气体的稀薄层，在我们上空数十公里，是地球“生命保护体系”必要的一部分。如果没有臭氧层，陆地上是否存在生命将是疑问。
地球是具有化学活性并富有氧气的大气层的行星，这在太阳系中是独一无二的。化学反应将会在几千年中把大气层推到一个非活性状态，使氧气转化成稳定的化合物，如CO2和水。由于地球上的生命不断地把大气层的氧气份更新，所以这一情况就没有发生。
所有具有大气层的其他行星都被惰性气体如CO2、氢气和甲烷气层包围。因为没有利于反应的活性化学物质，也就没有有趣的化学活动发生。
地球上的生命 氧气的供给者
氧气存在于大气层中，因为地球上有生命；生命存在于地球陆地上因为大气层中有氧气。当地球形成时，像一团熔融岩石，没有大气层。当地球开始冷却时，大气层由年轻的行星热表面和火山喷发的气体产生。由这些火山喷发的气体今天主要有水蒸气（80%），CO2（12%）加二氧化硫（7%）氮气（1%）以及痕量的其他物质，当地球年轻时，喷发的气体混合物可能大致一样，我们可以假定CO2占了大气层主要部分。
在42亿年以前，那时，阳光中的紫外光照到地球表面，使其荒瘠化。波长200纳米 ~ 350纳米的紫外光是很强的消毒剂，例如，现在医院用其来杀死医疗器械上的微生物。但是，紫外光在帮助生命诞生中起到了作用。少许紫外光提供了科学家认为是生命前驱的化学反应温和的能量。一些人提出，条件就是正好在原始水池表面10米深处——深到足以过滤大多数的紫外光，浅到足以留下充分的紫外光来促成化学反应。不论是什么在地球上触发生命，氧气原来对生命的雏形是有毒的。有机体用太阳光能破坏CO2以用碳来创造其细胞；但是他们必须把氧处理为废品。约25亿年前，大气层中有大量的氧气，很多微生物被这种“有毒”气体中毒；其他微生物则防御他们本身具有化学反应性质。很多其他形式的生命找到了利用氧气的方法。
氧的存在以两种方式改变了进化的过程，首先，因为氧吸收了紫外辐射，生命现在在富氧大气层的屏蔽层下，能够统辖整个地球陆面。第二，因为氧极易反应，生命形式适应了使用氧气，并与他们食物中的碳结合放出能量，比依赖阳光为能量的首批生物生产更大能量的生命形式。简单的动物仅是在生物把大气层中的大量CO2转化成氧之后才出现的。
大气层 化合中的原子
今天，地球大气层中约75%的氮（质量），23%氧，0.04%CO2和1.3%氩。大气压的结构能以由地面向上温度变化方式来简单描述。
大多数的日光不受影响通过大气层，而使地球表面加热。这种能量大多是黄色光的形式，波长在500到600纳米间。地球暖和的表面（陆地，海洋、树或车顶）以长波长（但是光谱的红外部分）把热辐射反回大气层。这种红外热被低大气层的水蒸气，CO2和其他分子所吸收，使其在地面近处更暖和。
热度随着高度的增加而降低。在约11公里的高空，温度降到-60°C，然后，开始再次暖和起来（冷却实际上在两极上空约8公里和赤道上空约16公里处而停止）。热冷层间界以下的空气是对流层，气候出现在大气层此层中。但由此高度上升到约50公里，大气层由于在其中与存在臭氧有关的热源而随高度增加而暖和起来。增加的热度意味着能量被吸收；能量是太阳紫外辐射，并在大气层的臭氧层中吸收。
臭氧是在每个分子中具有三个原子的一种形式的氧气（三氧，O3），为我们呼吸的那种一般形式的氧气（每个气体分子中有两个原子氧，O2）不同。
普通氧分子（一旦用到氧，就意味着二氧）用低于242纳米波长的紫外光辐射而分解：
这样产生的游离氧原子是极易反应的。某些氧原子与其他氧分子反应形成臭氧。这仅当某些其他分子吸收在反应中释放出动能时发生；通常，这种另外的分子是氮气，但因为其几乎都是任何物质，把其记作M较为方便：O+O2+M→O3+M
不仅合成了臭氧，而且这对反应给分子M提供了能量使之运动更快。当气体分子运动加快，气体来得更热。这样，就吸收太阳紫外光，把氧转化成了臭氧。
臭气本身在较长波长的紫外光尤其在230和290纳米间的紫外光作用下反应：
这样生成的大多数单原子氧与其他氧分子重新结合成臭氧。大气层中气体的成分没有变化，但更多的紫外光被吸收，同温层变得温暖了。
其他的反应确实更为长久地在破坏臭氧。例如氮氧化物以催化的方式把臭氧和氧原子转化成分子氧：
NO+O3→NO2+ O2
NO2+O→NO+O2
最终结果为O3+O→O2+O2。因为NO在本循环结束时复原，在通过NO2转化成硝酸之前，能除去很多臭氧分子。这些和其他反应的总结果是臭氧不断产生并不断在同温层中和动力学平衡中遭到破坏。人们有时对臭氧层有这样的观念，其就像肥皂泡一样、一旦爆裂，就一去不复返，或像石油源，某天耗完了就完了。这种观念是不对的。
人类活动 制造了大洞
虽然臭氧在同温层中不断产生，人类的活动仍旧可以打破反应的平衡，因而臭氧浓度就下降，举一例子，一桶水以常速滴水充之，但在桶底有水以同速溢出的洞孔。桶中水平（相当于臭氧的浓度）仍相同。如果桶中洞孔再大一点，发生的第一件就是有更多的水流出。这样桶中的水平降低。当水平降低时，洞中水压降低，桶中水流减慢。在某点达到新的平衡，在桶中的水平恒在较低水平。
现在对臭氧层的关心主要在人类的活动可能使桶中洞更大，加速了臭氧在同温层中的破坏，而产生的速度仍旧不变。如果像NO这样的分子由人类活动产生并上升到臭氧层，这事就会产生。这儿正如所示，NO分子将加快臭氧的消失。人类对臭氧层可能的人类影响首次在70年代受到关注，当计划做高超音速的飞机飞行，飞得高于协和飞机。这种飞机的喷气式引擎吸空气供所需氧，不可避免就产生NO（和其他氮氧化物），因为在空气中氮是如此之多。
但是，现在人们关心集中在氯。氯原子（Cl）如同NO—样，干着清除O3的事。
Cl+O3→ClO+O2
ClO+O→Cl+O2
净结果是 O3+O→O2+O2
Cl循环了数千次又复原。值得注意的氯的来源是称之为氯氟碳或CFC的化合物。这些广泛用于冷冻工作中（作为冷冻机管中的工作剂），空气冷却体系统，以及在制备泡沫塑料时作为起泡剂，降低微粒喷射的程度，计算机工业中作为清洗剂。CFC对臭氧层造成了潜在的威胁，因为广泛应用CFC的年代长久（长于100年）并且CFC扩散到了整个大气层。一些不可避免升到同温层，遭受太阳紫外光的破坏，放出氯原子。
直到最近，似乎这没有引起及时的注意一一也许是21世纪的问题。由于大气层中氯的产生，臭氧如何减少，计算表明过几十年臭氧浓度会慢慢稳定降低几个百分数。在南极洲上空臭氧层中“洞”的发现表明大气层对这种干扰的反应是非线性的。
似乎在南极洲上空所产生的氯影响臭氧层不算大，直至达到某种临界。那么，很小量的氯的增加就导致很大的同温层的化学变化。
辐射损害于生命？
南极洲独特的气象学认为天空中的洞很少有可能会扩散到全世界其他部分。现在关心的是，在世界其他各地出现间隔的非线性影响，臭氧层中其他洞会出现，极可能在北极上空，也可能在任何地方。这是担心的原因，如果臭氧层被消除，太阳紫外光辐射到地球的量将增大。某些紫外光现今确实已照到地面。它在称为uv-B的波段，波是在290 ~ 320纳米。它可以引起太阳烧伤，某种形式的皮肤癌，并涉嫌诸如白内障眼疾有关。美国环保局的研究人员计算，每增加1%同温层中臭氧浓度，每年就有5%数目的非毒性癌增加。
在波段240 ~ 290纳米的辐射，称作uv-C，今天虽然不会照到地面，因此对生命的影响难以预料、然而我们不能肯定在不同条件下，其不能达到地面。在实验室中，这些波长的辐射破坏了核酸（RNA和DNA）及蛋白质生命的基本分子。
检验了几种uv-B对几种植物的影响。大豆在现代农业中是一种至关重要的庄稼，当uv-B增加25%时，减产25%。牛，像人一样会患眼疾如果uv-B增加的话，包括称为癌眼和红眼的疾病。
很清楚，臭氧层对地球的生灵是极其有益的。这种有价值的材料有多少使我们逃脱太阳紫外光的有害影响，在整个同温层，15 ~ 50公里的高度，仅有约50亿吨臭氧。如果臭氧能带到海平面，并均匀分布于全球，其上的大气压将其挤压成为3 mm厚的一层。适量的气体，确实做了如此重要的事情。
[New Scientist 1988年5月5日］