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À une altitude d’environ 32 km (20 mi) au-dessus de la surface de la Terre, la stratosphère héberge une concentration stable d’environ 8 parties par million d’ozone. Ce bouclier mince et invisible joue un rôle vital en absorbant les rayons ultraviolets (UV) qui autrement créeraient des conditions hostiles à la vie.
L'ozone (O₃) se forme lorsqu'un atome d'oxygène libre entre en collision avec une molécule d'oxygène (O₂), un processus facilité par une troisième molécule pour évacuer l'excès d'énergie. La réaction peut être résumée comme suit :
O + O₂ + M → O₃ + M
Lorsque les photons UV frappent O₃, la molécule se divise en O₂ et en un atome d’oxygène libre. À la bonne pression, l'atome d'oxygène libéré se recombine rapidement avec une autre molécule d'O₂, maintenant ainsi la couche d'ozone où la formation équilibre la destruction.
Le rayonnement UV est une forme d’énergie électromagnétique juste au-delà de la lumière visible, commençant à environ 400 nm et s’étendant jusqu’à 100 nm. Il est divisé en trois bandes :
Les UV à ondes courtes transportent suffisamment d'énergie pour ioniser les atomes et les molécules, ce qui fait des UV-C les plus nocifs, suivis des UV-B, puis des UV-A.
Étant donné que les niveaux d’énergie électronique de l’ozone s’alignent sur le spectre UV, la couche est exceptionnellement efficace pour filtrer les rayonnements nocifs. Les taux d'absorption typiques sont :
Ces chiffres dépendent de la densité locale de l'ozone. Les émissions de chlorofluorocarbones (CFC) et d’autres substances appauvrissant la couche d’ozone font pencher la balance vers la destruction, amincissant la couche. La NASA prévient qu'un déclin continu pourrait « stériliser la surface de la Terre » en permettant à un excès de rayons UV d'atteindre la planète.
Comprendre comment la couche d'ozone atténue l'exposition aux UV souligne son rôle essentiel dans la sauvegarde des écosystèmes, de la santé humaine et de l'habitabilité globale de la planète.