沙尘云正在西部夺去人们的生命，而且危险可能会蔓延

一对空码头坐落在一个废弃码头的干涸淤泥上，这明显提醒人们，西半球最大的咸水湖正在消失。犹他州的大盐湖有三条主要支流，但数十年来，它们的水流被转移用于农业、城市和工业，再加上长期干旱，导致这片面积 1,700 平方英里的水域失去了生命线。去年夏天，这片内陆海的水位降至有记录以来的最低点，大约 750 平方英里的沉积物暴露在风中，而风在南部和东部雕刻出奇形怪状的石柱和拱门，这让这片内陆海登上了全国头条新闻。

尽管十月初的这个下午下了一场急需的雨，但只有湖水闪闪发光，而且几天内就会消失。它留下的裸露土地很容易变成灰尘，直接吹向犹他州最大的城市盐湖城，盐湖城位于东部约 30 英里处。更糟糕的是，沉积物中充满了砷。

盐湖城犹他大学的大气科学家凯文·佩里骑着（有时推着）一辆宽胎自行车，走遍了这片沙地的几乎每一寸土地，以采样并确定最易受侵蚀的区域。2016 年至 2018 年间，他骑行 2300 英里，躲避闪电、好战的射击手的子弹，以及在位于湖东南角的羚羊岛州立公园中游荡的野牛。在干涸的湖床或干涸的湖床中，他遭遇了 15 次左右越来越频繁的沙尘暴。“我的腿被沙尘喷得生疼，”他说。“能见度在几分钟内就降到了几英尺。沙子进到我的眼睛里。”

通过记录植被覆盖的数量，细菌、藻类或苔藓产生的生物结皮的存在和厚度，以及易受尘埃影响的微小淤泥和粘土颗粒的比例，佩里确定大盐湖沉积物中有 9% 很容易被吹走。但多达 22% 的沉积物可能会被吹走，特别是如果人类活动（例如使用全地形车或摩托车）破坏结皮的话。气象学家佩里估计，盐湖城每年会遭遇 10 到 15 次显著的沙尘天气，使能见度降低到一英里以下，而 15 年前还没有任何能见度。他只能进行近似计算，因为监测空气质量所需的传感器数量很少，而且为了降低成本，传感器只能每三天测量一次 24 小时。他说，即使沙尘暴一直在发生，也只有三分之一的机会能够测量到一次。

佩里是一支由六名科学家组成的团队的一员，他们的目标是追踪尘埃，既要追踪它在剧烈风暴中的移动范围，也要追踪被称为微粒的微小颗粒的隐匿性慢性蠕动，这些微粒会使一年比下一年更尘埃，或者改变空气中地球对气候变化的长期影响。他们的项目名为 Dust Squared，将在五年内扩大监测范围，评估颗粒对水质的影响，并开发分子“指纹”，以更好地追踪、模拟并最终预测它们的运动。他们不仅想知道这些物质来自哪里，还想了解其中的物质——以及一旦它们沉淀下来，对人类健康和生态系统功能有何影响。量化大盐湖排放量的努力可以更好地为土地和水资源管理政策提供信息。该项目只是美国科学家正在建立的联盟的一个例子，旨在协调和优先研究工作，以调查日益严重的尘埃威胁。

灰尘可能是经常被掩盖的最大环境危害之一。卡内基梅隆大学环境经济学家在 2021 年领导的一项研究发现，2016 年至 2018 年间，美国西部和中西部的灰尘分别增加了 9.7% 和 12.2%，导致到 2018 年每年有 9,700 人过早死亡，损失达 890 亿美元。虽然持续的干旱和土地和水资源管理是因素，但空气中颗粒物增加的其他可能原因包括野火活动增多和《清洁空气法》执行力度减弱。直径为 10 微米的颗粒物称为 PM10。任何小于该直径的颗粒物都可能损害肺组织、导致肺癌并增加死亡风险。山谷热是一种真菌病，一旦被大风吹起就会感染肺部，这种疾病正在增加。然而，由灰尘引起的交通死亡事故最受关注。 2021 年 7 月下旬的一个周日下午，在犹他州西南部，能见度低导致 22 辆车连环相撞，造成 8 人死亡，10 人被送往医院。“这是一场极其悲惨的事件——我们在犹他州从未见过这样的事件，”Dust Squared 团队成员 Maura Hahnenberger 说，她研究的是气象因素如何影响从该地区到落基山脉的沙尘运动。

干涸的湖床是西部最大的单一尘埃源。大盐湖只是最近一个干涸的所谓终湖（即不流入海洋的水体）。最臭名昭著的是加州的欧文斯湖，其主要支流于 1913 年被改道为洛杉矶供水。到 1987 年，当环保局首次发现该湖违反了国家环境空气质量标准中的颗粒物时，它已成为美国最大的 PM10 源。

[相关：美国数十年的空气质量改善可能正在放缓

杨百翰大学 2020 年发布的一项研究发现，由于空气质量差，犹他州居民的预期寿命可能缩短约两年。此外，该州每年在医疗费用、工作时间损失、旅游业损失和经济增长放缓方面损失约 20 亿美元。

盐湖城居民担心潜在有毒的干燥沉积物会加剧本已令人担忧的雾霾。这座城市坐落在一个被称为大盆地的碗状区域，从加利福尼亚州一直延伸到犹他州西部；西边的湖是它的最低点，高耸于市中心之上的瓦萨奇山脉和尤因塔山脉形成了它的东部边界。在冬季，山峰会引起逆温，暖空气会将污染的冷层长时间困在山谷中。在夏季，温暖、停滞的空气会导致臭氧激增，而犹他州也越来越多地受到加利福尼亚州野火烟雾的侵袭。“通常，春季和秋季是我们的空气质量真正好的时候，”佩里说，“但那时我们会遭遇大沙尘暴。它们关闭了我们良好的空气质量窗口——随着时间的推移，这会让我们所有人都面临不良健康结果的风险。”

海拔 7,800 英尺，柠檬色的白杨树环绕着一座拥有 80 年历史的气象站，该气象站位于瓦萨奇山脉和尤因塔山脉交汇处。在本季第一场大暴风雪来临之前，两名 Dust Squared 团队成员正在安装高海拔收集设备，降雪量超过一英尺

佛蒙特州米德尔伯里学院的地质学家、该项目的首席研究员杰夫·蒙罗将黑色弹珠倒入一个带有五个独立槽的简单浅有机玻璃方块中。灰尘会被困在球体下方，而黑色表面会升温，帮助蒸发掉入槽中的任何雪或雨。这个显然技术含量较低的设备将不受干扰地放在同一个位置，积累颗粒，直到他的团队在温暖的天气里取样以收集“冬季”沉积物，并在秋天再次取样以检查“夏季”产量。

尤因塔山脉是美国本土 48 个山脉中少数东西走向的山脉之一。因此，蒙罗说，它们为科学家提供了一个“现成的实验”，以研究沙尘如何从大盆地移动到落基山脉。“这是一种很好的捕尘手套，可以捕捉来自南北的物质，”同事、普罗沃杨百翰大学的水文地质学家格雷格·卡林补充道。通过在整个山脉上分布的大约 18 个这样的设备，他们可以确定沙尘的数量和落石方向。

芒罗即将结束他在尤因塔山脉的第 25 个季节，他在这里首次开始研究沙尘如何塑造高海拔生态系统，并于 2020 年在瓦萨奇山脉部署了第一批收集设备。他和卡林于 2015 年开始合作。2019 年，两人发表了首次尝试确定盐湖或城市污染是否是这两个山脉的主要沙尘来源的论文；他们发现，令人吃惊的是，瓦萨奇山脉 90% 的颗粒来自大盐湖的盐湖（约 75 英里以东）和塞维尔湖的盐湖（约 150 英里西南）。但他们无法区分这两个来源。卡林表示，下一步是区分盐湖，然后考虑其他来源，例如其他盐湖、农业以及石油和天然气开发。门罗抓住机会研究尘埃“从源头到汇点”的过程，并和五位犹他州的同事在 2020 年获得美国国家科学基金会 500 万美元的资助后，共同组建了 Dust Squared 团队。

该团队要解决的一个大问题是，搭乘尘埃的矿物质、金属和微生物会对遥远的生态系统产生什么影响（如果有的话）。例如，犹他州立大学的生物地球化学家 Janice Brahney 研究了含磷尘埃如何改变高山湖泊的 pH 值和浮游生物的生长。

与此同时，卡林正在研究当雪冲入山间溪流时，携带的金属是否会降低水质。“在融雪期间，我们看到河中的金属浓度增加，”他说。使用来自气象站附近普罗沃河源头的样本，卡林检测到了铅、铜、铍和铝——这些都不可能来自当地岩石的母质，一种简单的石英岩。“这些样本中不应该有铅，”他说。“它一定来自其他地方。”这一发现将注意力转向了风吹进来的东西。“关于灰尘对水质影响的研究并不多。我们在积雪上看到了灰尘，但下一步是看看它会去哪里，最终进入流域的哪个地方。这变得非常复杂。”为了建立这些联系，卡林将灰尘中的物质与来自饮用水源普罗沃的样本中的物质进行了比较。

同样，犹他州大学的雪水文学家麦肯齐·斯基尔斯一直在模拟沙尘对山区融雪的影响，试图弄清沙尘如何影响该地区的供水和水质。斯基尔斯说，盐湖城 80% 到 90% 的水来自雪，“但目前的融雪模型并没有考虑沙尘的影响。”她的研究表明，空气中的土壤会使白色物质比平时提前一到三周液化。雪提前融化不会在春季稳定地流淌，而是会在日益炎热干燥的夏季流入河流和地下水的水量减少。在最坏的情况下，融雪会造成土壤和水库无法吸收和储存的洪水。“我们所有的水都是山脉提供的，”她说。

不过，该团队的真正目标是为管理进入积雪层的灰尘数量的政策提供信息，这就是为什么卡林寻找化学指纹来将落入山峰的灰尘与干涸的湖床联系起来。2020 年，他表明，尽管差别很小，但它们的锶同位素差异足以区分大盐湖的灰尘和几乎消失的塞维尔湖的沉积物。“这是一个指纹，但最好有其他的指纹，”他说。卡林和同事们还在探索他们是否能找到足够多的独特微生物 DNA，以区分他们的样本是否与沉积物、土壤或采矿有关。

如果没有指纹识别，现有的监测方法可能会漏掉很多信息。研究人员可以追溯到更大规模的沙尘事件的源头，但这需要运气：卫星必须在正确的时间出现在正确的地点才能拍摄到明确的图像。当没有这些图像时，斯基尔斯就会求助于一种名为“后向轨迹建模”的技术，该技术使用气象数据随时间的推移向后追踪一团空气，以查看它在哪里拾取了颗粒。斯基尔斯利用确定气团起源的大气计算机模型，将瓦萨奇山脉的沙尘追溯到 2017 年源自大盐湖和沙漠的一次事件。该模型显示，那次事件贡献了雪中大约一半的总沙尘沉积物。

另外，Dust Squared 团队可以尝试使用 EPA 传感器拼凑事件信息，但这些传感器也存在局限性——犹他州只有 19 个这样的探测器，其中 14 个监测 PM2.5（这种粒子最容易穿透肺部），5 个追踪 PM10。他们的项目将增加 550 个低成本传感器，其中大部分位于城市地区，包括流行的实时空气质量智能手机应用程序使用的 PurpleAir 监测器，用于检测 PM2.5 以下的颗粒物。（该州约 80% 的人口居住在被称为 Wasatch Front 的城市工业走廊，从布里格姆城延伸到普罗沃，包括盐湖城。）他们还计划在更多农村地区安装十几个传感器。近年来，EPA 已经取消了 PM10 传感器，因为 PM2.5 是最大的公共卫生问题，但 PM10 仍然存在问题，如果没有监测能力，研究人员就无法保持长期记录。哈恩伯格说：“对于尘埃研究来说，没有尘埃是很困难的。”

乍一看，位于洛杉矶以北 200 英里、内华达山脉以东的欧文斯湖看起来像一片被掠夺过的土地。大片盐晶覆盖了大部分区域，而深红色的嗜盐细菌则在咸浅的池塘中茁壮成长。几十年来，这里产生的灰尘对该地区 40,000 名永久居民以及数百万前往该地区国家公园的游客都构成了威胁。到 2014 年，法院命令要求实施防尘措施，以减轻 110 平方英里的盐湖 44.2% 的污染，这是美国最大的此类项目。

美国环保署对粗颗粒物的最高国家环境空气质量标准为 24 小时内每立方米空气中 150 微克，超过 350 微克的颗粒物会对人体健康造成严重危害。“在欧文斯湖，我们的超标量超过了最高标准的 100 倍，”空气污染控制官员菲利普·基杜 (Phillip Kiddoo) 说，他目前代表该州大盆地联合空气污染控制区监督减排工作。“我们最高一天的超标量约为 20,000 微克。”

经过三十年的试验，人们用砾石覆盖、植被种植和浅层洪水来控制灰尘。在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初，监测的六个湖泊每年都有数十次超标；2020 年，该地区只有八次超过联邦限制。这是一个成功的减排案例，尽管它耗资 25 亿美元，而且毫无疑问需要持续的维护。“我们已经认识到，与自然合作比与自然对抗要明智得多，”基杜说。

为了避免这种代价高昂的事件，Dust Squared 的 Perry 认为让大盐湖继续存在是最明智的做法。2021 年 6 月，在一场严重的干旱期间，来自大盐湖最重要水源熊河的水停止流入大盐湖，尽管州立法者考虑了将更多水用于其他用途的提议。在大盐湖开始消失之前，许多当地人认为它是一种滋扰。“公众认为它是咸水，不能用于任何用途，流入湖中的每一滴水都是浪费，”Perry 说。

但 2012 年的一份州报告却说了不同的话。内陆海每年为犹他州经济带来 13 亿美元的收入，其中 11 亿美元来自工业（主要是矿物开采）、1.36 亿美元来自娱乐，5700 万美元用于养殖作为水产养殖饲料的卤虫。该州 10 亿美元的滑雪产业也受益于湖泊效应降雪。而且该地区也是候鸟的主要通道。然而，它消失的一个后果更能引起公众的关注：“空气质量是所有人团结在一起的因素，”佩里说。

[相关：生活在同一个城市并不意味着呼吸同样的空气]

由于冬季逆温期间的雾霾水平，该州近十年前未能达到国家环境空气质量标准，被迫制定污染缓解战略。但该计划没有考虑到大盐湖的粉尘。现在，随着公众对拯救湖泊的呼声越来越高，政界人士已采取措施寻找解决方案。犹他州国会代表布莱克·摩尔与加利福尼亚州国会议员联手，于 2021 年 9 月推出了大盆地州计划法案中的盐湖生态系统。如果获得通过，该法案将指示美国地质调查局研究如何最好地管理该地区的终端水系统——这些知识也可能使俄勒冈州的阿伯特湖以及加利福尼亚州的索尔顿湖和莫诺湖受益。

佩里之前的研究表明，防止灰尘最经济有效的方法是停止转移淡水，尤其是用于农业，并补充流入大盐湖的水量。“十英尺深的水，就能解决灰尘问题，”他说。

麻省理工学院骑士科学新闻奖学金项目为该报道提供了旅行资助。

更正 2022 年 2 月 28 日：该故事的早期版本错误地将俄勒冈州的阿伯特湖命名为阿尔伯特湖。

这个故事最初刊登在 PopSci 2022 年春季 Messy 期刊上。阅读更多 PopSci+ 故事。