1985 г. специалисты из Британской Антарктической Службы исследования атмосферы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%.
Вскоре это подтвердили другие исследователи, показавшие, что область пониженного содержания озона уходит за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озоновый Эксперимент. В течение эксперимента ученые из четырех стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и химические процессы, которые там вибуваються. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озоновая "дыра". В начале 1980-х, по измерениям со спутника «Нимбус-7», аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так - около 9%. В среднем на Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона снизился на 5%.
Уменьшение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности Земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения Солнца интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах). По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет подобный ионизирующего излучений, однако, из-за большей, чем в Ц-излучения, длину волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, вызывает рак кожи, особенно мимолетные злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение заболевания раком кожи, однако множество других факторов (например, популярность загара возросла, и это привело к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ-облучения) не позволяет однозначно утверждать, что это повлекло уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон является основой пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без украшений можно сказать, что практически вся жизнь приповерхностных слоев морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет средство защиты от жесткого УФ-излучения, но при этом рискует умереть от голода. Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов. Тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NOX) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. Сейчас в коммерческих целях используется только "Конкорд", совершающий несколько рейсов в неделю между Америкой и Европой, из военных самолетов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как В1-В или Ту-160, и разведывательные самолеты типа SR-71 . Такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонового слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности Земли в результате сжигания ископаемого топлива, массового производства и применения азотных удобрений также представляет определенную опасность для озонового слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, однако хлоратни твердые топлива используемые в современных космических системах, например в твердотопливных ускорителях "Спейс-Шаттл» или «Ариан», могут наносить серьезный локальной вред озоновому слою в районе запуска.
1974 p. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфлуорвуглеци (ХФУ) могут разрушать озон. С тех пор так называемая хлорфлуорвуглецева проблема стала одной из основных в исследованиях на загрязнение атмосферы. Хлорфлуорвуглеци уже более 60 лет используются как «хладагенты» в холодильниках и кондиционерах, пропеллент для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, в химической чистке одежды, производстве пенопластиков. Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку очень стабильными и неактивными, а следовательно, нетоксичными. Как это ни паро-доксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, который имеет границы от поверхности Земли до высоты 10 км), как это происходит с большинством оксидов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатора: в ходе химического процесса его количество не уменьшается.
Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100000 молекул озона, прежде чем будет деактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу оценивается миллионами тонн, но нужно отметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие ХФУ, уже попавших в атмосферу, продлится несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух ХФУ - фреона-11 (CFC13) и фреона-12 (CF2C12) - составляет 75 и 100 лет соответственно.
Принимая во внимание эти аргументы, многие страны начали принимать меры, направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 наиболее развитые страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасны. Однако такие аэрозоли уже используют во многих странах мира. Сложнее с холодильными установками - вторым потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, а это очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью флуорованих углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.
К особо опасных врагов атмосферы, кроме хладонов, принадлежит также цели л бромид. Этот газ используется в сельском хозяйстве как средство защиты растений. Но метилбромид хорошо уничтожает не только вредителей в почве, но и озон в воздухе. Причем даже в высших слоях атмосферы.