Monte Carlo simulations of metasomatic enrichment in the lithosphere and implications for the source of alkaline basalts

One hypothesis for the origin of alkaline lavas erupted on oceanic islands and in intracontinental settings is that they represent the melts of amphibole-rich veins in the lithosphere (or melts of their dehydrated equivalents if metasomatized lithosphere is recycled into the convecting mantle). Amphibole-rich veins are interpreted as cumulates produced by crystallization of low-degree melts of the underlying asthenosphere as they ascend through the lithosphere. We present the results of trace-element modelling of the formation and melting of veins formed in this way with the goal of testing this hypothesis and for predicting how variability in the formation and subsequent melting of such cumulates (and adjacent cryptically and modally metasomatized lithospheric peridotite) would be manifested in magmas generated by such a process. Because the high-pressure phase equilibria of hydrous near-solidus melts of garnet lherzolite are poorly constrained and given the likely high variability of the hypothesized accumulation and remelting processes, we used Monte Carlo techniques to estimate how uncertainties in the model parameters (e.g. the compositions of the asthenospheric sources, their trace-element contents, and their degree of melting; the modal proportions of crystallizing phases, including accessory phases, as the asthenospheric partial melts ascend and crystallize in the lithosphere; the amount of metasomatism of the peridotitic country rock; the degree of melting of the cumulates and the amount of melt derived from the metasomatized country rock) propagate through the process and manifest themselves as variability in the trace-element contents and radiogenic isotopic ratios of model vein compositions and erupted alkaline magma compositions. We then compare the results of the models with amphibole observed in lithospheric veins and with oceanic and continental alkaline magmas. While the trace-element patterns of the near-solidus peridotite melts, the initial anhydrous cumulate assemblage (clinopyroxene +/- garnet +/- olivine +/- orthopyroxene), and the modelled coexisting liquids do not match the patterns observed in alkaline lavas, our calculations show that with further crystallization and the appearance of amphibole (and accessory minerals such as rutile, ilmenite, apatite, etc.) the calculated cumulate assemblages have trace-element patterns that closely match those observed in the veins and lavas. These calculated hydrous cumulate assemblages are highly enriched in incompatible trace elements and share many similarities with the trace-element patterns of alkaline basalts observed in oceanic or continental setting such as positive Nb/La, negative Ce/Pb, and similiar slopes of the rare earth elements. By varying the proportions of trapped liquid and thus simulating the cryptic and modal metasomatism observed in peridotite that surrounds these veins, we can model the variations in Ba/Nb, Ce/Pb, and Nb/U ratios that are observed in alkaline basalts. If the isotopic compositions of the initial low-degree peridotite melts are similar to the range observed in mid-ocean ridge basalt, our model calculations produce cumulates that would have isotopic compositions similar to those observed in most alkaline ocean island basalt (OIB) and continental magmas after similar to 0 center dot 15 Gyr. However, to produce alkaline basalts with HIMU isotopic compositions requires much longer residence times (i.e. 1-2 Gyr), consistent with subduction and recycling of metasomatized lithosphere through the mantle. such as a heterogeneous asthenosphere. These modelling results support the interpretation proposed by various researchers that amphibole-bearing veins represent cumulates formed during the differentiation of a volatile-bearing low-degree peridotite melt and that these cumulates are significant components of the sources of alkaline OIB and continental magmas. The results of the forward models provide the potential for detailed tests of this class of hypotheses for the origin of alkaline magmas worldwide and for interpreting major and minor aspects of the geochemical variability of these magmas.

The relationship between forensic science and judicial error: a study covering error sources, bias, and remedies

Summary : Forensic science - both as a source of and as a remedy for error potentially leading to judicial error - has been studied empirically in this research. A comprehensive literature review, experimental tests on the influence of observational biases in fingermark comparison, and semistructured interviews with heads of forensic science laboratories/units in Switzerland and abroad were the tools used. For the literature review, some of the areas studied are: the quality of forensic science work in general, the complex interaction between science and law, and specific propositions as to error sources not directly related to the interaction between law and science. A list of potential error sources all the way from the crime scene to the writing of the report has been established as well. For the empirical tests, the ACE-V (Analysis, Comparison, Evaluation, and Verification) process of fingermark comparison was selected as an area of special interest for the study of observational biases, due to its heavy reliance on visual observation and recent cases of misidentifications. Results of the tests performed with forensic science students tend to show that decision-making stages are the most vulnerable to stimuli inducing observational biases. For the semi-structured interviews, eleven senior forensic scientists answered questions on several subjects, for example on potential and existing error sources in their work, of the limitations of what can be done with forensic science, and of the possibilities and tools to minimise errors. Training and education to augment the quality of forensic science have been discussed together with possible solutions to minimise the risk of errors in forensic science. In addition, the time that samples of physical evidence are kept has been determined as well. Results tend to show considerable agreement on most subjects among the international participants. Their opinions on possible explanations for the occurrence of such problems and the relative weight of such errors in the three stages of crime scene, laboratory, and report writing, disagree, however, with opinions widely represented in existing literature. Through the present research it was therefore possible to obtain a better view of the interaction of forensic science and judicial error to propose practical recommendations to minimise their occurrence. Résumé : Les sciences forensiques - considérés aussi bien comme source de que comme remède à l'erreur judiciaire - ont été étudiées empiriquement dans cette recherche. Une revue complète de littérature, des tests expérimentaux sur l'influence du biais de l'observation dans l'individualisation de traces digitales et des entretiens semi-directifs avec des responsables de laboratoires et unités de sciences forensiques en Suisse et à l'étranger étaient les outils utilisés. Pour la revue de littérature, quelques éléments étudies comprennent: la qualité du travail en sciences forensiques en général, l'interaction complexe entre la science et le droit, et des propositions spécifiques quant aux sources d'erreur pas directement liées à l'interaction entre droit et science. Une liste des sources potentielles d'erreur tout le long du processus de la scène de crime à la rédaction du rapport a également été établie. Pour les tests empiriques, le processus d'ACE-V (analyse, comparaison, évaluation et vérification) de l'individualisation de traces digitales a été choisi comme un sujet d'intérêt spécial pour l'étude des effets d'observation, due à son fort recours à l'observation visuelle et dû à des cas récents d'identification erronée. Les résultats des tests avec des étudiants tendent à prouver que les étapes de prise de décision sont les plus vulnérables aux stimuli induisant des biais d'observation. Pour les entretiens semi-structurés, onze forensiciens ont répondu à des questions sur des sujets variés, par exemple sur des sources potentielles et existantes d'erreur dans leur travail, des limitations de ce qui peut être fait en sciences forensiques, et des possibilités et des outils pour réduire au minimum ses erreurs. La formation et l'éducation pour augmenter la qualité des sciences forensiques ont été discutées ainsi que les solutions possibles pour réduire au minimum le risque d'erreurs en sciences forensiques. Le temps que des échantillons sont gardés a été également déterminé. En général, les résultats tendent à montrer un grand accord sur la plupart des sujets abordés pour les divers participants internationaux. Leur avis sur des explications possibles pour l'occurrence de tels problèmes et sur le poids relatif de telles erreurs dans les trois étapes scène de crime;', laboratoire et rédaction de rapports est cependant en désaccord avec les avis largement représentés dans la littérature existante. Par cette recherche il était donc possible d'obtenir une meilleure vue de l'interaction des sciences forensiques et de l'erreur judiciaire afin de proposer des recommandations pratiques pour réduire au minimum leur occurrence. Zusammenfassung : Forensische Wissenschaften - als Ursache und als Hilfsmittel gegen Fehler, die möglicherweise zu Justizirrtümern führen könnten - sind hier empirisch erforscht worden. Die eingestzten Methoden waren eine Literaturübersicht, experimentelle Tests über den Einfluss von Beobachtungseffekten (observer bias) in der Individualisierung von Fingerabdrücken und halbstandardisierte Interviews mit Verantwortlichen von kriminalistischen Labors/Diensten in der Schweiz und im Ausland. Der Literaturüberblick umfasst unter anderem: die Qualität der kriminalistischen Arbeit im Allgemeinen, die komplizierte Interaktion zwischen Wissenschaft und Recht und spezifische Fehlerquellen, welche nicht direkt auf der Interaktion von Recht und Wissenschaft beruhen. Eine Liste möglicher Fehlerquellen vom Tatort zum Rapportschreiben ist zudem erstellt worden. Für die empirischen Tests wurde der ACE-V (Analyse, Vergleich, Auswertung und Überprüfung) Prozess in der Fingerabdruck-Individualisierung als speziell interessantes Fachgebiet für die Studie von Beobachtungseffekten gewählt. Gründe sind die Wichtigkeit von visuellen Beobachtungen und kürzliche Fälle von Fehlidentifizierungen. Resultate der Tests, die mit Studenten durchgeführt wurden, neigen dazu Entscheidungsphasen als die anfälligsten für Stimuli aufzuzeigen, die Beobachtungseffekte anregen könnten. Für die halbstandardisierten Interviews beantworteten elf Forensiker Fragen über Themen wie zum Beispiel mögliche und vorhandene Fehlerquellen in ihrer Arbeit, Grenzen der forensischen Wissenschaften und Möglichkeiten und Mittel um Fehler zu verringern. Wie Training und Ausbildung die Qualität der forensischen Wissenschaften verbessern können ist zusammen mit möglichen Lösungen zur Fehlervermeidung im selben Bereich diskutiert worden. Wie lange Beweismitten aufbewahrt werden wurde auch festgehalten. Resultate neigen dazu, für die meisten Themen eine grosse Übereinstimmung zwischen den verschiedenen internationalen Teilnehmern zu zeigen. Ihre Meinungen über mögliche Erklärungen für das Auftreten solcher Probleme und des relativen Gewichts solcher Fehler in den drei Phasen Tatort, Labor und Rapportschreiben gehen jedoch mit den Meinungen, welche in der Literatur vertreten werden auseinander. Durch diese Forschungsarbeit war es folglich möglich, ein besseres Verständnis der Interaktion von forensischen Wissenschaften und Justizirrtümer zu erhalten, um somit praktische Empfehlungen vorzuschlagen, welche diese verringern. Resumen : Esta investigación ha analizado de manera empírica el rol de las ciencias forenses como fuente y como remedio de potenciales errores judiciales. La metodología empleada consistió en una revisión integral de la literatura, en una serie de experimentos sobre la influencia de los sesgos de observación en la individualización de huellas dactilares y en una serie de entrevistas semiestructuradas con jefes de laboratorios o unidades de ciencias forenses en Suiza y en el extranjero. En la revisión de la literatura, algunas de las áreas estudiadas fueron: la calidad del trabajo en ciencias forenses en general, la interacción compleja entre la ciencia y el derecho, así como otras fuentes de error no relacionadas directamente con la interacción entre derecho y ciencia. También se ha establecido una lista exhaustiva de las fuentes potenciales de error desde la llegada a la escena del crimen a la redacción del informe. En el marco de los tests empíricos, al analizar los sesgos de observación dedicamos especial interés al proceso de ACE-V (análisis, comparación, evaluación y verificación) para la individualización de huellas dactilares puesto que este reposa sobre la observación visual y ha originado varios casos recientes de identificaciones erróneas. Los resultados de las experimentaciones realizadas con estudiantes sugieren que las etapas en las que deben tornarse decisiones son las más vulnerables a lös factores que pueden generar sesgos de observación. En el contexto de las entrevistas semi-estructuradas, once científicos forenses de diversos países contestaron preguntas sobre varios temas, incluyendo las fuentes potenciales y existehtes de error en su trabajo, las limitaciones propias a las ciencias forenses, las posibilidades de reducir al mínimo los errores y las herramientas que podrían ser utilizadas para ello. Se han sugerido diversas soluciones para alcanzar este objetivo, incluyendo el entrenamiento y la educación para aumentar la calidad de las ciencias forenses. Además, se ha establecido el periodo de conservación de las muestras judiciales. Los resultados apuntan a un elevado grado de consenso entre los entrevistados en la mayoría de los temas. Sin embargo, sus opiniones sobre las posibles causas de estos errores y su importancia relativa en las tres etapas de la investigación -la escena del crimen, el laboratorio y la redacción de informe- discrepan con las que predominan ampliamente en la literatura actual. De este modo, esta investigación nos ha permitido obtener una mejor imagen de la interacción entre ciencias forenses y errores judiciales, y comenzar a formular una serie de recomendaciones prácticas para reducirlos al minimo.

The profiling of MDMA tablets: a study of the combination of physical characteristics and organic impurities as sources of information

The profiling of MDMA tablets can be carried out using different sets of characteristics. The first type of measurements performed on MDMA tablets are physical characteristics (i.e. post-tabletting characteristics). They yield preliminary profiling data that may be valuable in a first stage for investigation purposes. However organic impurities (i.e. pre-tabletting characteristics) are generally considered to bring more reliable information, particularly for presentation of evidence in court. This work aimed therefore at evaluating the added value of combining pre-tabletting characteristics and post-tabletting characteristics of seized MDMA tablets. In approximately half of the investigated cases, the post-tabletting links were confirmed with organic impurities analyses. In the remaining cases, post-tabletting batches (post-TBs) were divided in several pre-tabletting batches (pre-TBs), thus supporting the hypothesis that several production batches of MDMA powder (pre-TBs) were used to produce one single post-TB (i.e. tablets having the same shape, diameter, thickness, weight and score; but different organic impurities composition). In view of the obtained results, the hypotheses were discussed through illustrating examples. In conclusion, both sets of characteristics were found relevant alone and combined together. They actually provide distinct information about MDMA illicit production and trafficking.