Otsoni on sinisen värinen myrkyllinen kaasu, joka koostuu kolmesta happimolekyylistä (O3), joka voi olla joko terveydelle vaarallinen tai hyödyllinen maapallon elämälle riippuen siitä, missä sitä havaitaan ilmakehässä. Alhaisemmilla ilmakehän tasoilla vähimmäismäärän ylittävä otsonipitoisuus voi aiheuttaa terveysvaikutuksia, vaikuttaa kasvien kasvuun ja aiheuttaa ilmansaasteita ja rakennusvaurioita. Ylemmässä ilmakehässä 10–20 mailia (20–30 kilometriä) maanpinnan yläpuolella otsoni toimii suojana estäen auringon haitallisten ultraviolettisäteiden pääsyn maahan.
Alhaisen tason otsoni muodostuu öljyllä toimivien ajoneuvojen reaktioista bensiinissä ja maaliliuottimissa olevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) kanssa. Kun yhdisteet kerääntyvät ilmakehään, ne reagoivat normaalien happimolekyylien (O2) kanssa ja muodostavat otsonia ja muita yhdisteitä, jotka edistävät savu- tai ilmansaastumista. Otsoni on kemiallisesti aktiivinen, ja hengitettynä voi reagoida keuhkokudosten kanssa ja aiheuttaa vaurioita. Se on myös syövyttävää ja voi aiheuttaa rakennusvaurioita ulkopuolisten rakennustuotteiden kanssa.
Otsoni pieninä pitoisuuksina voi olla hyödyllistä kontrolloidussa käytössä, koska se voi toimia desinfiointiaineena bakteerien poistamiseksi. Otsonigeneraattoreita voidaan käyttää vedenkäsittelylaitoksissa ja joissakin ilmanpuhdistusjärjestelmissä bakteerien poistamiseksi. Tätä pidetään tarkoituksellisesti pieninä pitoisuuksina mahdollisten kielteisten terveysvaikutusten minimoimiseksi. Esimerkki otsonista ilmanpuhdistimena ilmenee, kun ukkosmyrskyissä syntyy salama ja ilma haisee raikkaammalta sen jälkeen. Salaman suuri sähköenergia voi luoda otsonia happimolekyyleistä, jotka reagoivat ilmansaasteiden kanssa ja puhdistavat tilapäisesti ilman.
Yläilmakehässä otsonia muodostuu luonnollisesti happimolekyylien reaktioiden ja voimakkaan auringonvalon vaikutuksesta. Otsoni on erittäin hyvä ultravioletti-B (UVB) -säteilyn aallonpituuksien absorboija, jonka tiedetään edistävän syöpää ihmisillä ja monilla eläimillä. Otsoni reagoi jatkuvasti muiden hiukkasten kanssa ja uusiutuu sitten päivän aikana pitäen otsonipitoisuuden vakiona. Määrä on hyvin pieni, mitattuna muutamalla miljoonasosalla ilmaosaa, mutta tärkeä UVB -suojan kannalta.
Kloorifluorihiilivedyt (CFC -yhdisteet) keksittiin 1930 -luvulla tuoteryhmänä, joka tarvitaan korvaamaan vaaralliset kylmäaineet, kuten ammoniakki ja metyylikloridi, jotka ovat joko tulenarkoja tai myrkyllisiä. CFC -yhdisteillä tehdyt testit osoittivat, että ihmiset ja eläimet voivat altistua turvallisesti pienemmille määrille, joita löytyy kodeista ja pienistä yrityksistä ilman riskiä. Lyhyessä ajassa CFC -yhdisteitä käytettiin laajalti ympäri maailmaa jäähdytyksessä, aerosolisuihkepulloissa ja sammutusaineissa.
1960 -luvulla aloitetut tutkimukset osoittivat, että otsonipitoisuus laski joissakin osissa maapallon yläilmakehää. Vielä 1980 -luvulla otsonikerroksen häviämisen ja ilmakehän yläosaan ilmaan vapautuvien CFC -yhdisteiden välillä oli selvä yhteys. Tutkijat ehdottivat, että erittäin vakaat CFC -molekyylit pysyivät maapallon ilmakehässä monta vuotta, ja lopulta ilmavirrat ja sää antoivat niiden saavuttaa ilmakehän korkeudet, joissa otsonipitoisuus oli korkein.
Sama otsonin synnyttävä auringonvalo oli myös riittävän voimakas hajottamaan CFC -molekyylit ja vapauttamaan kloorimolekyylejä (Cl). Nämä molekyylit yhdessä pölyn ja korkeiden jääkiteiden kanssa muodostivat reaktiokohtia, jotka hajottivat otsonin ja loivat normaaleja happimolekyylejä. Vaikka nämä reaktiot tapahtuivat kaikkialla ilmakehässä, erittäin alhaiset lämpötilat ja etelänavan yläpuolella olevat sääolosuhteet aiheuttivat korkeamman reaktionopeuden siellä.
Satelliittitiedot osoittivat hyvin alhaisen otsonipitoisuuden etelänavan yläpuolella hyvin varhaisella napakeväällä useiden kuukausien pimeyden jälkeen. Tiedemiehet ja tiedotusvälineet keksivät tuolloin termin “otsonireikä” selittääkseen vaikutuksen. Vaikka otsonireikä oli tilapäinen joka kevät ja katosi suhteellisen nopeasti, se herätti suurta huolta CFC-yhdisteiden pitkäaikaisesta vaikutuksesta.
Vuonna 1987 lähes 200 Yhdistyneiden Kansakuntien maata allekirjoitti Montrealin pöytäkirjan ja sopivat CFC-yhdisteiden tuotannon lopettamisesta tai lopettamisesta määräaikaan mennessä. Sopimukseen tehtiin muutoksia seuraavien vuosikymmenten aikana, koska uudet todisteet osoittivat suurempaa otsonikerrosta kuin alun perin luultiin. CFC -yhdisteet korvattiin yhdisteillä, joiden molekyyleissä oli vähän tai ei lainkaan klooria, nimeltään halogenoidut kloorifluorihiilivedyt (HCFC) ja fluorihiilivedyt (HFC).
Kiinnostus herkästi syttyvien kaasujen, kuten propaanin ja jopa ammoniakin, käyttöön joissakin sovelluksissa, koska nämä tuotteet eivät aiheuta otsonikerroksen heikentymistä. 21. vuosisadan alussa valmistajat etsivät tapoja sisällyttää palavia kaasuja turvallisesti kuluttajatuotteisiin. Tutkimusta laajennettiin myös sisältämään palamattomia kaasuja, kuten hiilidioksidia ja muita tekniikoita, jotka voivat jäähdyttää ruokaa ilman kylmäainekaasuja.