El ozono es un gas tóxico de color azul compuesto por tres moléculas de oxígeno (O3), que puede ser un peligro para la salud o beneficioso para la vida en la Tierra dependiendo de dónde se observe en la atmósfera. A niveles más bajos en la atmósfera, la concentración de ozono por encima de las cantidades mínimas puede causar efectos en la salud, afectar el crecimiento de las plantas y causar contaminación del aire y daños en los edificios. En la atmósfera superior a 10-20 millas (20-30 kilómetros) sobre el suelo, el ozono actúa como un escudo para evitar que algunos rayos ultravioleta dañinos del sol lleguen al suelo.
El ozono de bajo nivel se forma a partir de reacciones de vehículos propulsados por petróleo con compuestos orgánicos volátiles (COV) que se encuentran en la gasolina y los disolventes de pintura. A medida que los compuestos se acumulan en la atmósfera, reaccionan con las moléculas normales de oxígeno (O2) y crean ozono y otros compuestos que contribuyen al smog o la contaminación del aire. El ozono es químicamente activo y, cuando se inhala, puede reaccionar con los tejidos pulmonares y causar daños. También es corrosivo y puede causar daños en la construcción debido a reacciones con productos de construcción exteriores.
El ozono en pequeñas concentraciones puede ser beneficioso en usos controlados, porque puede actuar como desinfectante para eliminar los gérmenes. Los generadores de ozono se pueden utilizar para instalaciones de tratamiento de agua y en algunos sistemas de purificación de aire para la eliminación de gérmenes. Esto se mantiene deliberadamente en concentraciones bajas para minimizar los posibles efectos negativos para la salud. Un ejemplo de ozono como purificador de aire ocurre cuando se generan rayos en tormentas eléctricas y el aire huele más fresco después. La alta energía eléctrica de los rayos puede crear ozono a partir de moléculas de oxígeno, que reaccionarán con la contaminación del aire y limpiarán temporalmente el aire.
En la atmósfera superior, el ozono se forma naturalmente por reacciones de moléculas de oxígeno con luz solar de alta intensidad. El ozono es un muy buen absorbente de longitudes de onda de radiación ultravioleta-B (UVB), conocido por promover el cáncer en humanos y muchos animales. El ozono reacciona constantemente con otras partículas y luego se regenera durante el día, manteniendo una concentración constante de ozono. La cantidad es muy pequeña, medida en unas pocas partes por mil millones de partes de aire, pero importante para la protección UVB.
Los clorofluorocarbonos (CFC) se inventaron en la década de 1930 como un grupo de productos necesarios para reemplazar refrigerantes peligrosos como el amoníaco y el cloruro de metilo, que eran inflamables o tóxicos. Las pruebas con CFC mostraron que los seres humanos y los animales podrían estar expuestos de manera segura a fugas de cantidades más pequeñas que se encuentran en hogares y negocios más pequeños sin riesgo. En poco tiempo, los CFC se utilizaron ampliamente en todo el mundo en refrigeración, aerosoles y agentes extintores de incendios.
La investigación que comenzó en la década de 1960 mostró que en algunas partes de la atmósfera superior de la Tierra, la concentración de ozono estaba disminuyendo. En la década de 1980, existía una clara relación entre las pérdidas de la capa de ozono y los CFC liberados al aire que llegaban a la atmósfera superior. Los científicos propusieron que las moléculas de CFC extremadamente estables permanecieron en la atmósfera de la Tierra durante muchos años y, finalmente, las corrientes de aire y el clima les permitieron alcanzar las alturas atmosféricas donde la concentración de ozono era más alta.
La misma energía solar que creó el ozono también fue lo suficientemente fuerte como para romper las moléculas de CFC, liberando moléculas de cloro (Cl). Estas moléculas, junto con el polvo y los cristales de hielo a gran altitud, formaron sitios de reacción que rompieron el ozono y crearon moléculas de oxígeno normales. Aunque estas reacciones ocurrieron en todas partes de la atmósfera, las temperaturas y condiciones climáticas muy bajas que se encontraron sobre el Polo Sur provocaron una mayor velocidad de reacción allí.
Los datos satelitales mostraron una concentración de ozono muy baja sobre el Polo Sur a principios de la primavera polar, después de varios meses de oscuridad. Los científicos y los medios de comunicación acuñaron el término «agujero de ozono» en ese momento para explicar el efecto. Aunque el agujero de ozono era temporal cada primavera y desaparecía con relativa rapidez, suscitaba una gran preocupación por el efecto a largo plazo de los CFC.
En 1987, cerca de 200 países pertenecientes a las Naciones Unidas firmaron el Protocolo de Montreal y acordaron eliminar gradualmente o detener la producción de CFC en años de plazo específicos. Se realizaron cambios en el acuerdo durante las siguientes décadas a medida que nuevas pruebas mostraban un mayor agotamiento del ozono de lo que se pensaba originalmente. Los CFC fueron reemplazados por compuestos con poco o ningún cloro en sus moléculas, llamados hidroclorofluorocarbonos (HCFC) e hidrofluorocarbonos (HFC).
Se desarrolló interés en el uso de gases inflamables como el propano e incluso el amoníaco para algunas aplicaciones, debido a que estos productos no causan el agotamiento de la capa de ozono. A principios del siglo XXI, los fabricantes buscaban formas de incorporar gases inflamables de forma segura en los productos de consumo. La investigación también se amplió para incluir gases no inflamables como el dióxido de carbono y otras tecnologías que podrían enfriar alimentos sin el uso de gases refrigerantes.