Коротко и по делу.
1) Первичная генерация Cl из СФУ (CFC)
$${\text{CCl}}_3\text{F}+h\nu \to {\text{CCl}}_2\text{F}+\text{Cl}$$ (CFC долго живут в тропосфере, поднимаются в стратосферу, где фотолиз даёт свободный атом хлора).
2) Базовый каталитический цикл разрушения озона
$$\text{Cl}+{\text{O}}_3\to \text{ClO}+{\text{O}}_2$$ $$\text{ClO}+\text{O}\to \text{Cl}+{\text{O}}_2$$ Суммарно:
$${\text{O}}_3+\text{O}\to 2{\text{O}}_2$$ Обратите внимание: атом Cl восстанавливается в конце цикла — он действует как катализатор, не расходуясь в основном процессе.
3) Дополнительные (особенно эффективные в полярных условиях) циклы
- димерный цикл (важен в полярных стратосферных облаках):
$$\text{ClO}+\text{ClO}+M\to {\text{Cl}}_2{\text{O}}_2+M$$ $${\text{Cl}}_2{\text{O}}_2+h\nu \to \text{Cl}+\text{ClOO}\to 2\text{Cl}+{\text{O}}_2$$ В результате образуется больше активных Cl, которые разрушают O${}_3$ ещё интенсивнее. Гетерогенные реакции на полярных аэрозолях/облаках превращают неактивные формы (резервуары) в активный Cl${}_2$, что ведёт к быстрому росту разрушения озона («озоновые дыры»).
4) Резервуарные и терминальные реакции (подавляют цикл)
$$\text{Cl}+{\text{NO}}_2+M\to {\text{ClONO}}_2+M$$ $$\text{Cl}+{\text{CH}}_4\to \text{HCl}+{\text{CH}}_3$$ Эти продукты временно связывают хлор, но на полярных облаках и при фотолизе могут снова дать активный Cl.
5) Почему один атом Cl способен уничтожить тысячи молекул O3
Потому что Cl действует катализатором: он участвует в реакциях, при которых он восстанавливается и может повторно реагировать многократно. Число разрушенных молекул примерно равно отношению времени существования активного Cl в стратосфере к времени одного каталитического цикла:
$$N\approx \frac{{\tau }_{\text{loss}}}{{\tau }_{\text{cycle}}}$$ где ${\tau }_{\text{loss}}$ — среднее время до фиксации/терминации Cl (может быть днями–месяцами в стратосфере), а ${\tau }_{\text{cycle}}$ — время одного цикла (секунды–минуты). При типичных соотношениях ${\tau }_{\text{loss}}$ и ${\tau }_{\text{cycle}}$ получается тысячи — сотни тысяч циклов, поэтому один атом Cl реально может разрушить очень много молекул O${}_3$.
Кратко: стабильность CFC, фотовыделение Cl в стратосфере, каталитические циклы (восстановление Cl) и редкие терминальные пути дают эффект «множительного» разрушения озона.