Ozon ist ein blau gefärbtes giftiges Gas, das aus drei Sauerstoffmolekülen (O3) besteht und je nachdem, wo es in der Atmosphäre beobachtet wird, entweder gesundheitsschädlich oder förderlich für das Leben auf der Erde sein kann. Bei niedrigeren Konzentrationen in der Atmosphäre kann eine Ozonkonzentration über minimalen Mengen gesundheitliche Auswirkungen haben, das Pflanzenwachstum beeinträchtigen und Luftverschmutzung und Gebäudeschäden verursachen. In der oberen Atmosphäre 10-20 Kilometer über dem Boden wirkt Ozon als Schutzschild, um zu verhindern, dass einige schädliche ultraviolette Strahlen der Sonne den Boden erreichen.
Niedriges Ozon wird durch Reaktionen von erdölbetriebenen Fahrzeugen mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) gebildet, die in Benzin- und Lacklösungsmitteln enthalten sind. Wenn sich die Verbindungen in der Atmosphäre aufbauen, reagieren sie mit normalen Sauerstoffmolekülen (O2) und erzeugen Ozon und andere Verbindungen, die zu Smog oder Luftverschmutzung beitragen. Ozon ist chemisch aktiv und kann beim Einatmen mit dem Lungengewebe reagieren und Schäden verursachen. Es ist außerdem korrosiv und kann durch Reaktionen mit Außenbauprodukten Bauschäden verursachen.
Ozon in geringen Konzentrationen kann bei kontrollierten Anwendungen von Vorteil sein, da es als Desinfektionsmittel zur Entfernung von Keimen wirken kann. Ozongeneratoren können in Wasseraufbereitungsanlagen und in einigen Luftreinigungsanlagen zur Entkeimung eingesetzt werden. Dies wird bewusst in niedrigen Konzentrationen gehalten, um mögliche negative Auswirkungen auf die Gesundheit zu minimieren. Ein Beispiel für Ozon als Luftreiniger tritt auf, wenn bei Gewittern Blitze erzeugt werden und die Luft danach frischer riecht. Die hohe elektrische Energie von Blitzen kann aus Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugen, das mit der Luftverschmutzung reagiert und die Luft vorübergehend reinigt.
In der oberen Atmosphäre wird Ozon auf natürliche Weise durch Reaktionen von Sauerstoffmolekülen mit hochintensivem Sonnenlicht gebildet. Das Ozon ist ein sehr guter Absorber von ultravioletten B (UVB)-Wellenlängen, von denen bekannt ist, dass sie Krebs bei Menschen und vielen Tieren fördern. Ozon reagiert ständig mit anderen Partikeln und wird dann im Laufe des Tages regeneriert, um eine konstante Ozonkonzentration aufrechtzuerhalten. Die Menge ist sehr gering, gemessen mit einigen Teilen pro Milliarde Teile Luft, aber wichtig für den UVB-Schutz.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden in den 1930er Jahren als eine Gruppe von Produkten erfunden, die benötigt wurden, um gefährliche Kältemittel wie Ammoniak und Methylchlorid, die entweder entzündlich oder giftig waren, zu ersetzen. Tests mit FCKW zeigten, dass Menschen und Tiere gefahrlos und ohne Risiko den Leckagen kleinerer Mengen in Haushalten und kleineren Unternehmen ausgesetzt werden können. Innerhalb kurzer Zeit wurden FCKW weltweit in Kühl-, Aerosol- und Feuerlöschmitteln eingesetzt.
Forschungen, die in den 1960er Jahren begannen, zeigten, dass in einigen Teilen der oberen Erdatmosphäre die Ozonkonzentration abnahm. In den 1980er Jahren gab es einen klaren Zusammenhang zwischen Ozonschichtverlusten und FCKW, die an die Luft abgegeben wurden, die die obere Atmosphäre erreichte. Wissenschaftler schlugen vor, dass die extrem stabilen FCKW-Moleküle viele Jahre in der Erdatmosphäre verblieben und schließlich durch Luftströmungen und Wetter die atmosphärischen Höhen erreichten, in denen die Ozonkonzentration am höchsten war.
Dieselbe Sonnenlichtenergie, die Ozon erzeugte, war auch stark genug, um die FCKW-Moleküle zu zerbrechen und Chlormoleküle (Cl) freizusetzen. Diese Moleküle bildeten zusammen mit Staub und Eiskristallen in großer Höhe Reaktionsstellen, die Ozon zerlegten und normale Sauerstoffmoleküle erzeugten. Obwohl diese Reaktionen überall in der Atmosphäre auftraten, verursachten sehr niedrige Temperaturen und Wetterbedingungen über dem Südpol dort eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit.
Satellitendaten zeigten im sehr frühen Polarfrühling nach mehreren Monaten Dunkelheit eine sehr niedrige Ozonkonzentration über dem Südpol. Wissenschaftler und Medien haben damals den Begriff „Ozonloch“ geprägt, um die Wirkung zu erklären. Obwohl das Ozonloch jedes Frühjahr vorübergehend war und relativ schnell verschwand, gab es große Besorgnis über die langfristigen Auswirkungen von FCKW.
1987 unterzeichneten fast 200 der Vereinten Nationen angehörende Länder das Montrealer Protokoll und vereinbarten, die FCKW-Produktion bis zu bestimmten Fristen auslaufen zu lassen oder einzustellen. In den folgenden Jahrzehnten wurden Änderungen an der Vereinbarung vorgenommen, da neue Beweise einen höheren Ozonabbau als ursprünglich angenommen zeigten. FCKW wurden durch Verbindungen mit wenig oder keinem Chlor in ihren Molekülen ersetzt, die als Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HCFC) und Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) bezeichnet werden.
Das Interesse an der Verwendung von brennbaren Gasen wie Propan und sogar Ammoniak für einige Anwendungen entwickelte sich, da diese Produkte keinen Ozonabbau verursachen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts suchten Hersteller nach Möglichkeiten, brennbare Gase sicher in Konsumgüter einzubringen. Die Forschung wurde auch auf nicht brennbare Gase wie Kohlendioxid und andere Technologien ausgeweitet, die Lebensmittel ohne den Einsatz von Kühlgasen kühlen könnten.