世界湖泊平均深度僅為先前預(yù)估的三分之二？

在本周美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上，研究人員報(bào)告指出，世界上湖泊深度平均僅為之前認(rèn)為的三分之二。如果情況屬實(shí)，該發(fā)現(xiàn)將有助于氣候?qū)W家對(duì)世界氣候更精確把握，這是因?yàn)楹瓷疃鹊慕档蜁?huì)產(chǎn)生更多吸熱氣體甲烷。

衛(wèi)星顯示，地球上約有一億個(gè)面積超一公頃的湖泊。它們的總面積超過(guò)三百億公頃，約占地球土地面積2%。但要想預(yù)測(cè)湖泊深度卻并不容易。湖泊深度變化多端：蘇格蘭著名的尼斯湖平均深度為132m，是北美伊利湖深度四倍多，而在面積上，伊利湖卻是尼斯湖的4500倍。通常情況下，科學(xué)家通過(guò)當(dāng)?shù)氐貏?shì)，即周圍地形坡度，推測(cè)湖泊深度，地球上湖泊體積總量預(yù)計(jì)在16萬(wàn)到28萬(wàn)km3之間，此研究第一作者，劍橋馬薩諸塞州科技研究所海洋學(xué)家B.B.Cael說(shuō)。

但Cael希望數(shù)據(jù)能夠更加精確。在明尼蘇達(dá)州海洋藝術(shù)博物館生態(tài)學(xué)家Adam Heathcote與瑞典于默奧大學(xué)環(huán)境學(xué)家David Seekell的幫助與合作下，他首先建立起解釋觀測(cè)湖泊分布的模型。Ceal通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)數(shù)學(xué)中的冪定律，給定區(qū)域湖泊數(shù)量會(huì)隨著湖泊面積增加而減少。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，小湖泊簇?fù)硪粓F(tuán)，大型湖泊十分罕見(jiàn)：與一公頃面積相比，十公頃面積上湖泊數(shù)僅為前者百分之一，與十公頃相比，一百公頃面積上的湖泊僅為前者的百分之一，以此類推。冪定律與數(shù)據(jù)表明，研究人員低估了小型湖泊的數(shù)量，因此Cael與他的團(tuán)隊(duì)將世界湖泊總面積值進(jìn)行了稍許提高。

為預(yù)測(cè)湖泊體積與深度，Ceal構(gòu)建出地球地形的數(shù)學(xué)模型。他堅(jiān)信地球表面具有自仿射分形對(duì)稱性。換句話說(shuō)，如果所有的高度都以一個(gè)特定因素作為參考，那么不管研究區(qū)域如何變化，山峰與山谷的分布在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是完全相同的。特別地，大量地形數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示，如果將地形因子擴(kuò)大10倍，那么高度因子則將調(diào)整至2.5倍。（研究也暗示，火星大體上也是自仿射分形對(duì)稱，其比例因子同為5）。

這一比例關(guān)系可以使研究人員由湖泊面積計(jì)算出其體積與深度。Ceal說(shuō)：“我們認(rèn)為湖泊不會(huì)改變當(dāng)?shù)鼗镜貏?shì)。”同時(shí)，他認(rèn)為地球湖泊總體積約為19.9萬(wàn)km3，為之前估算值下限。該模型也揭示了一個(gè)令人吃驚的結(jié)果，世界湖泊的平均深度僅為42m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先前預(yù)估最低值62m。

Ceal指出，如果就平均值來(lái)看，地球上的湖泊遠(yuǎn)比之前預(yù)想的淺，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助理解當(dāng)下氣候變化。生活在湖底的微生物無(wú)需氧氣，且會(huì)產(chǎn)生甲烷。如果湖泊深度更淺，那么會(huì)有更多甲烷進(jìn)入大氣。Ceal說(shuō)：“如今甲烷排放量中，湖泊的甲烷排放量與海洋相同，大約為垃圾填埋產(chǎn)生的甲烷量的一半。但實(shí)際排放量應(yīng)該還要更高。”

芝加哥大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)家Mary Silber認(rèn)為，盡管引入了數(shù)學(xué)模型，該研究?jī)?yōu)勢(shì)仍體現(xiàn)在緊扣數(shù)據(jù)上。“我十分欣賞他采集數(shù)據(jù)時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致以及尋求簡(jiǎn)單解釋方式的努力。”