Хімічні процеси, що, як прийнято вважати, приводять до руйнування озону, добре вивчені. Коли атом хлору (Cl) зіштовхуєтьсяз молекулою озону, він відбирає в неї один атом кисню, утворюючи радикал монооксиду хлору (Cl) і молекулу кисню. Радикали, тобто молекули з непарним числом електронів, хімічно дуже активні. Коли монооксид хлору зустрічається з вільним атомом кисню (важлива ступінь у каталітичному процесі!), атом кисню відривається від монооксиду хлору під дією сильного притягання до вільного атома кисню, у результаті утвориться нова молекула кисню. Атом хлору залишаєтьсявільним і може атакувати нову молекулу озону.
Звичайно цей каталітичний процес йде з деякими обмеженнями. Існують дві основні реакції, що, принаймні на середніх висотах, перешкоджають руйнуванню озону. В одному випадку монооксид хлору вступає в реакцію з оксидом азоту (NO). Aтом кисню з монооксида хлору переходить до оксиду азоту, у результаті чого утворяться вільний атом хлору і діоксид азоту (NO2). Коли останній поглинає видимесвітло, його атом кисню вивільняється і може утворити молекулу озону. У результаті вміст озону не змінюється.
В другому, більш важливому, випадку атом хлору чи радикал монооксиду хлору зв'язується з якоюсь іншою молекулою й утворює стабільну сполуку, що служить тимчасовим «резервуаром» хлору. В такому виді хлор (а при нормальних умовах в атмосфері саме так він і проводитьвелику частину часу) не здатна атакувати озон. Двома важливими резервуарами хлору є нітрат хлору (ClONO2), що утвориться при сполуцімонооксиду хлору і діоксиду азоту (NO2), і хлористоводнева (соляна) кислота (НСl), що утвориться в результаті сполуки атома хлору і метану (СН4). Зрештою така молекула-резервуар поглинає фотон чи вступає в реакцію з якоюсь іншою молекулою, розпадається і виділяє хлор, що одержує можливість атакувати озон.
Наявність цих «протидіючих» реакцій послужило підставою для того, щоб фахівці, що займаються моделюванням хімічних процесів в атмосфері, прийшли до висновку про незначний вплив хлорфторвуглеводів на шар озону в глобальному масштабі. Якщо причину зменшення весняного вмісту озону над Південним полюсом на 40% шукати у впливі хлору, що входить у хлорфторвуглеводи, варто визнати, що протидіючі реакції антарктичною весною чомусь слабшають. Виникає питання: чому саме?
Прихильники хлорфторвуглеводноъ гіпотези озонної діри вказують на кілька процесів, що могли б зменшити внесок цих реакцій. Так, наприклад, руйнування озону йшло б швидше, якби зі стратосфери віддалялися оксиди азоту. Під час відсутності оксидів азоту хлор не міг би з'єднуватися з ними й утворювати резервуар у виді нітрату хлору. Крім того, деякі процеси можуть у принципі видозмінювати резервуари хлору, змушуючи їх виділяти активний хлор у виді вільних чи атомів монооксиду хлору, що руйнують озонний шар.
Багато дослідників вважають, що на перераховані процеси впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, що набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, ніж над Арктикою, утворяться узимку, коли при відсутності сонячного світла й в умовах ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає до –80 °С.
Можна припустити, що узимку сполуки азоту конденсуються, замерзають і залишаються зв'язаними з хмарними частками і тому позбавляються можливості вступати в реакцію з хлором. У той же час хмарні частки можуть полегшувати перетворення резервуарів хлору в активний хлор. Деякі хімічні реакції, що протікають повільно в чисто газовомусередовищі, можуть йти з великою швидкістю на поверхнях твердих часток. Під час полярної ночі багато хімічних реакцій практично «заморожуються». Проте можливо, що частки полярних стратосферних хмар захоплюють резервуари хлору і змушують їх змінюватися: йде свого роду підготовка до того, щоб при перших променях сонця монооксид хлору початків швидко вивільнятися. На жаль, дотепер невідомо, з чого складаються хмарні частки і які реакції протікають на них.
Хлорфторвуглеводна гіпотеза озонної діри повинна пояснити не тільки, чому «нормальні» протидіючі реакції сповільнюються під час антарктичної весни, але і як ліквідується ця унікальна полярна аномалія. Полярною весною сонце усе ще знаходиться низько над обрієм; у результаті розпад молекул озону під впливом сонячної радіації уповільнений, а виходить, менше концентрація вільних атомів кисню, що могли б брати участь у каталітичному циклі хлору.
Присутність визначеної кількості брому (Вг) у полярних стратосферних хмарах могло б компенсувати недостачу атомарного кисню. Хімічні сполуки, що викидаються в атмосферу при розпаді природногометилброміду, а також фумигантів і деяких речовин, застосовуваних при гасінні пожеж, можуть взаємодіяти з озоном, утворити радикал монооксиду брому (Br) і кисень. У свою чергу монооксид брому може вступати в реакцію змонооксидом хлору, у результаті чого утвориться інша молекула кисню і вивільняється вільний хлор. (Остаточним результатом є перетворення озону в кисень.) Такий комбінований каталітичний цикл брому і хлору може йти без утруднень, навіть якщо вільні атоми кисню відносно рідкі в навколишньому середовищі. Бром може також бути безпосереднім винуватцем руйнування озону: він ініціює ланцюг реакцій, схожих на ті, у яких бере участь хлор, але не потребуючих вільних атомів кисню.
Хоча в картині хімічних процесів, що могли б приводити до руйнування озону в стратосфері над Антарктидою, залишається багато неясного, даних комплексних вимірів, проведених у 1986 р. у районі протоки Макмердо в Антарктиді, і попередні результати Літакового антарктичного озонного експерименту 1987 р. деякою мірою свідчать на користь хлорфторвуглеводної гіпотези. Так, наприклад, з'ясувалося, що у весняний час змістмонооксиду хлору в озонній дірі збільшено в порівнянні із середніми широтами. Є і свідчення того, що концентрація оксидів азоту в дірі сильно знижена в порівнянні із середніми широтами.
Результати вимірів підтверджують також припущення про те, що резервуари хлору (нітрат хлору і хлористоводнева кислота) змінюються під впливом хмар. На початку антарктичної весни (коли діра утвориться) вміст обох резервуарів у газоподібній формі невеликий, а потім він підвищується. З цього випливає, що велика кількість газів запасається в такій формі (наприклад, осідає на хмарних частках), що знайти їхній неможливо. Чи грає важливу роль у всьому цьому також бром, як припускає теорія, неясно. Попередні результати вказують, що в стратосфері над Антарктидою його концентрація може бути і не особливо великою.
Дані, що свідчать на користь хімічної гіпотези озонної діри, не виключають можливості, що істотними можуть бути природні процеси, зв'язаніз динамікою атмосфери. Динамічні процеси не руйнують озонний шар, вони лише перерозподіляють озон.
Можливість участі динамічних процесів у руйнуванні озону випливає з того факту, що атмосфера не статична. Оскільки повітря в атмосфері знаходиться в постійному русі, змінюється не тільки положення шару озону і його «потужність», але і розподіл і концентрація хімічних речовин, що впливають на нього. Якби на вміст озону (яке завжди флуктуїрує деякою мірою) впливала тільки сонячна радіація, можна було б очікувати, що більше всього озону виявиться в місцях, підданих найбільшому опроміненню, тобто на дуже великих висотах і на дуже низьких широтах. Насправді максимум у розподілі озону припадає не на верхню границю стратосфери, а на її середину, і не на район екватора, де концентрація озону досягає лише 260 добсонів, а на полярні області.
Такий розподіл озону виникає через те, що в цілому стратосферне повітря, що несе «свіжий» озон, тече від тропіків до полюсів, причому з більших висот на менші. У Північній півкулі стратосферне повітря проникає до самого полюса, де середній вміст озону пізньою зимою чи провесною досягає 450 добсонів. У Південній півкулі протягом більшої частини року повітря не поширюється південніше 60° п. ш. (тут пікова концентрація озону складає 380 добсонів): у силу особливих метеорологічних умов, зокрема через полярний вихор, багате озоном повітря не може просунутися далеко на південь аж до кінця весни.
Почасти через особливості циркуляції кількість озону в атмосфері над Антарктидою залишалася в минулі роки практично постійною (на рівні 300 добсонів) протягом майже всієї зими і весни. Наприкінці весни, коли полярний вихор зникав, відкриваючи шлях повітря з низьких широт, вміст озону починав швидко зростати майже до 400 добсонів. В останні роки концентрація озону залишається майже постійною протягом зими, але навесні швидко падає до 200 добсонів.
Динамічна гіпотеза весняного зменшення озону, що висувалася раніше, ґрунтувалася на припущенні, що аерозоль (зважені в повітрі частки), що утворились в результаті виверження в 1982 р. вулкану Ель-Чічон у Мексиці, поглинає сонячну радіацію, а це повинно приводити до нагрівання стратосфери і «фонтануванню» багатого озоном повітря нагору й у сторони із шару, розташованого над Антарктикою. В даний час значна частина вулканічногопилу осіла, тому вміст озону повинен був би почати відновлюватися. Відповідно до іншої гіпотези, підйом повітря відбувається через те, що рухбагатого озоном повітря в напрямку до Південного полюса з більш теплих районів слабшає, а замість нього виникає зворотний рух повітря, що захоплює багате озоном полярне повітря з нижньої стратосфери нагору й у напрямку до екватора. Йому на зміну повиненнадходитизбіднене озоном повітря з нижче лежачої тропосфери.