提起氧元素大家并不陌生，它几乎可以与元素周期表上所有其他元素形成化合物。现代地球大气中约有21%的氧气，这些氧气是从哪里来的呢？或许这个问题连小学生都知道——光合作用呗，也就是由绿色植物、藻类和某些细菌通过吸收阳光将水和二氧化碳转化为葡萄糖和氧气过程。那你想过没有，将时间倒退回几十亿年前的地球，那时地球上的氧气又是从哪里来的呢？也是由光合作用产生的吗？
大约在45.7亿年前，太阳在银河系中一个不起眼的角落里形成，太阳形成后剩下的物质凝聚成了太阳系的其余部分，当然包括诞生于大约45.5亿年前的地球。自地球形成后到现在的45.5亿年，大约有一半的时间里，这颗星球上几乎没有氧气或氧气非常稀薄。直到大约24亿年前，大气中氧气的浓度显著增加，大氧化事件（Great Oxidation Event，GOE）发生了。
在这一时期，大气氧气浓度的增加对地球上的生命和环境产生了深远影响。
就在大氧化事件的前2-3亿年，地球大气中的氧气仍然极为稀薄。一部分研究认为，蓝细菌等早期微生物通过光合作用将太阳能转化为化学能，同时将氧气作为副产品释放到水体中。随着时间的推移，这些氧气逐渐积累，并最终进入大气层。
氧气进入大气后，对当时的生物和地质环境产生了深远的影响。对许多只能进行无氧呼吸的原始生物来说，氧气是有毒的，导致了大量生物的灭绝。尽管如此，它也为演化出更复杂的新生命形式铺平了道路。有了氧气，一些生物进化出了利用氧气生活的新方式，从而形成了更复杂的生态系统。
于是，很多科学研究探索了大氧化事件的起源。早在2009年，一篇发表在《自然》杂志上的论文推测了大气中氧气浓度增加的一个原因。研究人员分析了数十个地点内沉积岩中的微量元素，发现原始海洋中的镍含量是目前水体的400倍。早期地球的海洋中有很多可以产生甲烷气体的微生物，这些产甲烷的微生物喜欢富含镍的水生长和繁殖，并会向大气中释放大量的甲烷气体，推测甲烷气体阻止了氧气积聚。
科学家对岩石进行测试后发现，大约24亿年前，可能是因为地幔的冷却和凝固，导致海洋溶解的镍逐渐析出。由于海洋中镍的减少，依赖镍生活的产甲烷菌也无法生存，并为藻类和其他在光合作用过程中释放氧气的生命形式留下空间。这一研究成果对大氧化事件的起源提供了一个可信的解释。
一篇在2021年发表于《美国科学院院报》的文章，主要探讨了地球大气中氧气出现的早期阶段，特别是在大氧化事件前发生的“小型”氧气增加现象，研究人员推测这一早期的氧气增加可能是由火山活动触发的。
总之，氧气增加是由于氧气产量的增加，而不是由于氧气被岩石或其他非生物耗氧过程消耗的减少。这一点对于理解复杂生命演化有重要意义。
近日，中国科学院的科学家们在《化学科学》杂志上发表了一篇论文，发现二氧化硫分子光解可以直接产生氧气，为地球早期大气中氧气的来源提供了新途径。科学家们利用世界上最亮且波长在50-180纳米范围内连续可调的极紫外自由电子激光光源——大连光源，将其波长范围调整在120至160纳米之间，直接将二氧化硫解离生成了硫原子和氧气。
现在问题又出现了，为什么科学家们要选择121.6纳米呢？这是因为121.6纳米是著名的Lyman-α线的波长，是氢原子光谱中的一个特定波长。氢是宇宙中最丰富的元素，Lyman-α辐射在许多天文现象和恒星活动中都非常常见。在这些恒星的真空紫外线辐射中，Lyman-α线通常是最强最为丰富的一条光谱线，这一特性使Lyman-α成为了研究恒星活动、星际介质、以及行星大气等多个领域的有用工具。
地球及其物质的起源与演化是一个复杂而奇妙的过程，尽管氧气在日常生活的每分每秒都伴随着我们，但它的来源与产生仍是一个有待揭开的谜题。物质世界纷繁复杂，也正是这些不断探索的过程，才让人类领略到了自然界的真正魅力。