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* Profa. Tereza C. M. Araújo Laboratório de Oceanografia Geológica LABOGEO/DOCEAN/UFPE Aula Métodos e Técnicas de Estudo do Quaternário Disciplina OC-945 – Geologia do Quaternário * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 1. Introdução Quaternário campo de estudo multidisciplinar; Várias técnicas são aplicadas visam datar os eventos, para reconstruir a história Existem técnicas geológicas, geomorfológicas, pedológicas, geofísicas, geoquímicas, arquelógicas, etc. Algumas técnicas fornecem idades relativas, e outras fornecem idades absolutas. * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Permitem estabelecer a sequência temporal de eventos; Os registros estão situados num contexto espacial definido; Porém não se pode expressar idades em número de anos. As sequências temporais são estabelecidas com base na sequência de acontecimentos ocorrida no âmbito de uma área de estudo. Fundamental: lei da superposição das camadas; princípio da interseção Foram as primeiras a serem desenvolvidas, pois não dependiam de desenvolvimento tecnológico e sim do entendimento de processos geológicos básicos e do registro desses processos * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Lei da superposição das camadas: * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Princípio da interseção: * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução São bastante empregadas, e muitas vezes se complementam com as técnicas de datação absoluta. Estudo paleontológico; Técnicas geomorfológicas; Grau de intemperismo químico; Datação arqueológica pré-histórica * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Estudo Paleontológico As camadas sedimentares podem se diferenciar de acordo com seu conteúdo fossilífero. Estudo paleontológico tornou-se um importante critério estratigráfico. Princípio da sucessão faunística: os organismos fósseis de animais sucedem-se uns aos outros em ordem definida. Portanto, cada intervalo de tempo pode ser reconhecido pelo seu conteúdo fossilífero. * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Estudo Paleontológico Princípio da sucessão faunística: * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Estudo Paleontológico Apresenta dificuldades para aplicação no Quaternário. São usados fósseis guias ou fósseis índice, pois são mais apropriados para a correlação de rochas sedimentares da mesma faixa de idade, encontradas em regiões diferentes. Fósseis de mamíferos usados no Pleistoceno Microfósseis de foraminíferos, grãos de polen e esporo destinam-se mais à obtenção das características paleoambientais do que às idades. * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Estudo paleontológico; Técnicas geomorfológicas; Grau de intemperismo químico; Datação arqueológica pré-histórica * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Técnicas Geomorfológicas Incluem procedimentos variados, conforme os tipos de depósitos sedimentares que constituem o relevo, tais como: terraços marinhos, depósitos coluviais, terraços fluviais, dunas eólicas, etc. Posição topográfica: * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Técnicas Geomorfológicas Posição topográfica: * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Estudo paleontológico; Técnicas geomorfológicas; Grau de intemperismo químico; Datação arqueológica pré-histórica * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Grau de Intemperismo Químico O intemperismo químico inicia-se logo após a sedimentação, e sua intensidade de atuação é uma função linear do tempo. Por isso pode ser usado na datação relativa de sedimentos quaternários. Entretanto, deve-se ter em mente que essa propriedade depende não apenas da idade, mas também das condições ambientais, principalmente do clima e das propriedades dos materiais envolvidos. Tende a ser mais rápido quanto maiores forem a temperatura e a umidade. Como regra geral, considera-se que o grau de intemperismo químico é mais alto em sedimentos mais antigos. * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Grau de Intemperismo Químico Martin et al (1980) utilizaram esta técnica para datar as várias gerações de dunas eólicas que ocorrem ao norte de Salvador. Dunas avermelhadas foram consideradas as mais antigas, e situam-se mais no interior das planícies costeiras; Dunas amareladas foram consideradas de idades intermediárias; Dunas brancas, as mais jovens, e estão mais próximas às praias atuais. * 2 – Técnicas de Datação Relativa - Introdução Estudo paleontológico; Técnicas geomorfológicas; Grau de intemperismo químico; Datação arqueológica pré-histórica * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Datação Arqueológica Pré-histórica Consiste na utilização de material pré-histórico, tais como: artefatos líticos (quartzo, sílex e vários tipos de rochas), cerâmicos ou de madeira, pinturas rupestres ou outras manifestações culturais. Artefatos líticos * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Datação Arqueológica Pré-histórica Consiste na utilização de material pré-histórico, tais como: artefatos líticos (quartzo, sílex e vários tipos de rochas), cerâmicos ou de madeira, pinturas rupestres ou outras manifestações culturais. Madeira fóssil * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Datação Arqueológica Pré-histórica Consiste na utilização de material pré-histórico, tais como: artefatos líticos (quartzo, sílex e vários tipos de rochas), cerâmicos ou de madeira, pinturas rupestres ou outras manifestações culturais. Pintura rupestre * 2 – Técnicas de Datação Relativa – Datação Arqueológica Pré-histórica Todos esses materiais devem ser usados com cautela. Recomenda-se que não seja utilizado um material isolado, mas que os mesmo devam integrar um conjunto ligado a um contexto cultural Artefatos do Paleolítico materiais líticos; Artefatos do Mesolítico madeira; Artefatos do Neolítico pedra polida e de cerâmica Atualmente os artefatos de madeira podem ser datados pelo método do radiocarbono, e os de madeira por termoluminescência idades absolutas. * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - Introdução Variam quanto ao seu alcance (idades mínima e máxima) e precisão. Existem vários métodos para a determinação de idades absolutas. Vamos conhecer os métodos, que são baseados em: a) fenômenos rítmicos naturais (dendo e varvecronologia); b) radionuclídeos cosmogênicos, o radiocarbono; c) séries de desequilíbrio de U e do Th; d) danos causados por radiação; e) marcadores globais de tempo; f) Métodos químicos. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - DENDOCRONOLOGIA Datação de eventos climáticos passados, através do estudo de anéis de crescimento das árvores. Foi idealizado no Século VXIII * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - DENDOCRONOLOGIA Datação de eventos climáticos passados, através do estudo de anéis de crescimento das árvores. A largura dos anéis é uma resposta a variáveis ambientais e à própria fisiologia da árvore. Primavera e verão: células grandes com membrana delgada; Outono e inverno: células pequenas com membrana espessa; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - DENDOCRONOLOGIA Deve-se usar confrontando-se troncos de árvores que cresceram na mesma zona climática. O método encontra-se bem estabelecido para árvores em latitudes médias e altas. A comparação de idades obtidas por este método, com idades radiocarbono, constitui um importante meio para determinar os teores de 14C na atmosfera. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - VARVECRONOLOGIA VARVE: Conjunto de finas camadas sedimentares clásticas alternadas, uma mais fina de silte e/ou argila depositada no inverno, e outra mais grossa de silte, areia fina a média ou até grossa, depositada no verão, representando assim a sedimentação sazonal de um ano em um depósito sedimentar glacial flúvio-lacustrino. Uma rocha estruturada em varves Varvito Cada varve representa a sedimentação de um ano * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - VARVECRONOLOGIA As camadas podem ter de alguns milímetros até alguns centímetros de espessura. Cada afloramento de sedimento várvico do Quaternário tem poucos metros de espessura. Também pode-se obter dados sobre as variações paleoclimáticas, com base na diferença de espessura das lâminas (varves). * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Elementos radioativos e a radioatividade foram descobertos no final do séc. XIX e início do sec. XX; Foram descobertas as leis das desintegrações radioativas, que permitiram o desenvolvimento da Geocronologia; No início as técnicas permitiam apenas determinar idades geologicamente muito antigas; Hoje em dia existem mais de 40 métodos radiocronológicos de datações de materiais recentes, o que permitiu um grande avanço nas técnicas de estudo do Quaternário; O método do radiocarbono é o mais usado nos estudos do Quaternário; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Princípio da Radiocronologia Baseia-se no fato de que o decaimento de cada tipo de átomo ocorre em proporções constantes, segundo taxas exponenciais, que não são afetadas por agentes físicos ou químicos externos. A velocidade de decaimento depende apenas da estabilidade dos núcleos radioativos, e é constante para cada tipo de isótopo radioativo. onde N é o número atual de núcleos radioativos, No o número original, a taxa de decaimento e t o tempo. O decaimento está relacionado ao número de átomos e, portanto, considera-se No o número inicial de átomos. A equação que rege o decaimento é: A diferença entre um método e outro é o modo como se obtém o No. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Métodos que serão tratados nesta aula: Método do Radiocarbono; Método U e Th; Método da Termoluminescência; Método do Traço de Fissão; Método Químico – Racemização de Aminoácidos; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono: As reações nucleares entre os raios cósmicos e os gases moleculares da estratosfera e troposfera produzem inúmeros radionuclídeos que podem ser usados na determinação de idade * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Algumas premissas básicas, para os radionuclídeos cosmogênicos: a) São produzidos em intervalos de tempo maior que a meia vida; b) São armazenados em teores constantes nos reservatórios terrestres; c) Apresentam tempo de residência constante nos reservatórios, bem como efetuam trocas a taxas constantes; d) Constituem sistemas quimicamente fechados ao serem incorporados às amostras que serão datadas. O Método do Radiocarbono é o mais conhecido e utilizado em estudos do Quaternário * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Formação do radiocarbono como radionuclídeo cosmogênico: * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono: Formação do radiocarbono como radionuclídeo cosmogênico: * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Premissas Básicas do Método: a) A produção de radiocarbono por raios cósmicos tem permanecido essencialmente a mesma para estabelecer um equilíbio de 14C/12C; b) É rápida a mistura do 14C em todo o sistema (aquático e terrestre); c) A razão isotópica na amostra só é alterada pelo decaimento radioativo. A atividade do 14C na atmosfera aumentou em aprox. 100% durante os testes nucleares do pós-guerra (grande fluxo de neutrons). Desta forma, a radioatividade padrão é aquela do ano de 1950 = idade 0 (zero) de referência para as datações. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Limitações do método: 1 – Quantidade de amostra: A atividade radioativa natural do 14C é de 13,5 desintegrações por minuto por grama de carbono. Após 57.300 anos – 10 meias vidas – o número de desintegrações em 1 gr de carbono se reduzem a 2,2 por dia. A datação de amostras muito velhas (> 35.000 anos) requer uma quantidade maior pelo menos 100 g de carbono. Quantidade de amostra AMS Limite de datação: cerca de 70.000 anos. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Limitações do método: 2 – Incerteza quanto a frequência da desintegração radioativa: É Impossível prever quando um átomo irá sofrer decaimento – determina-se o tempo médio de decaimento durante determinado período. Assim, idades absolutas não podem ser fornecidas, pois existe uma margem de erro. 5.000 ±100 anos - 68% idade entre 4.900 e 5.100 anos - 95% idade entre 4.800 e 5.200 anos - 99% idade entre 4.700 e 5.300 anos * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Radiocarbono; Aplicações em Pernambuco * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Métodos que serão tratados nesta aula: Método do Radiocarbono; Método U e Th; Método da Termoluminescência; Método do Traço de Fissão; Método Químico – Racemização de Aminoácidos; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do U/Th: O isótopos de urânio (238U e 235U) desintegram-se e emitem radiações α e β, transformando-se em chumbo. Utiliza a taxa de acumulação de produtos de filiação ou variação do estado de desequilíbrio entre os membros da família. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do U/Th: Permite datar sedimentos marinhos de águas profundas e rasas, e vários tipos de materiais; Muitas datações em corais tem sido feitas no Oceano Pacífico, e fornecem informações valiosas sobre as variações do nível do mar, e também dos paleoclimas do Pleistoceno médio e superior; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Métodos que serão tratados nesta aula: Método do Radiocarbono; Método U e Th; Método da Termoluminescência; Método do Traço de Fissão; Método Químico – Racemização de Aminoácidos; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método da Termoluminescência: A Termoluminescência refere-se à luz emitida por materiais cristalinos ou vítreos, quando aquecidos por uma fonte de calor * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método da Termoluminescência: Cristais de quartzo, feldspato e calcita, após soterrados, ficam sujeitos a um fluxo de radiação natural, causada pelo decaimento de átomos de potássio, urânio, rubídio e tório, existentes no depósito sedimentar; Uma das consequências deste fluxo é ejetar elétrons da sua órbita estável (ionização), que podem ficar presos em imperfeições de sua estrutura cristalina; Quanto maior o tempo de soterramento, maior será a radiação absorvida; Amostras de sedimentos, quando aquecidas (500ºC), emitem fótons associados ao retorno do elétron à sua órbita original. Quanto mais intensa a luz emitida, mais velha será a amostra; A capacidade de datação das amostras é entre 1.000 e 500.000 anos; No Brasil vem sendo muito usado para datar depósitos eólicos. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Métodos que serão tratados nesta aula: Método do Radiocarbono; Método U e Th; Método da Termoluminescência; Método do Traço de Fissão; Método Químico – Racemização de Aminoácidos; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Traço de Fissão: Fissão Nuclear é a quebra do núcleo de um átomo instável em dois menores e mais leves, como por exemplo, após a colisão da partícula nêutron no mesmo. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Traço de Fissão: Fissão Nuclear é a quebra do núcleo de um átomo instável em dois menores e mais leves, como por exemplo, após a colisão da partícula nêutron no mesmo. Os produtos de fissão nuclear possuem carga elétrica e, quando atravessam minerais ou vidro que contem urânio, dão origem a um traço (sinal de passagem). O número desses traços no mineral ou vidro, depende do teor de urânio e da idade do material. Assim, medindo-se o teor de urânio, e contando-se o número de traços (sob um microscópio), pode-se determinar a idade * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método do Traço de Fissão: Como o urânio se acha amplamente distribuído nos minerais, caso seja comprovada a existência de traços de fissão, as idades podem ser medidas desde alguma centenas de anos, até centenas de milhões de anos. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Métodos que serão tratados nesta aula: Método do Radiocarbono; Método U e Th; Método da Termoluminescência; Método do Traço de Fissão; Método Químico – Racemização de Aminoácidos; * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método Químico: Racemização de Aminoácidos: Premissa: as velocidades das reações, como de difusão, troca, oxidação e hidratação, sejam aproximadamente constantes. Assim, as idades podem ser calculadas com base nas concentrações inicial e final dos reagentes em materiais apropriados * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método Químico: Racemização de Aminoácidos: Os aminoácidos são moléculas complexas, que compõe as proteínas. Em geral, para cada aminoácido, existem duas versões quase idênticas, ou isômeros ópticos, por se constituirem de imagens invertidas – dextrógira e levógira. Em organismos vivos, apenas a forma levógira aparece. Entretanto, depois que o organismo morre, reações químicas vão transformando parte dos aminoácidos levógiros em dextrógiros, até chegar a um equilíbrio, que é a racemização. A quantidade de aminoácidos dextrógiros em uma amostra permite inferir sua idade. * 3 – Técnicas de Datação Absoluta - RADIOCRONOLOGIA Método Químico: Racemização de Aminoácidos: Datações no intervalo de 103 a 105 anos, podendo ser utilizados os seguintes materiais: plantas, conchas, turfa, ossos, etc. PROBLEMA: muitas incertezas devido a dependência da temperatura e pH. CONVENIÊNCIA: requer amostras pequenas, por exemplo: 10 mg de moluscos ou foraminíferos, <10 mg de ossos. * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 4 – Tefrocronologia TEFRA: material piroclástico ejetado durante erupções vulcânicas, formando amplas camadas que são utilizadas como guias para estudos estratigráficos. * 4 – Tefrocronologia Para a individualização das camadas é necessário um detalhado trabalho de campo e de laboratório, para a identificação de características tais como: granulometria, cor, espessura da camada e estudos químicos e petrográficos. A idade das camadas é estimada pelos materiais cerâmicos ou líticos de natureza arqueológica, ou pela datação de troncos de madeira ou carvão contidos nas cinzas. * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 5 – Pedoestratigrafia Paleosolos representam registros paleoambientais naturais, que são preservados no interior dos depósitos quaternários. Refletem as mudanças paleoclimáticas, que são representadas pelas alternâncias de estágios glaciais e interglaciais. Metodologia é aplicada há muito tempo na Europa e na América do Norte. Normalmente se apresentam superpostos por sedimentos mais novos, exibem teores variáveis de matéria orgânica, e também evidências de bioturbação de origem animal ou vegetal. * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 6 – Bioestratigrafia - Introdução Na Bioestratigrafia, a idade da camada geológica é definida pelo tipo ou espécies de fósseis que são encontrados nesta camada. É tão antiga quanto a geologia, e constitui um alicerce desta. São mais comumente utilizadas Bioestratigrafia dos foraminíferos, dos radiolários, das diatomáceas e do nanoplâncton calcário. Associados com a magnetoestratigrafia Plano de referência (datum plane) – tem um significado temporal, e está relacionado ao momento de aparecimento ou de extinção de um táxon. Tanto a zona de amplitude como o plano de referência, mudam com a zona biogeográfica, mesmo que os organismos sejam os mesmos. * 6 – Bioestratigrafia - Foraminíferos Foraminíferos são uma ordem de protozoários rizópodes, de corpo provido de pseudópodes finos, ramificados e pegajosos, dentro de uma carapaça calcária, quitinosa ou de substâncias externas, que contém uma ou mais câmaras, com uma ou várias aberturas. Os foraminíferos possuem testa com carapaça de calcário quitinoso com um ou mais furos de onde saem prolongamentos protoplasmáticos pegajosos, muito finos e longos * 6 – Bioestratigrafia - Foraminíferos Normalmente são abundantes nos estágios interglaciais, A espécie Pulleniatina obliquiloculata muda de dextrógira (enrolamento para a direita) para levógira (enrolamento para a esquerda), no limite do aparecimento de Globorotalia truncatulinoides, e foi usada para estabelecer o limite entre o Neógeno e o Quaternário. * 6 – Bioestratigrafia - Radiolários Os radiolários são protozoários amebóides (unicelulares) que dão origem a Esqueletos minerais intricados, geralmente com um cápsula central que divide a célula em porções interiores e exteriores (endoplasma e exoplasma, respectivamente). Encontram-se no plâncton oceânico. Também foi encontrada mudança na composição, na passagem do Neógeno para o Quaternário, para trabalhos nos mares antárticos. * 6 – Bioestratigrafia - Diatomáceas Diatomáceas - São organismos unicelulares, e possuem como característica uma carapaça ou parede silicosa chamada frústula, localizada externamente à membrana plasmática. Ocorrem na água doce e nos mares, podendo ser planctônicas ou bentônicas. Variam sensivelmente segundo a salinidade e a temperatura da água, portanto são bons indicadores paleoambientais. * 6 – Bioestratigrafia – Nanoplancton calcário Nanoplancton calcário de origem vegetal é um dos principais componentes da vasa calcária do fundo oceânico. A espécie Gephyrocapsa oceanica é usada como plano de referência, representando o limite Neógeno-Quaternário * Introdução; Técnicas de datação relativa; Técnicas de datação absoluta; Tefrocronologia; Pedoestratigrafia; Bioestratigrafia; Estratigrafia Isotópica MÉTODOS E TÉCNICAS DE ESTUDO DO QUATERNÁRIO * 7 – Estratigrafia Isotópica Em 1947 foi demonstrada a possibilidade de se estimar as paleotemperaturas das águas do mar por meio das razões dos isótopos de oxigênio 16O /18O. Os organismos marinhos, quando constroem as suas carapaças de carbonato de cálcio, incorporam Ca++ e CO3--, oriundos das águas circundantes. Medindo-se os teores de 16O /18O e 16º do CaCO3 das carapaças carbonáticas dos organismos marinhos, com precisão de 0,10‰, é possível determinar as paleotemperaturas com precisão de ± 1ºC . FUNDAMENTOS * 7 – Estratigrafia Isotópica As paleotemperaturas são calculadas pela relação existente entre a temperatura da água do mar e o teor de 18O no CaCO3. Como não se conhece o teor de 18O quando o organismo estava vivo, admite-se que tenha sido praticamente igual ao atual valor da água do mar. FUNDAMENTOS * 7 – Estratigrafia Isotópica Curvas de variação de paleotemperaturas: * 7. QUESTIONÁRIO 2. Quais os principais fatores responsáveis pelas variações no nível do mar? 3. Como o nível do mar se comportou no Quaternário Tardio? 4. Como sua cidade reagiria a uma subida do nível do mar, visto que a mesma é uma realidade, conforme mostram os resultados científicos? 1. O que é o nível do mar? * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
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