去年五月的一個晴朗的下午，傑恩·貝爾納普駕駛著她米色的雷克薩斯SUV向北駛出猶他州摩押，這時高速公路消失了。瞬間，一股100英尺高的塵埃雲吞沒了她的車輛。她想剎車，但她擔心後面的另一輛車會撞上她。她試圖靠邊停車，但她看不到路肩。所以貝爾納普折衷了一下：“我想，如果我爬得足夠慢，最終我會擺脫困境，或者掉下路。”
幸運的是，沙塵暴在幾分鐘後過去了。但是貝爾納普在美國地質調查局工作，是世界上最權威的生物結皮專家，生物結皮可以鎖住沙漠塵埃，她非常清楚這些微小顆粒對人們造成的風險。在 20 世紀 90 年代，一位在摩押峽谷地國家公園（她在那裡進行實地考察）的公園管理員因沙塵暴造成的碰撞而摔斷了膝蓋和兩節椎骨。灰塵也以不那麼引人注目的方式影響著美國西部居民。在空氣中，它會導致呼吸系統問題，而落在積雪覆蓋的山頂上的灰塵會導致春季融雪提前，損害乾旱山谷的農業。
灰塵勢必會成為一個更大的問題。貝爾納普發現，自 19 世紀 80 年代初以來，由於牲畜踐踏和破壞脆弱的結皮，沉積在山地湖泊中的總灰塵量增加了六倍。如今，越來越多的用於休閒娛樂和資源勘探的越野車在我們沙漠中穿梭，撕裂這些表層。與此同時，西部乾旱州氣候變化的衝擊將減少結皮的形成和草的生長，而草也能將土壤固定在一起。
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貝爾納普是一位悠閒的前奧運滑雪希望之星，最近接受了《大眾科學》的採訪，談論了她對沙漠結皮的興趣以及氣候變化和灰塵將如何影響西部居民的生活。以下是摘錄。
大眾科學：您最初是如何接觸到沙漠結皮世界的？ 貝爾納普：有一天，一位我大學認識的教授向我展示了這些生長在地上的生物。它們都是不同的地衣和苔蘚：粉紅色、黃色和綠色。它們非常漂亮，我說：“哇，這是什麼東西？！” 他說：“嗯，你知道，我可以告訴你它們的名字，但我們根本不知道它們是做什麼的。” 那是我第一次真正感興趣，但後來我什麼也沒做。我一直在鬼混。
一直在鬼混？
嗯，我是一個嬉皮士。
你是一個嬉皮士？你這是什麼意思？
是啊！我從阿拉斯加搭便車到火地島，我在猶他州阿爾塔的一個滑雪勝地住了好幾年，我在聖克魯斯衝浪。我是一個地地道道的嬉皮士。我不吸毒，但我有行走的慾望。我總是帶著我的植物書和我的鳥類指南。因此，即使我直到多年後才接受正規教育，我也一直渴望瞭解這個系統。
你決定關注的系統是沙漠結皮。它為什麼如此重要？
我意識到，在沙漠中，很少有其他東西能夠固定氮並穩定土壤。大氣中存在的氮不是維管植物或動物可以利用的形式，因此必須進行轉化，而這隻能由藍細菌和其他一些細菌來完成。當人們談論“固氮植物”時，他們實際上不是在談論植物，而是在談論生活在植物根部根瘤中的細菌。在沙漠中，土壤表面覆蓋著遊離的藍細菌，或者與真菌結合形成地衣。固定氮的唯一另一種方法是閃電，但我們在沙漠中沒有那麼多閃電。而且由於植物在沙漠中生長得非常分散，除了土壤結皮之外，幾乎沒有其他東西可以將土壤固定住。
沙漠結皮有多厚？
這取決於土壤，因為這些藍細菌必須進行光合作用，才能從空氣中吸收二氧化碳並將其固定為自身的碳。如果你有厚重、粘重的粘土土壤，光線無法穿透，它們就會位於表面。如果你有鬆散、蓬鬆的沙質土壤，其中含有大量石英，那麼光線可以向下傳播很遠——它們可以向下傳播半釐米甚至一釐米。
無論是遊離的還是在地衣中的藍細菌，是如何將沙子固定在一起的？
它們會分泌出這種由多糖澱粉製成的粘稠糊狀物。它能保持水分，因此可以使它們乾燥得更慢。它還能吸附養分，防止養分流失。由於它在潮溼時非常粘稠，這些傢伙可以在土壤中巡遊，並在身後留下這種將沙粒連線在一起的物質。
對這些結皮造成損害的最重要原因是什麼？
人類的足跡！我的意思是廣義上的。最大的問題是壓縮擾動，這可能是車輛、動物，也可能是那些勘探石油的地震卡車。或者越野車、牲畜或徒步旅行或騎腳踏車的人。沙粒之間的細絲在乾燥時很容易被壓碎。固氮需要發生在厭氧環境中，當你破壞結皮時，你會給它充氣。它們也是光合作用的，因此它們必須位於表面或靠近表面，如果土壤被攪動並且它們被埋沒，那麼它們就會死亡。隨著我們尋找能源供應，隨著我們更多地進行休閒娛樂，以及隨著人口的增長並被推向需要土壤結皮來抑制灰塵的地方，表面擾動正在日益擴大。
它們從損傷中恢復需要多長時間？
它們需要雨水才能恢復，但這些都是沙漠，而且很少下雨。對於像科羅拉多沙漠這樣涼爽的高海拔沙漠來說，形成能夠抵抗風和水侵蝕的良好而堅固的藍細菌結皮可能需要 10 到 15 年。對於地衣來說，可能需要 40 或 50 年。如果要深入到莫哈韋沙漠，那裡非常炎熱，那麼地衣的恢復就需要數百年時間。
氣候變化如何影響這一過程？
降雨量減少將意味著藍細菌和地衣的活動時間減少，這意味著恢復速度會減慢，固氮和固碳也會減少。我們有一些地衣物種似乎已經達到了其生理耐溫極限，因此我們可能會失去它們，並從南方獲得其他物種，這些物種可能無法發揮與我們正在失去的物種相同的作用。特別是，我們似乎正在失去我們最大的固氮菌，膠狀地衣Collema。在過去 20 年中，在我們國家公園的長期樣地中，它的覆蓋率從大約 20% 下降到大約 5%，在此期間，我們經歷了一些非常炎熱的時期。
結皮的喪失在哪些方面會反饋到氣候系統中？
對區域天氣模式影響最大的因素之一是地表的反照率。透過踐踏地衣和苔蘚，美國西部大部分地區的地表已經從非常暗的地表變成了非常亮的地表，這意味著我們擁有一個反射更多熱量的地表，這可能會導致雲層覆蓋和降雨減少。大氣中的灰塵既反射又吸收熱量，並且在大氣過程中也很重要。
這對山區的灰塵負荷有巨大的影響。其中之一是，當雪上沉積了灰塵時，它會使雪變暗，並使其融化得更快。隨著雪從灰塵層下融化，灰塵層在本季會彼此堆積，使雪面變得越來越暗。融雪提前意味著水比正常情況更早地進入溪流和河流，留下更少的季末水。2009 年，我們經歷了非常多塵的一年，由於灰塵，我們提前了 48 天融雪。我們的模型顯示，灰塵每年可能會使科羅拉多河的水量減少 2% 到 7%。因此，如果你擁有一家滑雪勝地，你不會很高興；如果你是山谷裡的用水戶，比如農民，你也會遇到大問題。
近年來，西部地區的沙塵暴是否增多？
在過去幾年裡，鳳凰城和德克薩斯州都出現了這些巨大的哈布沙塵暴：高達 5000 英尺的沙塵暴。答案似乎是肯定的，但我們在觀測和記錄沙塵暴方面也做得更好了。我們經歷了一系列非常乾旱的年份，所以很難說。現在我們有了灰塵監測站，但只有少數幾個，而且它們自 2006 年才開始存在。
從更長的時間尺度來看，你發現空氣中的灰塵更多了嗎？
沒錯。從山地湖泊中提取的灰塵巖芯表明，灰塵的輸入量在 1850 年左右急劇增加，當時大量的牲畜群進入了西部。在一個巖芯中，灰塵輸入量從每年每平方米約 100 克增加到每年每平方米 800 克。1900 年左右，西部地區的牲畜群大量死亡，1934 年，政府通過了《泰勒放牧法案》來控制過度放牧。灰塵量降至每年每平方米約 600 克。我們沒有足夠的解析度來觀察能源勘探和越野車在過去 20 年中是如何影響它的，但輸入量穩定在每年每平方米約 600 克。
本土草類也受到氣候變化的影響嗎？
它們是淺根植物，在缺水和高溫的情況下，它們將無法良好生長。在我們的長期研究樣地中，我們看到印度稻草在乾熱年份中從 40% 的覆蓋率下降到大約 4%。它們會在潮溼的環境中恢復，但如果年復一年地乾旱，那麼它們就不會恢復。因此，總的來說，它們正在減少。這種草對於包括老鼠和兔子在內的食物鏈的基礎非常重要。它也是該地區牲畜最重要的草。
聽起來牧場主將面臨很多變化。
我真的不相信在我居住的西部地區，即使在短短 20 年內，畜牧業在經濟上也是可行的。我們將在所有這些西部土地上出現真空，如果我們不提出一些措施，就會有很多東西可以填補這個真空，而我們中的許多人不會喜歡這些方式。為富人建造帶飛機跑道的牧場和小區、騎著全地形車到處跑的獵鹿人，以及數百萬種不同的事物都可能以比牛牧場更具破壞性的方式填補這些空白。因此，我真的認為，當畜牧業不再具有經濟可行性時，我們必須認真思考我們將要做什麼。
哪些型別的行動可以幫助牧場？
有幾件事。我們可以改進石油和礦產的勘探方式。現在我們只是讓這些卡車在土壤上行駛，破壞地表。我們一遍又一遍地這樣做，因為資訊是專有的，所以每家公司都必須進行自己的勘探。我們當然可以更好地規劃太陽能和風力發電場等事物，包括它們的選址以及我們應該如何共享往返它們的道路和電力線。我們需要考慮這些行動對土地反照率的影響。恢復受干擾地區和廢棄耕地的植被將有助於防止沙塵暴。
我們可以更好地處理牲畜放牧和休閒娛樂，我們應該考慮它們應該在哪裡進行以及在一年中的什麼時間進行。我們只需要開始將灰塵納入考量，我認為灰塵信用額度是一種選擇。說真的。牧場主可以出售他們的放牧權，並獲得保持灰塵減少的資金，就像工業可以購買或出售碳信用額度一樣。隨著供水，特別是科羅拉多河的供水開始變得越來越稀缺，人們將開始認真地發揮創造力來控制灰塵。