In toposfera (pana la atitudinea de 10 km) sub actiunea radiatiilor ultraviolete cu lungimea de unda λ<242 nm, emanate de Soare, oxigenul molecular este scindat in atomi:
O2 O + O (1)
Atomii de oxigen (foarte reactivi), in prezenta unui martor (M) care preia excesul de energie, reactioneaza cu molecule de oxigen si formeaza ozon:
O2 + O+ M →O3+ M (2)
La randul sau si ozonul este descompus de catre radiatiile ultraviolete cu lungimea de unda λ< 320 nm:
O3 O2 + O (3)
Oxigenul atomic rezultat poate reactiona cu ozonul spre a forma oxigen molecular:
O+ O3 → O2+ O2 (4)
Aceste radiatii prezinta importanta doar in toposfera si conduc la mici concentratii de ozon (40 - 80 µg/cm3 aer).
In stratosfera, de la inaltimea de 10-15 km si pana la 35 km, concentratia de ozon este destul de mare si anume cantitatea maxima de ozon in acest strat este de 450 unitati Dobson. O unitate Dobson (DU) reprezinta cantitatea de ozon care se afla intr-un strat de ozon pur de grosime 0,01 mm, in conditii normale. Acest strat de ozon este foarte important pentru viata de pe Pamant, deoarece prin reactia (3) ozonul absoarbe cea mai mare parte a radiatiilor UV emise de Soare, care in caz contrar ar afecta viata organismelor de pe Pamant.
Formarea si grosimea stratului de ozon se poate intelege astfel: la inaltimi mai mari de 35 km, oxigen molecular este putin. In consecinta, se formeaza putin oxigen atomic prin reactia (1) si deci si putin ozon prin reactia (2). De la inaltimea de 35 km si pana la 10-15 km, reactiile (1) si (2) devin predominante, ceea ce contribuie la formarea unui strat cu concentratia de ozon foarte mare. La inaltimi mai mici de 10-15 km doar putine radiatii ultraviolete, cu λ<240 nm au ramas neabsorbite, astfel ca prin reactia (1) se formeaza mai putin oxigen atomic, deci si ozon mai putin.
Incepand cu anul 1974, mai multi oameni de stiinta, dintre care amintim pe Molina si Rowland, au aratat ca la Polul Sud si mai putin la Polul Nord a aparut o "gaura" in stratul de ozon, adica in aceste zone a scazut foarte mult concentratia de ozon in stratosfera. S-a aratat ca la distrugerea stratului de ozon contribuie avioanele supersonica prin gazele emanate, precum si unii produsi chimici cum sunt freonii (CF2Cl2, CFCl3),sintetizati si utilizati in instalatiile frigorifice sau la spray-uri. Masuratorile au aratat ca cea mai redusa concentratie de ozon se observa primavara iar vara, aceasta se reface partial.
Deoarece activitatile productive prin care se produc agentii chimici care distrug stratul de ozon sunt inexistenti la poli, iar avioanele supersonice nu au culoare de zbor in jurul polilor geografici ai Pamatului, s-a pus problema cauzelor care produc aceasta "gaura" in stratul de ozon la poli si nu deasupra Americii de Nord sau deasupra Europei.
Marea stabilitate a freonului prezinta si incoveniente. El se acumuleaza la altitudini cuprinse intre 20-50 km. Cand moleculele de freon patrund in stratul de ozon, sub actiunea razelor ultraviolete se rup legaturile C-Cl rezultand atomi liberi de Cl. Acestia catalizeaza reactia de descompunere a O3 in O2, reactia (2). Rezultatul consta in marirea fluxului de raze ultraviolete care ajung pe Pamant, determinat aparitia cancerului de piele, modificari climatice, etc. In anii `70 Dr. Colin Lea din Marea Britanie a atras atentia asupra pericolului distrugerii stratului de ozon ca urmare a utilizarii clorofluorcarburilor (CFC). In 1987 prin Protocolul de la Montreal s-au stabilit principiile unui control mondial asupra CFC. La acces protocol au aderat circa 180 tari. Ca urmare, emisia de substante care distrug stratul de ozon a fost redusa la 10% fata de valoarea maxima din anii `70. Cu toate aceste, refacerea stratului de ozon nu este asteptata inainte de mijlocul secolului urmator.
In ultimii 30 de ani au avut loc studii si cercetari sistematice cu privire la distrugerea startului de ozon din stratosfera, ceea ce a condus la contribuirea Premiului Nobel pentru chimie in anul 1995 meteorologului olandez Paul J. Crutzen si chimistilor americani Mario J. Molina, si Sherwood Rowland. Astfel, inca in anul 1974 Molina si Rowland au aratat ca la distrugerea startului de ozon contribuie in cea mai mare masura freonii. In atmosfera, sub actiunea radiatiilor UV, freonii, exemplificati mai jos prin CFCl3, sufera urmatoarea reactie (radicalul hidroxil provine din disocierea apei):
CFCl3+ O2+ ˙OH CO2+ HF+ 3( Cl˙ sau ClO˙) (5)
Radicalii Cl si ClO reactioneaza cu ozonul si il transforma in oxigen molecular:
Cl˙ + O3 → ClO˙ + O2 (6)
Oxidul de clor nu distruge direct stratul de ozon, deoarece el nu reactioneaza cu ozonul, ci cu oxigenul atomic rezultat din reactiile (1) sau (3):
ClO˙ + O → Cl˙ + O2 (7)
In acest fel este inhibata reactia de formare a ozonului din oxigen atomic si oxigen molecular.
