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Umweltprobenbank des Bundes (German Environmental Specimen Bank)

Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.

Vorkommen polycyclischer Aromaten in Regen-, Sickerwasser und Weizenproben

Das Vorkommen der polycyclischen Aromaten in der Umgebung des Menschen und in der Nahrung wurde zum Anlass genommen, eine orientierende Bilanzierung dieser Substanzen aufgrund quantitativer Bestimmungen aufzustellen. Ziel der Arbeit ist es, einen Analysengang zu entwickeln, der eine weitgehende quantitative Erfassung der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe in fast allen Medien gestattet. Die im Zeitraum von 20.3.1971 bis 14.10.1971 in Giessen gefallenen Niederschlaege wurden als Regenwasser gesammelt und der Gehalt an BP und BFA bestimmt. Jede Probe enthielt BP und BFA. Die hoechsten Werte fanden sich in den Monaten Maerz und Oktober mit 0,24 Myg bzw. 0,3 Myg BP/l und 2,9 Myg bzw. 3,1 Myg BFA/l. Die niedrigsten Werte (September) betragen 0,01 BP/l und 0,3 Myg BFA/l. Bei Bezug auf den Jahresdurchschnitt der Regenmenge von 619,2 l/qm ergibt sich eine auf das Jahr bezogene Kontamination mit 0,968 mg BP/qm und 10,836 mg BFA/qm. Der Gehalt des Regenwassers an BFA betraegt das 10-fache des BPs. Aehnliche Korrelationen fuer BP und BFA lassen sich auch fuer Sickerwasserproben, die von verschiedenen Boeden in einer Tiefe von 3-4 m gewonnen wurden, feststellen. In 1 l Sickerwasser finden sich 0,01-0,03 Myg BP und 0,08-0,6 Myg BFA. Diese Befunde weisen auf die grosse Diffusion der polycyclischen Aromaten in tiefe Bodenschichten, so dass die Kontamination des Trinkwassers ihre Erklaerung findet.

Bestimmung partikelgebundener PAK, NPAK und 3-Nitrobenzanthron sowie ihre Verteilung auf verschiedene Ultrafeinstaubfraktionen von Emissionsquellen

Als ultrafeine Partikel werden Teilchen mit Durchmessern kleiner als 100 nm bezeichnet. Die ultrafeinen Partikel entstehen in Verbrennungsprozessen, die unter Sauerstoffmangel stattfinden. Hierbei sind u.a. der Straßenverkehr mit seinen unzähligen instationären Verbrennungen, Industrieprozesse und Hausbrand zu nennen. Partikel dieses Größenbereichs können sehr spezielle chemische oder physikalische Wechselbeziehungen mit der Umgebung eingehen. Man beobachtet bei ultrafeinen Partikeln vorwiegend Diffusion, wogegen sich größere Teilchen eher durch Anlagerung bzw. Sedimentation auszeichnen (Limbach, 2005). In der Europäischen Union gilt seit Januar 2005 ein Grenzwert für Feinstaub, d.h. für Partikel kleiner als 10ìm (PM10), vorgeschrieben. Für ultrafeine Partikel gibt es in Europa bisher keine eigenen Grenzwerte. In einem bis dahin einmaligen Projekt wurde die Entwicklung der Belastung mit ultrafeinen Partikeln in Erfurt über zehn Jahre quantitativ bestimmt. Dabei wurde ein deutlicher Anstieg festgestellt (Krug, 2005). Die Korngrößen des Ultrafeinstaubs können das menschliche Respirationssystem erreichen. Man spricht daher vom inhalierbaren Anteil des Feinstaubs. Partikel kleiner als 100 nm werden als noch gefährlicher eingestuft, da sie lungengängig sind. Wegen ihrer geringen Größe können einzelne ultrafeine Partikel ein Lungenepithel durchqueren. Ein Weitertransport zu Leber, Knochenmark oder Herz ist möglich. Die Ultrafeinpartikel können sich in der Lunge bis zu mehreren Monaten ablagern bzw. verbleiben (WHO,1997). Es sind einige Verfahren entwickelt worden, um die PAK-Belastung auf Menschen zu erfassen und ihre Auswirkungen zu beschreiben. Dabei wurde Benzo(a)Pyren oft als Indikator für die Präsenz von karzinogenen PAK in der Umwelt genutzt. Verbreitet ist zum Beispiel die Bestimmung von PAK in Blut oder Urin und die Untersuchung der Auswirkungen von PAK auf den Metabolismus in Organen wie Niere und Leber (Larsen, 1995). Die Exposition durch NPAK erfolgt hauptsächlich über die Luft. Es gibt bislang wenige Studien, welche die Langzeitwirkung der inhalativen Aufnahme untersuchen. Darüber hinaus gelten auch die Metaboliten der NPAK als kanzerogen (Uhl, 2007). Laut WHO gibt es erheblichen Forschungsbedarf hinsichtlich der Exposition der Menschen und der Wirkungen von NPAK auf die menschliche Gesundheit (IPCS 2003). Obwohl die NPAK nur einen Bruchteil (1 bis 10Prozent) der PAK ausmachen (Nielsen, 1984), ist spezielle Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen biologischen Aktivität notwendig. Zahlreiche NPAK wirkten in Tierversuchen deutlich mutagen und kanzerogen (Fiedler et.al, 1990). Über ihr Verhalten und ihre Anreicherung in Boden und Staub ist bis jetzt noch sehr wenig bekannt. Ebenso wenig wie über deren Metabolismus und Akkumulation in biologischem Gewebe (Fiedler et al., 1991, Fieder und Mücke 1990). (...)

Wissenschaftliche Begleitung eines naturnahen Verfahrens zur Behandlung der Regenabflüsse stark verschmutzter Verkehrsflächen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sinnvolle Konzepte zur Regenwasserbewirtschaftung trennen die Regenabflüsse von gering und stark verschmutzten Flächen. Abflüsse von stärker verschmutzten Flächen bedürfen einer Behandlung, die den örtlichen Anforderungen an den Gewässerschutz entspricht. Die bestmögliche Reinigung und Zwischenspeicherung stärker verschmutzter Niederschlagsabflüsse ist die wesentliche Aufgabe eines Retentionsbodenfilters. Im Forschungsvorhaben sollte ein semizentraler Bodenfilter entwickelt werden, der mit geringem Flächenbedarf eine bestmögliche Reinigung stark verschmutzter Regenabflüsse von Verkehrsflächen leistet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem bisherigen Forschungsstand kommt bei der Adsorption von Inhaltsstoffen dem Bodensubstrat in den Bodenfilteranlagen eine entscheidende Rolle zu. Die Auswahl und Entwicklung eines geeigneten Substrates erfolgte in einem dreistufigen Vorgehen. Über einer Literaturrecherche wurden Anforderungen an Bodensubstrate zur Regenwasserreinigung formuliert. Daraufhin wurden in Schüttelversuchen verschiedene Substrate ausgewählt und ihre Adsorptionseigenschaften gegenüber Schwermetallen, PAKs und Mineralölen ermittelt. Ausgehend von diesen Vorversuchen wurden verschiedene Bodenfilteraufbauten entwickelt und in halbtechnischen Lysimetern untersucht. Dazu wurden die Lysimeter in einem einjährigen Messprogramm mit stark verunreinigten Straßenabflüssen belastet. Die Gesamtfrachten an Inhaltsstoffen im Zulauf zu den Lysimetern wurden ermittelt. An Einzelereignissen wurde die Reinigungsleistung der verschiedenen Bodenfilteraufbauten ermittelt. Die Lysimeter wurden mit einer hohen hydraulischen und somit auch stofflichen Belastung beaufschlagt, die über den bisher bei der Bemessung von Bodenfilteranlagen üblichen Belastungen lagen. Aus den Messergebnissen wurden Rückschlüsse für den Einsatz von Bodenfiltern mit hoher hydraulischer Belastung bei beengten Platzverhältnissen gezogen und Empfehlungen für die Bemessung gegeben. Über die Messung der aufgebrachten Feststoffbelastung und der Durchlässigkeit der Lysimeter wurde eine eventuell eintretende Kolmation der Bodensubstrate erfasst. Fazit: Die untersuchten halbtechnischen Bodenfilter (Lysimeter) führten im Untersuchungszeitraum zu einer deutlichen Reduzierung der straßenspezifischen Schmutzstoffe geführt. Aussagen über den Langzeitbetrieb können auch mit einem Stofftransportmodell nicht gemacht werden. Insgesamt führen adsorptionsstarke Substrate zu einem höheren Rückhalt gelöster Inhaltsstoffe (Schwermetalle). Die Empfehlung des ATV-DVWK-Merkblatt 153 zum Einsatz der Bodenfilter zur Straßenentwässerung kann nach den bisherigen Untersuchungen bestätigt werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Belastbarkeit der eingebauten Substrate gegenüber der Chloridbelastung, die bei der Straßenentwässerung als Regelfall anzusehen ist. ...

Langjährige Entwicklung der Luftqualität - Berliner Luftgütemessnetz - Standorte und Messdaten (Umweltatlas)

Darstellung aller Stationen und Messwerte der BLUME-, RUBIS- und Passivsammler-Messnetze seit 1975 sowie ausgewählter langjährig betriebener Berliner Klimastationen

Stoffeinträge aus der Atmosphäre in die Nordsee

Die Stoffeinträge aus der Atmosphäre in die Nordsee von Blei, Cadmium, Quecksilber und weiteren Schwermetallen sind seit den 1990ern rückläufig; ebenso wie Einträge von Stickstoffverbindungen und organischen Schadstoffen. Depositionsmessungen der UBA Messstelle Westerland tragen im Rahmen von EMEP dazu bei Stoffeinträge unterschiedlicher Schadstoffe im gesamten Bereich der Nordsee zu modellieren. Messungen an der UBA-Luftmessstelle Westerland Messungen an der ⁠ UBA ⁠-Luftmessstelle Westerland an der Nordseeküste zeigen einen Rückgang der nassen Depositionen der Schwermetalle Blei, Cadmium, Quecksilber (siehe Abb. „ Nasse Depositionen von Quecksilber (Hg), Kobalt (Co), Cadmium (Cd), Arsen (As) und Chrom (Cr) an der UBA-Luftmessstelle Westerland“ und Abb. „Nasse Depositionen von Vanadium (V), Nickel (Ni), Blei (Pb) und Mangan (Mn) an der UBA-Luftmessstelle Westerland“). Als nasse ⁠ Deposition ⁠ werden die Stoffeinträge mit nassen Niederschlägen wie Regen und Schnee bezeichnet. Die Messungen an der UBA-Luftmessstelle Westerland zeigen auch einen Rückgang der nassen Depositionen der Organochlorpestizide g-Hexachlorcyclohexan und a-Hexachlorcyclohexan. Dort sank die nasse Deposition des Insektizids ⁠ Lindan ⁠ (g-Hexachlorcyclohexan) von 2000 bis 2023 um mehr als 90% (siehe Abb. „Nasse Depositionen ausgewählter POPs für die UBA-Luftmessstelle Westerland“), während bei den Depositionen der polyzyklischen Aromaten (⁠ PAK ⁠) Benzo[a]anthracen, Benzo[a]pyren, Dibenz[ah]anthracen und Indeno[1,2,3-cd]pyren im gleichen Zeitraum teilweise schwankende Depositionen erkennbar sind. Nasse Depositionen von Quecksilber, Kobalt, Cadmium, Arsen und Chrom ... Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Nasse Depositionen von Vanadium, Nickel, Blei und Mangan an der Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Nasse Depositionen ausgewählter POPs für die UBA-Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Weniger Schadstoffe aus der Luft Modellrechnungen zur Abschätzung der Stoffeinträge aus der ⁠ Atmosphäre ⁠ in die Nordsee wurden im Rahmen von EMEP , dem Europäischen Beobachtungs- und Auswerteprogramm der Genfer Luftreinhaltekonvention der ⁠ UN ⁠/ECE, exemplarisch für ausgewählte Stoffe durchgeführt. Diese Modellrechnungen wurden für den Quality Status Report der ⁠ OSPAR ⁠ Commission aufbereitet. Die modellierten Depositionen für drei Schwermetalle sowie für Stickstoff werden hier vorgestellt. Bei den Schwermetallen nahm die ⁠ Deposition ⁠ von Cadmium im Zeitraum 1990 – 2019 mit 83 % am stärksten ab. Auch die Einträge der Schwermetalle Quecksilber und Blei aus der Luft gingen zurück: die von Quecksilber um 44 % sowie die von Cadmium um 73 % (siehe Abb. „Entwicklung der Gesamtdepositionen von Blei, Cadmium und Quecksilber in die Nordsee“). Die Stickstoffeinträge aus der Atmosphäre verringerten sich im Zeitraum 1995 bis 2019 um etwa 39 %. Dies war auf den Rückgang des Eintrags von Stickstoffverbindungen, die hauptsächlich durch Verbrennungsprozesse (z. B. Verkehr, Kraftwerke) in die Atmosphäre gelangten (oxidierter Stickstoff, N ox ) zurückzuführen (Rückgang von N ox um ca. 49 %), während der Eintrag von Stickstoffverbindungen, die hauptsächlich aus der Landwirtschaft stammten (reduzierter Stickstoff, N red ) eine geringere Abnahme zeigte (siehe Abb. „Entwicklung der Gesamtdeposition von Stickstoff in die Nordsee“). Entwicklung der Gesamtdepositionen von Blei, Cadmium und Quecksilber in die Nordsee Quelle: EMEP Diagramm als PDF Entwicklung der Gesamtdepositionen von Stickstoff in die Nordsee Quelle: EMEP 6_abb_gesamtdepositionen-ns_2024-11-12.pdf Messen und Modellieren zur Abschätzung der Stoffeinträge Abschätzungen der Stoffeinträge aus der ⁠ Atmosphäre ⁠ in die Nordsee stützen sich auf Messungen der ⁠ Deposition ⁠ ausgewählter Substanzen an Küstenstationen sowie auf Berechnungen mit speziellen atmosphärischen Chemie-Transportmodellen. Solche Modellierungen werden zum Beispiel im Rahmen von EMEP , also dem Europäischen Beobachtungs- und Auswerteprogramm der Genfer Luftreinhaltekonvention der ⁠ UN ⁠/ECE, durchgeführt. Für diesen Artikel wurden die Ergebnisse der EMEP-Modellrechnungen für den Zeitraum 1990 bzw. 1995 bis 2019 verwendet. Datenquellen: UN/ECE EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( https://www.emep.int /) ⁠ OSPAR ⁠ Quality Status Report 2023 ( https://www.ospar.org/work-areas/cross-cutting-issues/qsr2023 ) Schwermetalle EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP ⁠ MSC ⁠-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; OSPAR, Inputs of Mercury, Cadmium and Lead via Water and Air to the OSPAR Maritime Area ( https://oap.ospar.org/en/ospar-assessments/quality-status-reports/qsr-2023/indicator-assessments/inputs-heavy-metals/ ), Stand: 21.03.2023 EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP ⁠ MSC ⁠-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; OSPAR, Inputs of Mercury, Cadmium and Lead via Water and Air to the OSPAR Maritime Area ( https://oap.ospar.org/en/ospar-assessments/quality-status-reports/qsr-2023/indicator-assessments/inputs-heavy-metals/ ), Stand: 21.03.2023 Stickstoff EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP MSC-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; EMEP MSC-W Report for OSPAR ( https://oap-cloudfront.ospar.org/media/filer_public/3f/f6/3ff69c1a-dde0-4898-b44e-165a8174c3c7/p00896_emep_w_qsr2023.pdf ), Stand: 21.03.2023.

Die oberflaechliche Kontamination von Koernerfruechten bei direkter Trocknung mit Propangas und Heizoel EL (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Cr, Ni, Se, Cd, Pb, As, Hg, S, F, NO2, NO3)

Nachweis aller im Rauchgas/Luftgemisch von Fluessiggas- und Leichtoelbrennern auftretenden Stoffe (Pb, F, CrIII, CrVI, Zn, Se, Ni, As, Hg, Cd, Mo, Sn, Cu, SO2, Hf, NOx, polycyklische Aromate) bei Variation von Luftmenge, Gas- bzw. Oelmenge und Brennereinstellung. Ermittlung der Ablagerungen aus diesem Rauchgas/Luftgemisch auf Koernerschuettungen in Satz- und Durchlauftrocknern.

Aufnahme von Fremdchemikalien durch verschiedene Pflanzen, die auf Boeden mit Kompost wachsen. Nachweis von Fremdchemikalien in pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln sowie im Carcinomgewebe des Menschen

In bereits gewonnenen Ergebnissen stellten wir fest, dass Pflanzen Fremdchemikalien in unterschiedlicher Konzentration in den oberirdischen und unterirdischen Teilen anreichern. Den Boeden wurden unterschiedliche Mengen von Kompost beigegeben, dessen Schadstoffgehalt vorher untersucht worden war. In den Pflanzen wurden Blei, Cadmium, Chrom und polycyclische Aromaten bestimmt. Es soll geklaert werden, welche Beziehung zwischen dem Schadstoffgehalt der mit Kompost behandelten Boeden und den auf solchen Boeden gezogenen Pflanzen bestehen. 1. Weine aus Weinbaugebieten, in denen seit Jahren industriell hergestellter Kompost als 'Bodenverbesserungsmittel' (100 t/ha) Anwendung fanden sich PAK von 0,1-05 ug 3,4-Benzpyren/1,1,0-3, oug 3,4-Benzinfluoranthen/1 und 1,36-3,21 mg Blei/l Wein. (Grenzwert fuer Blei im Wein: 0,3 mg Blei/l). 2. Nahrungspflanzen (Moehren, Sommergerste, Sommerweizen, Mais, Kartoffeln und Dill), die auf drei unterschiedlich alten Parzellen einer Muelldeponie mit verschiedenen Abdeckschichten gezogen worden waren sowie auf einem Kontrollbeet. Nachgewiesen wurden in Abdeckschicht, Muellschicht und Boden und in den Pflanzen PAK sowie Cd, Cr und Pb. Die Abdeckschichten unterschieden sich in Sickerwasserberegnung und Bodenbehandlung. Auffallend waren bei diesem Feldversuch eine Reduzierung des Massenertrages und Laengenwachstums sowie eine Instabilitaet der Pflanzen.

Einfluß von Kolloiden und Partikeln auf den medienübergreifenden Transport von Schadstoffen im Untergrund

Partikel in den Größen von wenigen Mikrometern bis in den makromolekularen Bereich kommen in allen natürlichen (Grund-)Wässern vor. Durch ihre Beweglichkeit können sie die Mobilität solcher partikelgebundener Substanzen entscheidend erhöhen, die in wässrigen Lösungen sonst schwer- oder unlöslich sind (v.a. Schwermetalle und PAK). Da Partikel und Kolloide sensibel auf Milieuveränderungen reagieren, untersucht diese Arbeit die Auswirkungen, die die Entnahme von Wasserproben aus dem Aquifer und der anschließende Umgang mit den Proben auf den Partikelinhalt hat. Ziel ist die Entwicklung eines praxistaun aber noch relativ schonenden Verfahrens, das anschließend an Grundwässern aus verschiedensten Lithologien erprobt werden soll. Vor allem im Hinblick auf Schadstoffmobilitäten ist es nötig, zukünftige Partikelbewegungen unter geänderten Rahmenbedingungen einschätzen glichezu können. Dafür sollen Faktoren, die Partikelvorkommen und -bewegung im Untergrund steuern, identifiziert werden. Dies soll zukünftig eine Simulation der Partikelbewegung im Untergrund ermöglichen.

Polyzyklische Aromaten in Luftstaeuben und Emissionen; Profile, das Problem der Herkunftsbestimmung und die Rolle der Analytik

Ziel der Studie war, die vorgeschlagenen Moeglichkeiten zur Bestimmung der Quellen polyzyklischer Aromaten zu ueberpruefen. Diskutiert werden: die Mengenverhaeltnisse von Benzo(a)pyren zu Benzo(ghi)perylen und zu Coronen, das Vorkommen einzelner Verbindungen, die Profile schwefelhaltiger Di- und Polyzyklen, die vollstaendigen Profile, die Intensitaeten homologer Polyzyklenserien. Das Ergebnis ist, dass keine dieser Ueberlegungen zur Herkunftsbestimmung polyzyklischer Aromaten nuetzlich ist. Es wird erwogen, ob manche Vorschlaege einfach durch die unzureichende Analytik veranlasst wurden. In diesem Zusammenhang werden wichtige Analysenverfahren und damit erhaltene Ergebnisse diskutiert. Fuer Zimmeroefen mit Leistungen bis zu 9 kW wird folgende Abschaetzung gegeben: Die gesamten Polyzyklenemissionen von Gasofen, Oelofen und Kohleofen verhalten sich naeherungsweise wie 0,001:1:100. Bei solchen Verhaeltnissen wird schon die Unterscheidung zwischen den Beitraegen von Feuerungen schwierig, da bei einem geringen Anteil von Kohleheizungen deren Emissionen ueberwiegen. Mit der Hochaufloesungs-Niedervolt-Massenspektrometrie wurden bisher in verschiedenartigen Umweltproben stets sehr viele Verbindungstypen nachgewiesen. Diese Vielfalt und damit die analytische Problematik werden durch neuartige graphische Profile veranschaulicht. Wegen der Schwierigkeiten der exakten Strukturbestimmung von Polyzyklen in Umweltproben wird erneut die Frage gestellt, ob es sinnvoll ist, am Grundsatz der Analyse einzelner Verbindungen festzuhalten.

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