去年五月的一个晴朗的下午，杰恩·贝尔纳普驾驶着她米色的雷克萨斯SUV向北驶出犹他州摩押，这时高速公路消失了。瞬间，一股100英尺高的尘埃云吞没了她的车辆。她想刹车，但她担心后面的另一辆车会撞上她。她试图靠边停车，但她看不到路肩。所以贝尔纳普折衷了一下：“我想，如果我爬得足够慢，最终我会摆脱困境，或者掉下路。”
幸运的是，沙尘暴在几分钟后过去了。但是贝尔纳普在美国地质调查局工作，是世界上最权威的生物结皮专家，生物结皮可以锁住沙漠尘埃，她非常清楚这些微小颗粒对人们造成的风险。在 20 世纪 90 年代，一位在摩押峡谷地国家公园（她在那里进行实地考察）的公园管理员因沙尘暴造成的碰撞而摔断了膝盖和两节椎骨。灰尘也以不那么引人注目的方式影响着美国西部居民。在空气中，它会导致呼吸系统问题，而落在积雪覆盖的山顶上的灰尘会导致春季融雪提前，损害干旱山谷的农业。
灰尘势必会成为一个更大的问题。贝尔纳普发现，自 19 世纪 80 年代初以来，由于牲畜践踏和破坏脆弱的结皮，沉积在山地湖泊中的总灰尘量增加了六倍。如今，越来越多的用于休闲娱乐和资源勘探的越野车在我们沙漠中穿梭，撕裂这些表层。与此同时，西部干旱州气候变化的冲击将减少结皮的形成和草的生长，而草也能将土壤固定在一起。
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贝尔纳普是一位悠闲的前奥运滑雪希望之星，最近接受了《大众科学》的采访，谈论了她对沙漠结皮的兴趣以及气候变化和灰尘将如何影响西部居民的生活。以下是摘录。
大众科学：您最初是如何接触到沙漠结皮世界的？ 贝尔纳普：有一天，一位我大学认识的教授向我展示了这些生长在地上的生物。它们都是不同的地衣和苔藓：粉红色、黄色和绿色。它们非常漂亮，我说：“哇，这是什么东西？！” 他说：“嗯，你知道，我可以告诉你它们的名字，但我们根本不知道它们是做什么的。” 那是我第一次真正感兴趣，但后来我什么也没做。我一直在鬼混。
一直在鬼混？
嗯，我是一个嬉皮士。
你是一个嬉皮士？你这是什么意思？
是啊！我从阿拉斯加搭便车到火地岛，我在犹他州阿尔塔的一个滑雪胜地住了好几年，我在圣克鲁斯冲浪。我是一个地地道道的嬉皮士。我不吸毒，但我有行走的欲望。我总是带着我的植物书和我的鸟类指南。因此，即使我直到多年后才接受正规教育，我也一直渴望了解这个系统。
你决定关注的系统是沙漠结皮。它为什么如此重要？
我意识到，在沙漠中，很少有其他东西能够固定氮并稳定土壤。大气中存在的氮不是维管植物或动物可以利用的形式，因此必须进行转化，而这只能由蓝细菌和其他一些细菌来完成。当人们谈论“固氮植物”时，他们实际上不是在谈论植物，而是在谈论生活在植物根部根瘤中的细菌。在沙漠中，土壤表面覆盖着游离的蓝细菌，或者与真菌结合形成地衣。固定氮的唯一另一种方法是闪电，但我们在沙漠中没有那么多闪电。而且由于植物在沙漠中生长得非常分散，除了土壤结皮之外，几乎没有其他东西可以将土壤固定住。
沙漠结皮有多厚？
这取决于土壤，因为这些蓝细菌必须进行光合作用，才能从空气中吸收二氧化碳并将其固定为自身的碳。如果你有厚重、粘重的粘土土壤，光线无法穿透，它们就会位于表面。如果你有松散、蓬松的沙质土壤，其中含有大量石英，那么光线可以向下传播很远——它们可以向下传播半厘米甚至一厘米。
无论是游离的还是在地衣中的蓝细菌，是如何将沙子固定在一起的？
它们会分泌出这种由多糖淀粉制成的粘稠糊状物。它能保持水分，因此可以使它们干燥得更慢。它还能吸附养分，防止养分流失。由于它在潮湿时非常粘稠，这些家伙可以在土壤中巡游，并在身后留下这种将沙粒连接在一起的物质。
对这些结皮造成损害的最重要原因是什么？
人类的足迹！我的意思是广义上的。最大的问题是压缩扰动，这可能是车辆、动物，也可能是那些勘探石油的地震卡车。或者越野车、牲畜或徒步旅行或骑自行车的人。沙粒之间的细丝在干燥时很容易被压碎。固氮需要发生在厌氧环境中，当你破坏结皮时，你会给它充气。它们也是光合作用的，因此它们必须位于表面或靠近表面，如果土壤被搅动并且它们被埋没，那么它们就会死亡。随着我们寻找能源供应，随着我们更多地进行休闲娱乐，以及随着人口的增长并被推向需要土壤结皮来抑制灰尘的地方，表面扰动正在日益扩大。
它们从损伤中恢复需要多长时间？
它们需要雨水才能恢复，但这些都是沙漠，而且很少下雨。对于像科罗拉多沙漠这样凉爽的高海拔沙漠来说，形成能够抵抗风和水侵蚀的良好而坚固的蓝细菌结皮可能需要 10 到 15 年。对于地衣来说，可能需要 40 或 50 年。如果要深入到莫哈韦沙漠，那里非常炎热，那么地衣的恢复就需要数百年时间。
气候变化如何影响这一过程？
降雨量减少将意味着蓝细菌和地衣的活动时间减少，这意味着恢复速度会减慢，固氮和固碳也会减少。我们有一些地衣物种似乎已经达到了其生理耐温极限，因此我们可能会失去它们，并从南方获得其他物种，这些物种可能无法发挥与我们正在失去的物种相同的作用。特别是，我们似乎正在失去我们最大的固氮菌，胶状地衣Collema。在过去 20 年中，在我们国家公园的长期样地中，它的覆盖率从大约 20% 下降到大约 5%，在此期间，我们经历了一些非常炎热的时期。
结皮的丧失在哪些方面会反馈到气候系统中？
对区域天气模式影响最大的因素之一是地表的反照率。通过践踏地衣和苔藓，美国西部大部分地区的地表已经从非常暗的地表变成了非常亮的地表，这意味着我们拥有一个反射更多热量的地表，这可能会导致云层覆盖和降雨减少。大气中的灰尘既反射又吸收热量，并且在大气过程中也很重要。
这对山区的灰尘负荷有巨大的影响。其中之一是，当雪上沉积了灰尘时，它会使雪变暗，并使其融化得更快。随着雪从灰尘层下融化，灰尘层在本季会彼此堆积，使雪面变得越来越暗。融雪提前意味着水比正常情况更早地进入溪流和河流，留下更少的季末水。2009 年，我们经历了非常多尘的一年，由于灰尘，我们提前了 48 天融雪。我们的模型显示，灰尘每年可能会使科罗拉多河的水量减少 2% 到 7%。因此，如果你拥有一家滑雪胜地，你不会很高兴；如果你是山谷里的用水户，比如农民，你也会遇到大问题。
近年来，西部地区的沙尘暴是否增多？
在过去几年里，凤凰城和德克萨斯州都出现了这些巨大的哈布沙尘暴：高达 5000 英尺的沙尘暴。答案似乎是肯定的，但我们在观测和记录沙尘暴方面也做得更好了。我们经历了一系列非常干旱的年份，所以很难说。现在我们有了灰尘监测站，但只有少数几个，而且它们自 2006 年才开始存在。
从更长的时间尺度来看，你发现空气中的灰尘更多了吗？
没错。从山地湖泊中提取的灰尘岩芯表明，灰尘的输入量在 1850 年左右急剧增加，当时大量的牲畜群进入了西部。在一个岩芯中，灰尘输入量从每年每平方米约 100 克增加到每年每平方米 800 克。1900 年左右，西部地区的牲畜群大量死亡，1934 年，政府通过了《泰勒放牧法案》来控制过度放牧。灰尘量降至每年每平方米约 600 克。我们没有足够的分辨率来观察能源勘探和越野车在过去 20 年中是如何影响它的，但输入量稳定在每年每平方米约 600 克。
本土草类也受到气候变化的影响吗？
它们是浅根植物，在缺水和高温的情况下，它们将无法良好生长。在我们的长期研究样地中，我们看到印度稻草在干热年份中从 40% 的覆盖率下降到大约 4%。它们会在潮湿的环境中恢复，但如果年复一年地干旱，那么它们就不会恢复。因此，总的来说，它们正在减少。这种草对于包括老鼠和兔子在内的食物链的基础非常重要。它也是该地区牲畜最重要的草。
听起来牧场主将面临很多变化。
我真的不相信在我居住的西部地区，即使在短短 20 年内，畜牧业在经济上也是可行的。我们将在所有这些西部土地上出现真空，如果我们不提出一些措施，就会有很多东西可以填补这个真空，而我们中的许多人不会喜欢这些方式。为富人建造带飞机跑道的牧场和小区、骑着全地形车到处跑的猎鹿人，以及数百万种不同的事物都可能以比牛牧场更具破坏性的方式填补这些空白。因此，我真的认为，当畜牧业不再具有经济可行性时，我们必须认真思考我们将要做什么。
哪些类型的行动可以帮助牧场？
有几件事。我们可以改进石油和矿产的勘探方式。现在我们只是让这些卡车在土壤上行驶，破坏地表。我们一遍又一遍地这样做，因为信息是专有的，所以每家公司都必须进行自己的勘探。我们当然可以更好地规划太阳能和风力发电场等事物，包括它们的选址以及我们应该如何共享往返它们的道路和电力线。我们需要考虑这些行动对土地反照率的影响。恢复受干扰地区和废弃耕地的植被将有助于防止沙尘暴。
我们可以更好地处理牲畜放牧和休闲娱乐，我们应该考虑它们应该在哪里进行以及在一年中的什么时间进行。我们只需要开始将灰尘纳入考量，我认为灰尘信用额度是一种选择。说真的。牧场主可以出售他们的放牧权，并获得保持灰尘减少的资金，就像工业可以购买或出售碳信用额度一样。随着供水，特别是科罗拉多河的供水开始变得越来越稀缺，人们将开始认真地发挥创造力来控制灰尘。