วัฏจักรโอโซน ของ การลดลงของโอโซน

ภาพแสดงวัฏจักรโอโซน

โอโซน[2] คือโมเลกุลของออกซิเจนจำนวนสามอะตอม (O3) มาทำพันธะต่อกัน แทนที่จะเป็นออกซิเจนสองอะตอม (O2) ตามปกติที่พบโดยทั่วไปบนพื้นผิวโลก แต่เมื่อโมเลกุลอออกซิเจน (O2) ได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ในกระบวนการโฟโตไลซิส (Photolysis) จะแตกตัวเป็นออกซิเจนสองอะตอมแล้วกลับไปรวมกันเป็นออกซิเจนสามอะตอมหรือโอโซนอีกครั้งหนึ่ง โอโซนที่เกิดขึ้นนั้นจะอยู่ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ หลังจากโมเลกุลโอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า 240 นาโนเมตร จะแตกตัวได้โมเลกุลออกซิเจน (O2) และโมลกุลออกซิเจนที่เป็นอนุมูลอิสระ และโมเลกุลออกซิเจนอนุมูลอิสระจะไปรวมกับโมเลกุลออกซิเจน (O2) กลับมาเป็นโอโซนดังเดิม กระบวนการดูดซับพลังงานของโอโซนเป็นกระบวนการสำคัญที่ช่วยป้องกันโลกจะรังสีรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสียูวี แต่เมือโอโซนได้รับโมเลกุลออกซิเจนอิสระก็จะสร้างพันธะเคมีใหม่ได้เป็น โมเลกุลออกซิเจน (O2) สองโมเลกุล ดังสมการเคมีต่อไปนี้

O + O 3 ⟶ 2 O 2 {\displaystyle \mathrm {O+O_{3}\longrightarrow 2\ O_{2}} }

ความสมดุลของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์จะถูกกำหนดโดยอัตราการเกิดโอโซนในธรรมชาติและอัตราการทำลายโอโซน โอโซนสามารถถูกทำลายได้โดยการเกิดปฏิกิริยากับสารจำพวกอนุมูลอิสระ [3]เช่น กลุ่มไฮดรอกซิลที่รุนแรง (HOx) กลุ่มไนตริก (NOx) กลุ่มคลอรีน (Clx) และกลุ่มโบรมีน (Brx) ซึ่งสารทั้งหมดที่กล่าวมาเป็นสารเคมีที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ที่ส่งผลต่อโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ แต่การเพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมต่างๆ ในโลกทำให้มีการใช้สารเคมีกลุ่มที่ทำลายโอโซนมากขึ้นโดยเฉพาะสารคลอรีน (Cl) และโบรมีน (Br) ที่จะเป็นองค์ประกอบของสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า “CFCs” เป็นสารที่มีคุณสมบัติในการดูดความเย็นและมีอายุยืนยาวสลายตัวยาก CFCs เป็นสารที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ทำความเย็น เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ และสเปรย์

อะตอมคลอรีนและโบรมีนสามารถเข้าทำลายโมเลกุลโอโซนได้โดยง่ายที่อาศัยปัจจัยในสิ่งแวลล้อมเข้าช่วยนั้นคือ รังสียูวี รังสียูวีจะทำให้โมเลกุลของคลอรีนแตกตัวเป็นคลอรีนอิสระซึ่งสามารถทำลายโมลเลกุลของโอโซนได้ดีมาก โดยหนึ่งโมเลกุลคลอรีนสารมาทำลายโมเลกุลโอโซนได้หลายพันโมเลกุล ดังสมการต่อไปนี้

1 ) C l + O 3 ⟶ C l O + O 2 {\displaystyle \mathrm {1)\ Cl+O_{3}\longrightarrow ClO+O_{2}} } 2 ) C l O + O 3 ⟶ C l + 2 O 2 {\displaystyle \mathrm {2)\ ClO+O_{3}\longrightarrow Cl+2\ O_{2}} }

อะตอมของคลอรีนเปลี่ยนแปลงโมเลกุลโอโซนได้ก๊าซออกซิเจนและคลอรีนออกไซด์
คลอรีนออกไซด์จากสมการด้านบนจะเข้าทำลายโมเลกุลโอโซนที่สองและเกิดก๊าซออกซิเจน และอะตอมของคลอรีนจะสามารถเข้าทำลายโมเลกุลโอโซนได้อีกหลายโมเลกุล