世界湖泊平均深度仅为先前预估的三分之二?

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  在本周美国物理学会会议上,研究人员报告指出,世界上湖泊深度平均仅为之前认为的三分之二。如果情况属实,该发现将有助于气候学家对世界气候更精确把握,这是因为湖泊深度的降低会产生更多吸热气体甲烷。
  卫星显示,地球上约有一亿个面积超一公顷的湖泊。它们的总面积超过三百亿公顷,约占地球土地面积2%。但要想预测湖泊深度却并不容易。湖泊深度变化多端:苏格兰著名的尼斯湖平均深度为132m,是北美伊利湖深度四倍多,而在面积上,伊利湖却是尼斯湖的4500倍。通常情况下,科学家通过当地地势,即周围地形坡度,推测湖泊深度,地球上湖泊体积总量预计在16万到28万km3之间,此研究第一作者,剑桥马萨诸塞州科技研究所海洋学家B.B.Cael說。
  但Cael希望数据能够更加精确。在明尼苏达州海洋艺术博物馆生态学家Adam Heathcote与瑞典于默奥大学环境学家David Seekell的帮助与合作下,他首先建立起解释观测湖泊分布的模型。Ceal通过模拟实验的数据发现,根据数学中的幂定律,给定区域湖泊数量会随着湖泊面积增加而减少。简单来说,小湖泊簇拥一团,大型湖泊十分罕见:与一公顷面积相比,十公顷面积上湖泊数仅为前者百分之一,与十公顷相比,一百公顷面积上的湖泊仅为前者的百分之一,以此类推。幂定律与数据表明,研究人员低估了小型湖泊的数量,因此Cael与他的团队将世界湖泊总面积值进行了稍许提高。
  为预测湖泊体积与深度,Ceal构建出地球地形的数学模型。他坚信地球表面具有自仿射分形对称性。换句话说,如果所有的高度都以一个特定因素作为参考,那么不管研究区域如何变化,山峰与山谷的分布在统计学上是完全相同的。特别地,大量地形数据已经显示,如果将地形因子扩大10倍,那么高度因子则将调整至2.5倍。(研究也暗示,火星大体上也是自仿射分形对称,其比例因子同为5)。
  这一比例关系可以使研究人员由湖泊面积计算出其体积与深度。Ceal说:“我们认为湖泊不会改变当地基本地势。”同时,他认为地球湖泊总体积约为19.9万km3,为之前估算值下限。该模型也揭示了一个令人吃惊的结果,世界湖泊的平均深度仅为42m,远远低于先前预估最低值62m。
  Ceal指出,如果就平均值来看,地球上的湖泊远比之前预想的浅,这一发现可以帮助理解当下气候变化。生活在湖底的微生物无需氧气,且会产生甲烷。如果湖泊深度更浅,那么会有更多甲烷进入大气。Ceal说:“如今甲烷排放量中,湖泊的甲烷排放量与海洋相同,大约为垃圾填埋产生的甲烷量的一半。但实际排放量应该还要更高。”
  芝加哥大学应用数学家Mary Silber认为,尽管引入了数学模型,该研究优势仍体现在紧扣数据上。“我十分欣赏他采集数据时的严谨细致以及寻求简单解释方式的努力。”
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