячних опіків та запуску раку шкіри. Озон поглинає близько 50 відсотків ультрафіолетових променів.
Ці цифри залежать від щільності озону в атмосфері. Викиди хлорфторуглероду змінюють баланс утворення та руйнування озону, нахиляючи його до руйнування та зменшуючи щільність озону в стратосфері. Якщо ця тенденція буде тривати нескінченно довго, NASA пояснює, наскільки серйозними будуть наслідки: "Без озону інтенсивне УФ-випромінювання Сонця стерилізувало б поверхню Землі".