Suy giảm ozon
Các nguyên nhân của lỗ thủng ozon

Lỗ thủng ozon ở Nam Cực là một khu vực của tầng bình lưu ở Nam Cực, trong đó mức ozon gần đây đã giảm xuống mức thấp nhất, chỉ còn 33% so với giá trị trước đó năm 1975. Lỗ thủng tầng ozon xảy ra vào mùa xuân ở Nam Cực, từ tháng 9 đến đầu tháng 12, khi gió Tây mạnh bắt đầu lưu thông quanh lục địa này và tạo ra một bình chứa khí quyển. Trong vòng xoáy địa cực này, hơn 50 phần trăm ozon ở tầng bình lưu thấp hơn bị phá hủy trong mùa xuân ở Nam Cực.
Như đã giải thích ở trên, nguyên nhân chính của sự suy giảm tầng ozon là sự hiện diện của các khí nguồn chứa clo (chủ yếu là CFC và các halocarbon liên quan). Khi có tia cực tím, các khí này phân ly, giải phóng các nguyên tử clo, sau đó trở thành chất xúc tác phá hủy ozon. Sự suy giảm tầng ozon do Cl xúc tác có thể diễn ra trong pha khí, nhưng nó được tăng cường đáng kể khi có các đám mây tầng bình lưu ở cực (PSC).
Những đám mây ở tầng bình lưu ở hai cực này hình thành trong mùa đông, trong điều kiện cực kỳ lạnh giá. Mùa đông vùng cực là bóng tối, bao gồm ba tháng không có bức xạ mặt trời (ánh sáng mặt trời). Việc thiếu ánh sáng mặt trời góp phần làm giảm nhiệt độ và các xoáy cực bẫy và làm lạnh không khí. Nhiệt độ dao động xung quanh hoặc dưới −80 °C. Những nhiệt độ thấp này tạo thành các hạt mây. Có ba loại mây PSC — mây trihydrat axit nitric, mây băng nước làm lạnh chậm và mây băng nước (xà cừ) làm lạnh nhanh — cung cấp bề mặt cho các phản ứng hóa học mà các sản phẩm của chúng, vào mùa xuân sẽ dẫn đến phá hủy tầng ozon.
Các quá trình quang hóa liên quan rất phức tạp nhưng được hiểu rất rõ. Quan sát chính là, thông thường, hầu hết clo trong tầng bình lưu nằm trong các hợp chất "hồ chứa", chủ yếu là clo nitrat ( ClONO
2) cũng như các sản phẩm cuối cùng ổn định như HCl. Sự hình thành các sản phẩm cuối cùng về cơ bản loại bỏ Cl từ quá trình suy giảm tầng ozon. Trình tự đầu tiên cô lập Cl, mà sau này có thể được tạo ra nhờ sự hấp thụ ánh sáng ở bước sóng ngắn hơn 400 nm. Tuy nhiên, trong suốt mùa đông và mùa xuân ở Nam Cực, các phản ứng trên bề mặt của các hạt đám mây ở tầng bình lưu ở cực chuyển đổi các hợp chất "hồ chứa" này thành các gốc tự do phản ứng (Cl và ClO). Quá trình khử nitơ là quá trình các đám mây loại bỏ NO
2 từ tầng bình lưu bằng cách chuyển nó thành axit nitric trong các hạt PSC, sau đó chúng bị mất đi do lắng đọng. Điều này ngăn không cho ClO mới hình thành chuyển đổi trở lại thành ClONO
2.
Vai trò của ánh sáng mặt trời đối với sự suy giảm tầng ozon là lý do tại sao sự suy giảm tầng ozon ở Nam Cực diễn ra mạnh nhất vào mùa xuân. Trong mùa đông, mặc dù PSC ở mức dồi dào nhất, nhưng không có ánh sáng nào trên cột ozon để thúc đẩy các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, trong suốt mùa xuân, ánh sáng mặt trời quay trở lại và cung cấp năng lượng để thúc đẩy các phản ứng quang hóa và làm tan chảy các đám mây ở tầng bình lưu ở cực, giải phóng một lượng đáng kể ClO, dẫn đến cơ chế lỗ thủng. Nhiệt độ ấm lên hơn nữa vào gần cuối mùa xuân phá vỡ vòng xoáy vào khoảng giữa tháng 12. Do không khí ấm, luồng không khí tràn đầy ozon và NO
2 chảy từ các vĩ độ thấp hơn lên các vĩ độ cao, các chất PSC bị phá hủy, quá trình suy giảm tầng ozon tăng cường ngưng lại và lỗ thủng ozon bị đóng lại.
Hầu hết ozon bị phá hủy nằm ở tầng bình lưu thấp hơn, ngược lại với sự suy giảm ozon nhỏ hơn nhiều thông qua các phản ứng pha khí đồng nhất, xảy ra chủ yếu ở tầng bình lưu trên.