يعد قسم علوم الأرض والبرامج والمعاهد التابعة له بمثابة المركز الرئيسي لجامعة برينستون فيما يتعلق بعلوم الأرض والغلاف الجوي وعلوم المحيطات والبيئة. على هذا النحو، يضم القسم مجموعة متنوعة غنية من الخبرات والمبادرات العلمية التي تسعى جاهدة لفهم البنية العميقة للأرض، والمناخ، والمحيط الحيوي، والغلاف الجوي والمحيطات، والمناظر الطبيعية، وكيفية تفاعل هذه الأنظمة وتطورها على جميع الفترات الزمنية.
الشؤون الأكاديمية والبحثية
يغطي قسم علوم الأرض مجموعة واسعة من المجالات ويعمل بنشاط على تعزيز الدراسات والأبحاث متعددة التخصصات. الطلاب المهتمون بالتكتونيات والجيوفيزياء وعلم الزلازل وتاريخ الأرض والكيمياء الجيولوجية وعلم الجيولوجيا الجيولوجية وعلم الصخور والفيزياء المعدنية وعلم المحيطات البيولوجي وعلم الأحياء الدقيقة البيئي والكيمياء الجيولوجية الحيوية وعلم الحفريات وعلم المحيطات القديمة والمناخ القديم والجيولوجيا البيئية سيجدون معظم احتياجاتهم البحثية والتعليمية مستوعبة ضمن مختبرات قاعة جويوت.
تعتبر علوم الغلاف الجوي والمحيطات جزءا لا يتجزأ من القسم. عادةً ما يسعى الطلاب للحصول على درجة علمية من خلال برنامج AOS (برنامج مشترك مع مختبر ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية، GFDL). بالإضافة إلى ذلك، تتمتع Geosciences وAOS بعلاقات وثيقة مع البرامج المتعلقة بالموارد المائية في قسم الهندسة المدنية والبيئية ومعهد High Meadows البيئي (HMEI)، ومعهد برينستون لعلوم وتكنولوجيا المواد (PRISM). نحن نقدم أيضًا علوم الأرض الحسابية كبرنامج تدريبي متعدد التخصصات للخريجين.
يركز التعليم العالي داخل القسم، بشكل عام، بقوة على البحث، بالإضافة إلى تطوير إحساس قوي بالطبيعة متعددة التخصصات لعلوم الأرض. ونتيجة لذلك، حققت جامعة برينستون نجاحًا استثنائيًا في توجيه الطلاب للانتقال إلى مناصب ثابتة في الأوساط الأكاديمية والمناصب البحثية الرائدة في الصناعة أو المختبرات الحكومية. يقدم القسم فقط برنامج دكتوراه في الفلسفة (Ph.D.)، والذي يمكن للطلاب الحاصلين على درجة الماجستير أو بدونه التقدم إليه. الوقت المستهدف للتخرج هو خمس سنوات.
المعدات والمرافق
يشتمل علم الأرض الحديث على سلسلة متواصلة من الأساليب، بدءًا من الدراسات الميدانية إلى العمل المختبري والنظري باستخدام أدوات متطورة وأجهزة كمبيوتر كبيرة. بالإضافة إلى المرافق الصخرية والمعدنية والرسوبية والحفريات لإجراء الأبحاث العلمية الجيولوجية الروتينية، يمتلك القسم معدات متخصصة للدراسات المختبرية والميدانية المتجذرة في مجموعة واسعة من التخصصات.
دراسة ميدانية: للمساعدة في حملات رسم الخرائط الميدانية، يمتلك القسم أسطولًا من الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة والمروحيات الرباعية، ونظام تحديد المواقع التفاضلي والقياسي، ومحطات الليزر الشاملة، وأجهزة iPad الميدانية، وعمق المياه القابل للنشر، والمسابير الكيميائية، ومحطات الأرصاد الجوية، إعدادات الهيكل من الحركة، والكاميرات تحت الماء، ومثاقب الظهر، والمثاقب المغناطيسية القديمة، وأجهزة حفر الرواسب، وأجهزة حفر الأشجار.
الكيمياء الجيولوجية: تشتمل الأدوات المحددة على ثلاثة أجهزة قياس طيف الكتلة البلازمية المقترنة حثيًا لتحليلات العناصر النزرة عالية الدقة (Thermo Element 2 ICPMS وThermo iCap) ونسبة النظائر (Thermo Neptune MC ICPMS)؛ الميكروويف لإذابة السيليكات بسرعة؛ إعداد micro-XRF الحديث؛ كروماتوجرافيا الغاز، HPLC، وأجهزة تحليل الأيونات؛ أجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والفلورسنت؛ عدادات جاما والتلألؤ؛ أجهزة الطرد المركزي الفائقة؛ أجهزة تحليل الكربون المذاب والصلب؛ ومرافق المختبرات الكيميائية الرطبة الحديثة. يوجد أيضًا مختبر حراري مائي، بما في ذلك الأوتوكلاف الهزاز ذو السعة الكبيرة، وأنظمة التدفق الحركي، وخلايا الضغط العالي وخلايا الحرارة العالية البصرية، ونظام الضغط العالي المُسخن داخليًا.
علم الجيولوجيا الجيولوجية وعلم الصخور: بالإضافة إلى المرافق الحديثة لفصل وتوصيف المعادن، تستضيف Guyot مرافق معملية نظيفة جديدة مناسبة للكيمياء الجيولوجية للمعادن النزرة الفارغة المنخفضة للغاية المستخدمة في التحليل اللوني الأيوني لـ Ca وMg وSr وU وPb وSm، وفصل العنصري الثانية. يحتوي المختبر أيضًا على اثنين من أجهزة قياس الطيف الكتلي للتأين الحراري IsotopX PhoeniX62 المستخدمة في علم التاريخ الجيولوجي U-Pb عالي الدقة وقياسات نظائر Sr وCr وCa وNd. يتم إجراء الكيمياء الجيولوجية المعدنية والصخرية المصاحبة لعلم الجيولوجيا في مرافق أخرى داخل الحرم الجامعي وخارجه وداخل Guyot، كما هو الحال في مرافق ICPMS.
مختبر تتبع المحيطات: يشتمل على أجهزة كشف ألفا وكاشفات التلألؤ لقياس المستويات المنخفضة من نظائر الرادون والراديوم المشعة وكاشف بئر الجرمانيوم الجوهري عالي الدقة لقياس أشعة جاما.
مختبر النظائر المستقرة: يحتوي على مطياف كتلة مصدر غاز V. G. Optima الجديد، مع أجهزة طرفية للتحليل الآلي لمعادن الكربونات وللتحميل والتنظيف الآلي لمخاليط غاز ثاني أكسيد الكربون، والماء، والنيتروجين. تتوفر مرافق التحضير خارج الخط لعينات المياه والمواد العضوية والمعادن. اتصال كروماتوجرافيا الغاز العلمي الحراريd إلى مطياف الكتلة لنسبة نظائر Delta V لإجراء تحليل آلي للنظائر المستقرة لمركبات الكربون الصغيرة المتطايرة.
أبحاث علوم المحيطات البيولوجية والكيمياء الجيولوجية الحيوية: تركز على عمليات دورة الكربون والنيتروجين والمعادن النزرة في المحيطات وعلى الأرض. تشتمل الأدوات على غرف يتم التحكم بدرجة حرارتها للعوالق النباتية والاستنبات البكتيري، ومجاهر التألق الفوقي، وأجهزة الطرد المركزي، وعداد الوميض، والأوتوكلاف، ومطياف الامتصاص الذري، وأغطية التدفق الصفحي، وغرفة تنظيف المعادن النزرة، ومطياف الكتلة يوروبا 20/20، وأجهزة تحليل كروماتوغرافيا الغاز مع مجموعة متنوعة من أجهزة الكشف بما في ذلك اللهب. التأين، والتوصيل الحراري، ومقياس الضوء المركب المخفض، ومقياس الطيف الكتلي، ونظامان للتجويف الحلقي Picarro، ومقياس طيف الكتلة الكروماتوجرافي السائل Agilent، ومسبار Unisense الدقيق، وأنظمة تبخر المذيبات، ونظام توثيق الهلام، ومختبرات بيولوجية جزيئية مجهزة بالكامل لأبحاث البروتين والأحماض النووية .
الجيوفيزياء: يحتوي مختبر فيزياء المعادن ذات الضغط العالي على خلايا سندانية ماسية لدراسات الضغط العالي ودرجة الحرارة. تشتمل المنشأة على المجاهر المجسمة، والمثقاب الدقيق، ونظام تحميل الغاز، والتألق الضوئي، ومطياف رامان وبريلوين. الوصول متاح أيضًا لمجموعة واسعة من مرافق المستخدم الوطنية لإجراء التجارب، بما في ذلك السنكروترونات، وأشعة الليزر الخالية من الإلكترونات، ومرافق الليزر عالية الطاقة. يتم دعم توصيف المعادن من خلال مرافق مشتركة في الحرم الجامعي تضم مجاهر إلكترونية متعددة الماسح ومزودة بقدرات التحليل العنصري بالإضافة إلى التصوير بالإلكترون المرتد والتلألؤ الكاثودي، وTEM، وFIB (انظر مركز التصوير والتحليل على موقع برينستون الإلكتروني).
يمكن إجراء دراسة المواد الفيزيائية لأي حجم صخري تقريبًا بتقنية ثلاثية الأبعاد باستخدام نظام الطحن والتصوير التسلسلي (GIRI).
يقوم القسم بتشغيل اثنين من أجهزة قياس الزلازل المحمولة ذات النطاق العريض النانومترية (6 مكونات للسرعة و3 مكونات للتسارع)، مثبتة حاليًا في الطابق السفلي لـ Guyot Hall، ونظام PolaRx5 Septentrio GNSS الثابت مع محطة الأرصاد الجوية Vaisala WXT530 المدمجة، المثبتة على سطح Guyot Hall . تمتلك وحدة رادار اختراق الأرض GSSI 400 ميجاهرتز، ومقياس مغناطيسية السيزيوم G-859، ومقياس الجاذبية النسبي LR G-133، والعديد من القطع الصغيرة الأخرى من المعدات المحمولة (مثل Raspberry Pi وArable Mark وGarmin GPS) المستخدمة في الغالب لأغراض التدريس.
نحن نمتلك ستة عشر جهازًا متنقلًا لتسجيل الزلازل في المناطق البحرية بواسطة أدوات صوتية مائية للغواصين المستقلين (MERMAID) تم تصنيعها بواسطة OSEAN SAS، والمنتشرة حاليًا في المحيط الهادئ. كما أننا نمتلك أيضًا معدات جيوديسية خاصة بقاع البحر تم تصنيعها بواسطة شركة DBV Technology، الموجودة حاليًا في معهد برمودا لعلوم المحيطات.
بالنسبة لعمليات المحاكاة العددية لانتشار الموجات الزلزالية، والتصوير المقطعي، والانعكاس، فإننا نستخدم بشكل روتيني مجموعات كمبيوتر ضخمة يستضيفها ويديرها معهد برينستون للعلوم والهندسة الحاسوبية (PICSciE)، ونتمكن من الوصول إلى أنظمة أكثر قوة من خلال مراكز الحوسبة الفائقة الوطنية .