Faglig innhold

Emnet gir en avansert teoretisk og metodisk ramme for kvantitativ beskrivelse av jordas geosystemer på alle skalaer, fra den indre kjernen til magnetosfæren. Det introduserer matematiske metoder for å beskrive, modellere og analysere interaksjoner innenfor og mellom geosystemer, med vekt på differensialligninger, systemdynamikk og statistisk slutning.

Temaene omfatter:

• Klassifikasjon og eksempler på geosystemer og deres karakteristiske parametere.
• Universelle kvantitative lover og differensialligninger som styrer geofysiske, geokjemiske og geobiologiske prosesser.
• Skalaavhengige og skala-uavhengige fenomener analysert med Fourier-metoder, dimensjonsanalyse og fraktal geometri.
• Dynamisk oppførsel i geosystemer, inkludert faseoverganger, Hopf-bifurkasjoner, kaotisk dynamikk og katastrofeteori.
• Representasjon av geosystemer gjennom forover- og inversmodellering, og det erkjennelsesteoretiske skillet mellom disse.
• Modellutfordringer i systemer fra mikromagnetisme og manteldynamikk til platetektonikk og det globale klimasystemet.
• Statistisk og sannsynlighetsbasert beskrivelse av geosystemer ved bruk av Bayes’ teorem og logisk slutning.
• Selvorganisering, emergens og livets rolle i det globale geosystemet.

Gjennom hele emnet legges det vekt på identifikasjon av relevante parametere, karakterisering av usikkerhet og forståelse av de erkjennelsesteoretiske grensene for prediksjon i komplekse systemer.Studentene utvikler teoretisk og anvendt modelleringskompetanse gjennom analytiske, numeriske eller eksperimentelle studier av utvalgte geosystemer.

Læringsutbytte

Kompetanse

Etter fullført emne skal kandidaten kunne:

• Formulere, analysere og vurdere matematiske modeller av geosystemer ved bruk av avansert differensiallignings- og systemdynamikkteori.
• Kritisk vurdere de erkjennelsesteoretiske og metodiske grunnlagene for kvantitativ geovitenskap, inkludert usikkerhet, slutningsprosesser og modellforutsetninger.
• Integrere analytiske, numeriske eller eksperimentelle tilnærminger for å utvikle originale innsikter i geosystemers dynamikk og forutsigbarhet.
• Formidle komplekse kvantitative og konseptuelle sider ved geosystemers oppførsel til både spesialister og tverrfaglige målgrupper.

Kunnskap og ferdigheter

Etter fullført emne skal kandidaten kunne:

• Forklare de styrende ligningene og karakteristiske parametrene som beskriver jordas hovedsfærer og koblede geosystemer.
• Utlede, klassifisere og analysere differensialligningssystemer som beskriver geofysiske og geokjemiske prosesser.
• Identifisere karakteristiske skalaer, dimensjonale sammenhenger og fraktale eller selvliknende mønstre i naturen.
• Analysere stabilitet og potensiell bifurkasjon eller kaotisk oppførsel i ikke-lineære dynamiske systemer.
• Anvende avanserte metoder for forover- og inversmodellering, og vurdere tilhørende usikkerhet og begrensninger i prediksjon.
• Designe og gjennomføre numeriske eller eksperimentelle studier av et valgt geosystem, tolke resultatene kvantitativt og sammenligne dem med teoretiske forutsigelser.
• Reflektere kritisk over de erkjennelsesteoretiske konsekvensene av modellkonstruksjon, parameterisering og statistisk slutning i geovitenskap.

Læringsformer og aktiviteter

Emnet undervises etter avtale med faglærer. Emnet blir undervist hvis det melder seg minst 3 studenter. Aktivitetene er valgt etter emneutvalget fra forelesninger, laborarbeid, kollokvier og selvstudium.

Spesielle vilkår

Forkunnskapskrav

Emnet krever opptak til doktorgradsprogrammet Ingeniørvitenskap, eller faglærers godkjenning. Et høyt nivå av matematisk og fysisk bakgrunn kreves: Kalkulus (opp til partielle differensialligninger), lineær algebra, eksperimentell og grunnleggende teoretisk fysikk.

Kursmateriell

Utvalgte tidsskriftartikler og fagbøker.