Ozon adalah gas beracun berwarna biru yang terdiri dari tiga molekul oksigen (O3), yang dapat membahayakan kesehatan atau bermanfaat bagi kehidupan di Bumi, tergantung di mana ia diamati di atmosfer. Pada tingkat yang lebih rendah di atmosfer, konsentrasi ozon di atas jumlah minimal dapat menyebabkan efek kesehatan, mempengaruhi pertumbuhan tanaman, dan menyebabkan polusi udara dan kerusakan bangunan. Di atmosfer atas 10-20 mil (20-30 kilometer) di atas tanah, ozon bertindak sebagai perisai untuk mencegah beberapa sinar ultraviolet yang berbahaya dari matahari mencapai tanah.
Ozon tingkat rendah terbentuk dari reaksi kendaraan bertenaga minyak bumi dengan senyawa organik volatil (VOC) yang ditemukan dalam bensin dan pelarut cat. Saat senyawa menumpuk di atmosfer, mereka bereaksi dengan molekul oksigen normal (O2) dan menciptakan ozon dan senyawa lain yang berkontribusi terhadap kabut asap atau polusi udara. Ozon secara kimiawi aktif, dan ketika dihirup dapat bereaksi dengan jaringan paru-paru dan menyebabkan kerusakan. Ini juga korosif dan dapat menyebabkan kerusakan bangunan karena reaksi dengan produk bangunan eksterior.
Ozon dalam konsentrasi kecil dapat bermanfaat dalam penggunaan yang terkontrol, karena dapat bertindak sebagai desinfektan untuk menghilangkan kuman. Generator ozon dapat digunakan untuk fasilitas pengolahan air dan di beberapa sistem pemurnian udara untuk menghilangkan kuman. Ini sengaja disimpan dalam konsentrasi rendah untuk meminimalkan potensi efek kesehatan negatif. Contoh ozon sebagai pembersih udara terjadi ketika petir dihasilkan dalam badai petir, dan udara menjadi lebih segar setelahnya. Energi listrik yang tinggi pada petir dapat membuat ozon dari molekul oksigen, yang akan bereaksi dengan polusi udara dan untuk sementara membersihkan udara.
Di bagian atas atmosfer, ozon terbentuk secara alami oleh reaksi molekul oksigen dengan sinar matahari berintensitas tinggi. Ozon adalah penyerap yang sangat baik dari panjang gelombang radiasi ultraviolet-B (UVB), yang dikenal dapat memicu kanker pada manusia dan banyak hewan. Ozon terus-menerus bereaksi dengan partikel lain dan kemudian diregenerasi pada siang hari, mempertahankan konsentrasi ozon yang konstan. Jumlahnya sangat kecil, diukur pada beberapa bagian per miliar bagian udara, tetapi penting untuk perlindungan UVB.
Klorofluorokarbon (CFC) ditemukan pada 1930-an sebagai kelompok produk yang diperlukan untuk menggantikan zat pendingin berbahaya seperti amonia dan metil klorida, yang mudah terbakar atau beracun. Pengujian dengan CFC menunjukkan bahwa manusia dan hewan dapat dengan aman terpapar kebocoran dalam jumlah kecil yang ditemukan di rumah dan bisnis kecil tanpa risiko. Dalam waktu singkat, CFC secara luas digunakan di seluruh dunia dalam pendingin, kaleng semprot aerosol, dan agen pemadam kebakaran.
Penelitian yang dimulai pada 1960-an menunjukkan bahwa di beberapa bagian atmosfer atas bumi, konsentrasi ozon menurun. Pada 1980-an, ada hubungan yang jelas antara hilangnya lapisan ozon dan CFC yang dilepaskan ke udara yang mencapai atmosfer bagian atas. Para ilmuwan mengusulkan bahwa molekul CFC yang sangat stabil tetap berada di atmosfer bumi selama bertahun-tahun, dan akhirnya arus udara dan cuaca memungkinkan mereka mencapai ketinggian atmosfer di mana konsentrasi ozon tertinggi.
Energi sinar matahari yang sama yang menciptakan ozon juga cukup kuat untuk memecah molekul CFC, melepaskan molekul klorin (Cl). Molekul-molekul ini, bersama dengan debu dan kristal es di ketinggian, membentuk tempat reaksi yang memecah ozon dan menciptakan molekul oksigen normal. Meskipun reaksi ini terjadi di mana-mana di atmosfer, suhu yang sangat rendah dan kondisi cuaca yang ditemukan di Kutub Selatan menyebabkan laju reaksi yang lebih tinggi di sana.
Data satelit menunjukkan konsentrasi ozon yang sangat rendah di Kutub Selatan pada awal musim semi kutub, setelah beberapa bulan kegelapan. Para ilmuwan dan media menciptakan istilah “lubang ozon” pada saat itu untuk menjelaskan efeknya. Meskipun lubang ozon bersifat sementara setiap musim semi, dan menghilang relatif cepat, hal itu menimbulkan kekhawatiran besar atas efek jangka panjang dari CFC.
Pada tahun 1987, hampir 200 negara yang tergabung dalam Perserikatan Bangsa-Bangsa menandatangani Protokol Montreal, dan setuju untuk menghentikan atau menghentikan produksi CFC pada tahun-tahun tenggat waktu tertentu. Perubahan dilakukan pada kesepakatan selama beberapa dekade berikutnya karena bukti baru menunjukkan penipisan ozon yang lebih tinggi daripada yang diperkirakan semula. CFC digantikan oleh senyawa dengan sedikit atau tanpa klorin dalam molekulnya, yang disebut hidroklorofluorokarbon (HCFC) dan hidrofluorokarbon (HFC).
Minat berkembang dalam penggunaan gas yang mudah terbakar seperti propana dan bahkan amonia untuk beberapa aplikasi, karena produk ini tidak menyebabkan penipisan ozon. Pada awal abad ke-21, produsen mencari cara untuk memasukkan gas yang mudah terbakar dengan aman ke dalam produk konsumen. Penelitian juga diperluas untuk memasukkan gas yang tidak mudah terbakar seperti karbon dioksida dan teknologi lain yang dapat mendinginkan makanan tanpa menggunakan gas pendingin.