第八章 沙漠威脅 林雨莊編譯
耗盡地下的水
沙漠是乾燥的地方，人們在那裡學會非常小心地用水。儘管他們傳統上節儉，但隨著沙漠國家人口的增加，他們對水的需求也不可避免地增加了。人們只需要少量的水來飲用、烹飪、洗滌和衛生。他們需要更多的糧食來種植糧食，而在北非和中東，作物灌溉占了所有用水的90%。生產一噸小麥需要1500噸水。工業也用水。一些被稱為工藝水的水被納入產品中，更多的用於冷卻。冷卻水返回系統，但每次使用時，蒸發會損失一部分。
在全世界範圍內，包括農業和工業在內，每人每年可供使用的水平均約為7萬公升，但分配並不均勻。在北非和中東，每人每年1萬2000升的人均飲用量僅為全球平均水準的六分之一，即便如此，這也是一個掩蓋了巨大差距的平均數字。伊朗人的年平均飲用量為1萬8000升，而約旦和葉門的人年平均飲用量不足2000升。局勢正在惡化。專家們擔心，到2025年，該地區人均年可供水量可能略高於4900升。
人們從河流取水，但那些遠離河流的人使用水井。水井從地下取水，在許多沙漠，特別是撒哈拉沙漠，有大量的地下水。
撒哈拉地下水有三種類型。地表附近有沖積含水層，由尼羅河等主要河流的水填滿。沿地中海海岸，那裡的氣候更濕潤，有沿海蓄水層被雨水填滿。
沖積層和沿海含水層分別由河流和降雨補給，但對水的需求增加引發了人們的擔憂，即水的流失速度快於補充的速度。在埃及，水被清除的速度是尼羅河水進入含水層重新充注的速度的四倍，從利比亞沿海蓄水層取水的速度是蓄水層再充水速度的五倍。未來幾年，依賴沿海和沖積含水層的地區可能面臨水資源短缺的風險，除非找到替代水源，如海水淡化。
然而，目前最大的含水層是努比亞砂岩含水層(NSA)，據估計，該含水層可容納37萬3000
立方公里的水。國家安全局覆蓋了埃及、蘇丹、查德和利比亞下方約200萬平方公里，它毗鄰大陸間含水層，從阿爾及利亞西南部延伸到利比亞中部，面積超過12萬5000平方公里。
努比亞砂岩含水層(NSA)和大陸間含水層都含有它們很久以前積累的水。例如，科學家們計算出，在45000年到23500年前，大陸間帶曾被密集地重新充電，但此後幾乎沒有得到水。國家安全局的水更古老。這些含水層含有“化石”水，從中提取的水不會得到補充。
北非深層含水層的水正在以每秒795升的速度被清除。這一比率多年來穩步上升，現在是1950年的六倍多。抽水降低了水井附近的地下水位，現在地下水位比1950年下降了20-40米，但僅限於每個水井周圍的區域。沒有人知道其他地方的地下水位是否在下降，但時間可能會到來，因為要想充分地加深水井以維持灌溉用水供應，成本太高。
生活在和靠近北美沙漠的人們也越來越關心他們的供水可靠性。未來他們可能需要增加對海水淡化的依賴。其他沙漠，如納米布、阿塔卡馬和塔克拉瑪干，太幹了，無法支撐任何農業，也沒有人生活在其中。
澇漬鹽漬化
具有諷刺意味的是，在一些農田灌溉嚴重的地區，地下水位元正在上升。當灌溉系統效率低下時，就會發生這種情況。
灌溉水應以每小時2.5-75mm的速度向下浸泡。在這個速率下，植物的根能夠吸收它們所需要的水分，如果灌溉持續24小時，土壤應該被濕潤到60-90公分的深度。如果施水太慢，大部分水分在到達根部之前就會蒸發和流失。如果在滲透性很強的土壤上塗抹過快，比如沙子或沙漠礫石，其中大部分會直接穿過土壤進入地下水。它又會被植物所丟失。
當水排得太快時，土壤就會變乾，作物會因缺水而枯萎，因此農民會提高灌溉速度。然而，這不太可能有説明，而且如果灌溉系統將水灌入土壤中的速度超過地下水的排出速度，情況可能會變得更糟。這時地下水位開始上升。在埃及和摩洛哥的部分地區，地下水位以每年高達3米的速度上升，埃塞俄比亞、印度、中國和澳洲的一些地方的地下水位也在上升，儘管不是那麼快。
沒有人會注意到地下水位在上升，但如果水位繼續上升，它可能會到達作物的根部。地表的土壤仍然會變乾，作物生長會變慢甚至死亡，但問題不是水太少，而是太多。根部周圍的土壤被水飽和，根部無法吸收氧氣。儘管土壤表面乾燥，但植物正在淹死。這是內澇的影響，它可能是由灌溉水的管道和管道洩漏引起的。
灌溉用水不需要適合人們飲用。它含有多種礦物鹽，包括普通鹽(氯化鈉)，當它通過土壤排水時，土壤中更多的鹽溶解在其中。當水從地下水位以上的土壤中蒸發時，更多的水被抽上來代替它，通過土壤顆粒之間的孔隙流動。水也會蒸發，當水蒸發時，溶解在其中的任何物質都會被留下，因為只有純水以水蒸氣的形式進入空氣。咸水向上運動，蒸發，留下的鹽分積累，使土壤逐漸變鹹。每次有更多的水通過土壤，鹽分就會溶解在土壤中，因此，地下水位以上的水也會不斷地變鹹。這叫做鹽化。
水和營養分子可以通過一種叫做滲透的過程穿過植物細胞壁。如果溶於水的溶液中的化合物在細胞壁的一邊比另一邊強，水就會從弱的溶液穿過細胞壁，直到兩者的強度相同。如果植物根部周圍的水比根部的水咸，水就會通過滲透作用從根部流出。這會使植物枯萎並最終死亡。鹽漬化使土壤貧瘠。植物不會在裡面生長。
治澇的辦法是把多餘的水排掉。治癒鹽鹼化更困難，更昂貴，而且需要更長的時間。必須把水倒在地上，用好的排水管把鹽分沖走，注意水不會污染地下水或河流。
預防勝於治療。它包括安裝良好的排水系統作為灌溉系統的一部分。因為這增加了安裝成本，所以很容易偷工減料，依靠自然排水。這就是為什麼現在內澇和鹽漬化都很普遍。
孔隙度和滲透率
當土壤顆粒堆積在一起時，它們不規則的形狀意味著它們之間有很小的空間。這些空間被稱為土壤孔隙，在一定體積的土壤中，它們佔據孔隙空間的總百分比被稱為土壤的孔隙度。
土壤顆粒的大小和形狀決定了土壤孔隙的大小，但不一定影響孔隙的總量。沙粒相對較大，形狀通常很有棱角。它們不能整齊地結合在一起，因此砂土和砂土具有大孔隙。另一方面，粘土是由顯微鏡下細小的扁平顆粒組成的，這些顆粒呈片狀，一層一層堆積在另一層上，其間有非常小的孔隙。但顆粒大小的差異意味著兩種土壤的總孔隙空間可能相似。在這種情況下，兩種土壤的多孔性相同。
然而，它們的透水性並不相同。滲透性是衡量水或空氣通過土壤的速度。空氣不會粘附在土壤顆粒上，因此土壤的透氣性只取決於總孔隙空間。然而，水確實會附著在土壤顆粒上，在每個顆粒上覆蓋一層大約一個分子厚的薄膜，它緊緊地附著在土壤表面。如果土壤孔隙很小，粘附在顆粒上的水可能會進一步減小其尺寸，從而減緩水在土壤中的運動，從而降低土壤的滲透性。滲透性是根據水通過土壤的速率來分類的。
氣候變化對沙漠意味著什麼
把一杯熱咖啡放在桌子上，過不了多久就會冷了。咖啡會以輻射的形式失去一部分熱量—當你把手放在火上時你會感到溫暖。在微波爐裡放一分鐘左右可以使咖啡再次變熱。咖啡將吸收微波輻射並將其轉化為熱量。一個物體吸收了落在它身上的所有輻射，然後把它吸收的所有能量都輻射出去，這就是黑體輻射。
地球是一個相當低效的黑體。它吸收大約一半的太陽輻射。這會使表面變暖，然後溫暖的表面將熱量輻射回太空。輻射以波的形式傳播。一個波峰和下一個波峰之間的距離就是輻射的波長，波長越短，輻射所擁有的能量就越多。黑體輻射的波長與黑體的溫度成反比。黑體越熱，其輻射的波長越短。太陽是熱的，以短波長輻射最強烈。地球的溫度要低得多，發出長波輻射。
白天，地球吸收太陽的短波輻射並發射長波輻射，但它吸收輻射的速度比失去輻射的速度快。因此，地表逐漸變暖。到了下午晚些時候，陽光變得不那麼強烈，地球開始以比吸收更快的速度失去輻射。這一過程持續了一整夜，地球開始變冷，但在黎明前一小時，冷卻停止，地表開始吸收來自日出的輻射。
在月球上，它與地球離太陽的距離相同，夜晚極冷，白天極熱。中午的平均溫度為110°C，到晚上結束時，溫度降至-170°C。正是地球的海洋和大氣阻止了溫度的上升和下降，就像在月球上一樣。海洋吸收和釋放熱量的速度非常慢，使得夏季比乾燥星球上的溫度更低，冬季更溫暖，大氣也推遲了向外輻射的釋放。這種延遲是因為某些氣體，特別是水蒸氣，還有二氧化碳、甲烷、臭氧和其他一些氣體，吸收長波輻射。然後，這些氣體會放射出它們吸收的能量，但在它被困在空氣中的這段時間裡，空氣溫度會保持在比其他情況下更高的水準。如果空氣中不含這些氣體，全世界的平均溫度大約為-18°C。實際溫度為59°F。通過吸收長波輻射使空氣變暖被稱為溫室效應，所涉及的氣體是溫室氣體。
顯然，如果沒有自然的溫室效應，地球上的生命將非常不舒服。首先，熱帶以外的湖泊和海洋終年都會結冰。我們需要溫室效應，但在過去的幾十年裡，我們一直在通過釋放溫室氣體，特別是二氧化碳來增加溫室效應。溫室效應的增強使平均氣溫上升，在未來幾年，由此產生的全球變暖可能會影響沙漠。
全球變暖的程度及其後果存在許多不確定性，但最有可能的估計是，到2100年，平均氣溫將上升約1.5°C。氣候變暖的蔓延並不均勻。大部分發生在北緯30°以北，在北美洲西北部和西伯利亞東北部冬季最為明顯。
氣溫上升1.5°C將增加降雨量，但在中緯度地區，可能還會帶來較長時間的潮濕和乾燥天氣。大陸沙漠，如戈壁，可能會變得潮濕，就像北撒哈拉和西撒哈拉一樣。如果是這樣的話，降雨量的增加、溫度的略微升高以及二氧化碳的增加促進了植物的生長，就有可能在目前過於乾燥和寒冷的地區種植作物。
亞洲夏季風可能會更加強烈。這可能會給塔爾沙漠帶來雨水，增加那裡生長的植被數量。
在北美，由於降雨量增加，索諾蘭沙漠的面積可能會減少，但位於雨影中的莫哈韋沙漠不太可能發生變化。非常乾燥的阿塔卡馬沙漠將繼續接收穿越南美大陸的空氣，而從海洋到達的空氣將繼續穿過寒冷的秘魯洋流。阿塔卡馬的氣候可能不會改變。因為同樣的原因，納米布很可能會留在非洲沙漠裡。隨著東南信風給澳洲北部帶來了更多的降雨，澳洲的沙漠可能會縮小一些。
全球變暖的整個問題有許多不確定因素，但似乎越來越有可能在21世紀造成的影響將相當小。這些影響可能包括世界沙漠總面積的減少。沙漠將變得更小。這將使沙漠人民和生活在半乾旱沙漠邊緣的人們受益。
自然氣候迴圈
氣候在幾十年中自然變化。上世紀70年代，人們擔心撒哈拉以南的薩赫勒地區持續乾旱意味著沙漠正在向前推進。上世紀60年代，季節性夏季降雨開始減少，1968年至1973年期間旱情最為嚴重。到20世紀70年代中期，當外界開始注意到這個偏遠地區發生的事件時，大約有20萬人和400萬牲畜餓死。這場悲劇的規模如此之大，人們很容易相信撒哈拉沙漠正在向南推進。然而，乾旱結束了，隨著上世紀80年代降雨的恢復，植被恢復了。
一年中不尋常的天氣有時與赤道南太平洋的風和洋流的變化有關。這種變化的影響通常會在12月顯現出來，這個事件被稱為厄爾尼諾是件。
在20世紀90年代，歐洲西北部經歷了一系列溫和的冬天，但在北美東部，許多勝利者異常嚴酷。這種天氣模式是北大西洋濤動(NAO)的結果。低氣壓區半永久性地集中在冰島上空，而在亞速爾群島(位於葡萄牙以西約1290公里)上有一個高壓區，有時延伸到加勒比海。它們分別被稱為冰島低壓和亞速爾群島高。空氣在低壓區逆時針迴圈，在高壓區順時針迴圈，因此冰島低壓區和亞速爾群島高壓區之間產生一股氣流，從西向東橫穿北大西洋。當壓差很大時，冰島上空的氣壓很低，亞速爾群島上空的氣壓很高，稱為NAO高；當壓差很小時，稱為NAO低。高NAO在西歐產生溫和的冬天，在北美東部產生寒冷的冬天。
類似的振盪也影響到北太平洋。它被稱為太平洋十年振盪(PDO)，在持續幾十年的時間裡產生冷暖交替的天氣。科學家們現在認為，NAO和PDO與北極上空壓力分佈的變化以及在55°N左右的一個圈(稱為北極濤動)有關。所有三種振盪一起產生北半球環形模式(環狀意味著“環形”，指的是天氣模式環繞地球)。
這些變化影響天氣數年或數十年，但也有一些變化發生在較長的時期。世界上許多地區，包括南北半球的平均氣溫在600至800攝氏度之間開始上升，在西元前1100至1300年之間達到峰值，當時有些地方比今天更暖和。這是中世紀的溫暖時期。幾個世紀之後，小冰河時期，一個寒冷的天氣持續了大約1600年到1850年。
小冰河時代最冷的部分，從1645年到1715年，恰逢太陽黑子或極光很少的時期。太陽黑子是太陽表面由強磁場引起的黑斑。它們與太陽風的強度密切相關，太陽風是一種從太陽向外噴射的亞原子粒子流。太陽風粒子到達地球時會產生極光，太陽風的強度會影響雲的形成。太陽風越強，形成的雲就越少。愛德華·曼德，英國太陽天文學家，是第一個確定這一時期的人，它被稱為蒙德極小期。在蒙德極小期之前和之後，還有其他一些極小值，它們都與涼爽的天氣相吻合。太陽黑子最大值也出現過，這與溫暖的天氣相吻合。
最大的氣候變化是在冰期和間冰期之間的一個冰期和下一個冰期之間。目前，我們生活在一個稱為全新世的間冰期中，它開始於大約10000年前，在最近的冰期結束時，被稱為威斯康星年。威斯康星河是近80萬年來影響北美的第四個冰期。下表列出了它們的日期和名稱，以及間冰期的日期和名稱。
科學家們認為，冰河期的開始和結束是由地球繞太陽的軌道和自轉軸的變化引起的。塞爾維亞天體物理學家米盧廷·米蘭科維奇計算了這些天文變化發生在幾十萬沙年的時間，並將它們的時間與氣候變化進行了比較。這種擬合是精確的，被稱為米蘭科維奇旋回(見下面的側欄)的天文變化可以觸發引發冰期和間冰期的事件序列。所有這些變化都會影響沙漠。在寒冷時期，海洋蒸發的水更少。因此，降雨量減少。寒冷時期通常是乾燥的，是沙漠擴張的時期。相反，暖期是潮濕的，因為溫度越高，水分蒸發率越高，然後凝結成雲。在溫暖時期，沙漠收縮。
米蘭科維奇迴圈
1920年，塞爾維亞天體物理學家米盧廷·米蘭科維奇(Milutin Milankovitch，1879-1958)提出了一個天文解釋，解釋了冰河期為什麼會在冰河期開始時結束。米蘭科維奇曾研究過地球圍繞太陽運行的軌道和地球自轉軸發生的規律性變化。他發現有三個週期性的變化，或者說週期性地改變著落在地表上的陽光量。當這三個週期重合時，冰河期要麼開始，要麼結束。現在大多數氣候科學家都接受了米蘭科維奇理論。這三個週期影響軌道伸展、軸向傾斜和軸向擺動。地球沿著一條橢圓軌道繞太陽運行，太陽佔據橢圓的一個焦點。軌道偏心率在10萬年內發生變化。這意味著橢圓又長又短。當軌道最長時，地球在其最近的接近點(近日點)和最遠點(遠日點)距離太陽大約30%，而橢圓實際上很短，幾乎是圓形的。在這個時候，落在地球上的陽光就不那麼強烈了。
地球的軸線不是與太陽光線成直角，而是傾斜的，目前約為23.45°。在大約42000年的時間裡，傾斜角從22.1°到24.5°不等，然後又變回來。傾斜角度越大，稱為傾角，夏季高緯度地區的日照強度就越大，而這些緯度地區在冬季接收的陽光就越少。地球的地軸像玩具旋轉的陀螺一樣擺動，所以在不改變傾斜角度的情況下，地軸描述了一個圓，用了25800年的時間完成一個旋轉。這就改變了仲夏日、仲冬日和春分的日期(在這一天裡，到處都是精確的12小時白天和12小時的夜晚)。目前，地球大約在7月4日處於近日點(離太陽最近)，而遠日點大約在1月3日。在大約一萬年後，由於軸向擺動，這些日期將顛倒。屆時，北半球在夏季將受到更多的太陽輻射，冬季則會減少；南半球則會在夏季受到較少的輻射，而在冬季則會更多。
圖8-1 當軌道最偏心時，軸向傾斜最小，地球在6月或12月處於遠日點，一個半球或另一個半球的夏季溫度可能低到降雪。
過度放牧和荒漠化
沙漠植被稀少，但過去足以養活遊牧部落的牲畜。遊牧民族是以牲畜為生，不種莊稼的牧民，他們非常有效地利用自然資源。他們擁有綿羊、山羊、駱駝、馬和牛。每一種飼料都不同於其他的，所以它們可以在不競爭的情況下放牧。當它們進食時，它們還會踐踏地面，在地上小便。過了一段時間，他們沒有咀嚼或啃咬的植物被踐踏，弄髒，不適合吃。這時，部落成員會騎馬出去尋找新鮮的草場，當他們找到新鮮的草場後，人們會收拾起帳篷和其他物品繼續前行。他們留下的植物很快就恢復了，因為動物糞便使它們受精。
牧民以這種方式生活了幾個世紀，他們的生活方式沒有理由不能無限地延續下去，但這是一種艱苦的生活。動物是他們唯一的財富形式，他們用動物來交換糧食和人民自己無法製造的商品。這意味著這些動物太珍貴了，不能被殺作食物，除非在極少數的場合，通常是為了慶祝一些重要的事件。當動物生病時，沒有獸醫來管理現代藥物。如果傳統的草藥療法失敗了，生病的動物就會死亡。也沒有醫生、醫院或學校供孩子們使用。
現在的情況好多了。村莊裡有醫療中心和學校，對旅行的人開放，還有獸醫診所照顧他們的動物，所以生病的動物有更好的機會康復。在富裕的食肉城市居民中，他們的動物也有更大的市場。商人用金錢購買動物，牧民可以用這些錢購買現代奢侈品。
牧民的生活有了很大的改善，但這種改善帶來了變化。更好的獸醫服務和現成的市場意味著畜群和羊群的毛入學率很高，而且它們的組成是不同的。如今，汽車、公共汽車和卡車運載著曾經由駱駝和馬運輸的人和貨物。對這些動物的需求減少了，所以它們的數量下降了。綿羊和山羊提供肉和皮，但最大的需求和最好的價格是牛肉。許多牧群只由牛組成。
一群牛對牧場的利用效率不如四五種牲畜的混合群。再加上牲畜數量的增加，放牧效率的降低破壞了牧場。植物被從地上撕下來或踩壞。這是過度放牧。
在南撒哈拉和與沙漠接壤的薩赫勒地區，情況變得尤其糟糕，牧民並不是唯一受到壓力的人。農民耕種更好的土地。在不時發生的旱災中，牧民們可以四處尋找牧場，但農民們只能看著莊稼枯萎。在絕望中，他們試圖用柵欄隔開以前遊牧民族使用的土地來增加耕地面積。農民和牧民之間的這種永恆的衝突是《聖經》中該隱和亞伯以及西部牛仔和農民之間的鬥爭的基礎，在20世紀下半葉，這種衝突在非洲再次上演。
這一直是牧民們失去的衝突。在一些地方，農民允許遊牧民族在莊稼收穫後在地裡放牧，但他們為此收費。遊牧民族付不起錢，而且無論如何，他們對曾經免費使用土地的費用感到憤慨。當牧民發現牧場時，他們可以使用，農民們常常設法把它圍起來。遊牧民族被迫進入更小的地區。與此同時，政府鼓勵他們在鄉村定居。在那裡，他們可以擁有永久性的住房、適當的醫療保健、子女的正規教育以及有可能獲得有報酬的工作。這是一個很有吸引力的提議，許多人抓住了這個機會。然而，他們並沒有拋棄自己的牲畜。動物是他們最重要的財產，所以牧群在村莊周圍吃草，當他們破壞了附近的植物後，他們就搬到更遠的地方去了。
牧群的組成又發生了變化。隨著植物的退化，牛就不能再生存了。通常在死前就被賣掉了。羊拼命地啃著這些草藥，直到它們也被破壞，大多數羊不得不離開。山羊可以爬到樹和灌木上尋找樹葉、嫩枝和嫩枝，所以它們存活的時間最長。一旦植被消失，裸露的地面就與周圍的沙漠難以區分。風把細土吹走，留下石頭，風吹的泥土把植物埋在遠處，殺死它們。沙漠就是這樣蔓延的。這個過程叫做沙漠化。
人們有時把沙漠的蔓延歸咎於牧民。這很不公平。他們是這場悲劇的受害者，而不是肇事者，他們的山羊，似乎正在破壞僅存的植被，是一場並非他們製造的災難的倖存者。一旦降雨恢復，過度放牧的土地將恢復，前提是在植物完全生長之前，用柵欄將牲畜擋在外面。乾旱使沙漠擴大，乾旱是一種自然災害。隨著時間的推移，那些父母都是遊牧民族的村民，他們的生活方式消失了，他們會找到新的方式在現代世界繁榮昌盛。
圖8-2 一道籬笆將右側過度放牧的牧場與左側的受保護土地隔開，顯示了允許牲畜不受控制地進入牧場的效果。這一幕發生在墨西哥的奇瓦瓦沙漠。