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Università Telematica Pegaso L’atmosfera e l’idrosfera

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vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore

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Indice

1 PREMESSA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

2 L’ATMOSFERA---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4

3 IL CONCETTO DI CLIMA -------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

4 TIPI DI CLIMA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7

4.1. I CLIMI MEGATERMICI UMIDI, TIPICI DEI TROPICI ------------------------------------------------------------------------- 7 4.2. I CLIMI ARIDI, TIPICI DEI TROPICI E DEI DESERTI -------------------------------------------------------------------------- 7 4.3. I CLIMI MESODERMICI, TIPICI DELLE ZONE SUBTROPICALI E DI QUELLE TEMPERATE -------------------------------- 8 4.4. I CLIMI MICRO TERMICI, TIPICI DELLE ZONE FREDDE NELL’EMISFERO SETTENTRIONALE --------------------------- 8 4.5. I CLIMI NIVALI, TIPICI DELLE AREE SUBPOLARI E POLARI ---------------------------------------------------------------- 8

5 IDROSFERA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10

5.1. IL CICLO DELL’ACQUA ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 5.2. GLI OCEANI E I MARI -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 5.3. LE SORGENTI E I FIUMI ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 13 5.4. LAGHI ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 5.5. I GHIACCIAI ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16

6 L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO E DELLE ACQUE --------------------------------------------------------- 18

BIBLIOGRAFIA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20




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1 Premessa

Questa lezione tratta due aspetti fondamentali del pianeta Terra: l’atmosfera e l’idrosfera.

La prima parte affronta le caratteristiche dell’atmosfera, i fattori e gli elementi del clima e i vari tipi

di clima. La seconda parte esamina il ciclo dell’acqua e le caratteristiche delle acque presenti nel

sottosuolo e sulla superficie terrestre. Tanto l’atmosfera quanto l’idrosfera rendono possibile la vita

dell’uomo sulla Terra e la influenzano per cui è opportuno conoscerle nei caratteri generali1.




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2 L’atmosfera

L’atmosfera (dal greco = sfera del vapore) è un involucro gassoso che circonda la terra. Essa

si rarefà con l’altezza ma è priva di un vero e proprio limite. Comunque si pone il suo termine è a

circa 2500 km dalla superficie terrestre.

L’atmosfera si distingue nelle seguenti sezioni:

- la troposfera,

- la stratosfera,

- la mesosfera,

- la termosfera

- l’esosfera.

La troposfera è la zona più bassa, a diretto contatto con la superficie terrestre ed è la sede di

fenomeni come la pioggia, la neve, etc. Essa si estende fino a circa 10 km dalla superficie terrestre.

La stratosfera si estende fino a circa 40 km dalla superficie terrestre e i fenomeni meteorologici

sono quasi del tutto assenti. Nella sua parte media e superiore si nota uno strato di ozono

concentrato che assorbe la maggior parte delle radiazioni solari ultraviolette, proteggendo gli

organismi sulla terra. La mesosfera, che si estende dai 40 agli 80 km, è caratterizzata dalla

rarefazione degli elementi gassosi e le temperature sono molto basse. La termosfera si estende fino

a 300-400 km e presenta alte temperature. L’esosfera è al di là dei 400 km dove l’innalzamento

della temperatura si accentua. La figura 1 sintetizza le diverse zone dell’atmosfera2.

1 Per questi argomenti sono di riferimento De Vecchis, 2001; Lupia Palmieri, Parotto, 2003; Nice, 1980;

2 La figura è tratta dal sito www. bo.astro.it.




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3 Il concetto di clima

Da sempre l’uomo si è preoccupato delle condizioni atmosferiche necessarie per la sua vita e

per l’agricoltura. Infatti, il clima è molto importante per le comunità umane che hanno scelto di

stanziarsi nelle zone calde o temperate adeguate all’agricoltura e all’allevamento.

Da qui nasce l’attenzione e lo studio del clima. Il concetto di clima deve essere differenziato

da quello di tempo, infatti il clima è dato dall’insieme delle condizioni tipiche che si verificano nel

corso dell’anno in una determinata zona; esso è dunque lo stato medio dell’atmosfera in un

determinato luogo. Il clima insomma rappresenta i fenomeni più frequenti, mentre il tempo è una

situazione momentanea e transitoria.

Elementi costitutivi del clima sono gli elementi e i fattori. Gli elementi sono: la temperatura,

l’umidità, le precipitazioni, la nuvolosità, il vento, la pressione atmosferica.

La temperatura indica il calore dell’aria e si misura con il termometro. Allo stesso modo si

misura l’escursione termica, cioè la differenza nello stesso luogo di temperatura tra il giorno e la

notte. L’aria si riscalda grazie al calore del sole tramite un passaggio indiretto, in quanto il calore

del sole è assorbito poco dall’atmosfera, ma molto dalla superficie terrestre che lo rilascia

riscaldando quindi indirettamente l’aria.

Umidità, nubi, precipitazioni L’evaporazione delle acque porta nell’aria una quantità di

vapore, che in determinate condizioni, ad esempio per il raffreddamento della temperatura, forma le

nubi, che sono ammassi di goccioline d’acqua microscopiche. Quando queste goccioline

aumentano e diventano pesanti precipitano al suolo come pioggia, come neve se il raffreddamento è

forte.

Pressione atmosferica e venti L’aria ha un suo peso e la sua forza è denominata pressione

atmosferica ed è misurata con il barometro. Un litro d'aria, al livello del mare e alla temperatura di

0°c, pesa esattamente 1,293 grammi, mentre ai limiti esterni dell'atmosfera il suo peso è miliardi di

volte inferiore. La pressione dell’aria può variare a causa della temperatura, dell’altitudine,

dell’umidità. Le aree di bassa pressione hanno sostanzialmente minore massa atmosferica, viceversa

aree di alta pressione hanno una maggior massa atmosferica. Analogamente, con l'aumentare

dell'altitudine, il valore della pressione decresce. Le differenze di pressione fra una regione e l’altra

costituiscono la causa principale dei venti. Infatti i venti sono masse d’aria che si spostano da aree

con alta pressione ad aree con bassa pressione.




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I fattori del clima sono: la latitudine e l’altitudine, il rilievo.

La latitudine che indica la distanza di una località dall’equatore influisce sulla temperatura. La

temperatura dell'aria sull’equatore è elevata e quasi sempre costante in tutti i mesi dell’anno, mentre

diminuisce sempre più gradatamente, variando poi da mese a mese, man mano che si giunge ai poli.

Questa è una conseguenza del fatto che, a parità di stagione, la radiazione solare incontra la

superficie terrestre con inclinazioni diverse a seconda della latitudine e ha perciò un minore potere

calorifico (fig. 2).

L’altitudine è un altro fattore che influenza il clima perché a mano a mano che si sale in altezza la

temperatura si abbassa di circa un grado per ogni 180 metri di dislivello. La presenza di rilievi

assume notevole importanza specie nella determinazione dei climi locali in quanto può provocare

variazioni anche marcate nella temperatura e nell'andamento delle precipitazioni.

Figura 2 Riscaldamento della Terra da parte dei raggi solari




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4 Tipi di clima

In base agli elementi e ai fattori si distinguono diversi tipi di climi, in base alla

classificazione Koppen. Essi sono:

- Climi megatermici umidi

- Climi aridi

- Climi mesotermici

- Climi microtermici

- Climi nivali.

4.1. I climi megatermici umidi, tipici dei tropici

Sono climi molto caldi e umidi: la temperatura non è mai inferiore ai 15 °C e con piogge

perenni; questa tipologia è presente ai tropici dove la vegetazione è molto fitta. Si suddivide a sua

volta in clima equatoriale o pluviale, in clima della savana e in clima monsonico. Ciò che distingue

questi tre tipi è il regime pluviometrico, cioè le piogge. Esse sono regolari nel primo, stagionali nel

secondo e determinate dai monsoni3 nel terzo.

4.2. I climi aridi, tipici dei tropici e dei deserti

La temperatura non è mai inferiore ai 18 °C e sono generalmente elevate, ma si

contraddistinguono per la scarsità delle piogge che possono mancare per anni e nei deserti per

decenni. E’ quindi il clima tipico della steppa asciutta e dei deserti, dove vi è una notevole

escursione tra il giorno e la notte.

3 Il monsone è un vento ciclico tipico dell’Oceano Indiano che si accompagna a cicloni tropicali molto violenti, i tifoni,

i quali essendo dei sistemi tempestosi si abbattono con effetti devastanti sulle coste.




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4.3. I climi mesodermici, tipici delle zone subtropicali e di quelle temperate

Sono climi temperati con precipitazioni moderate e inverni non molto rigidi. Si distinguono

tre tipologie: il clima cinese, il clima mediterraneo e il clima temperato fresco.

1) il clima cinese temperato-caldo, con inverno asciutto ed estate piovosa, è presente in Cina

(dove è caratterizzato dai monsoni) ma anche in regioni dell’America, dell’Africa e

dell’Australia.

2) Il clima mediterraneo temperato-caldo con estate asciutta e inverno piovoso, è presente

appunto nel Mediterraneo ma anche in California o Cile centrale.

3) Il Clima temperato fresco, meno caldo di quello mediterraneo e con piovosità uniforme, è

presente nell’Europa centro-occidentale. Gli inverni sono miti e le estati fresche.

4.4. I climi micro termici, tipici delle zone fredde nell’emisfero settentrionale

Prevalgono periodi freddi prolungati e estati brevi. La media del mese più caldo supera

appena i 10 °C. la caduta della neve è frequente.

4.5. I climi nivali, tipici delle aree subpolari e polari

Si contraddistinguono perché il sole non tramonta durante l’estate. Le temperature sono

molto fredde. Si distinguono due tipologie:

1) il clima della tundra, con temperature medie superiori allo zero solo in estate quando vi è il

disgelo solo superficiale delle nevi. E’ presente nella fascia territoriale prossima ai poli.

2) Il clima glaciale proprio delle terre polari con gelo perenne e con temperature medie al di

sotto dello zero.

La figura 3 presenta la distribuzione dei climi sulla superficie terrestre secondo le tipologie ora

descritte; la figura 4 presenta le diverse tipologie climatiche dell’Italia.




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5 Idrosfera

L'idrosfera rappresenta tutte le acque presenti nel sottosuolo e sulla superficie terrestre.

L’acqua è presente:

- nella litosfera (superficie della Terra e nelle rocce)

- nella biosfera ( nella composizione della flora e della fauna)

- nella atmosfera (come nubi e vapore acqueo).

5.1. Il ciclo dell’acqua

Il ciclo dell’acqua consiste appunto nella circolazione dell’acqua all’interno dell’idrosfera

terrestre, includendo i cambiamenti di stati fisico dell’acqua tra fase liquida, solida, gassosa. Si

vengono a formare continui scambi di massa idrica tra l’atmosfera, la terra, le acque superficiali o

sotterranee e gli organismi. I diversi cambiamenti includono i seguenti processi fisici: evaporazione,

condensazione, precipitazione, infiltrazione (fig. 5).




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5.2. Gli oceani e i mari

Le acque marine ricoprono il 72% della superficie terrestre, suddivise tra emisfero

settentrionale ed emisfero meridionale. Le distese maggiori sono denominate oceani, mentre con

mare si intende un’area racchiusa per molti tratti dalle terre emerse. La più nota caratteristica delle

acque marine è la salinità o la salsedine, che si esprime calcolando quanti grammi di sale sono

contenuti in un chilogrammo di acqua. La salinità media è pari al 35 per mille, quindi 35 grammi di

sale in un chilogrammo di acqua. Tra i vari sali disciolti nelle acque marine vi è il cloruro di sodio,

ma anche il cloruro di magnesio, il cloruro di calcio etc. La salinità risulta maggiore nei mari

tropicali e minore nei mari freddi (fig. 6). In queste acque è presente anche l’ossigeno unitamente ad

altri gas disciolti. La temperatura varia in base alla profondità.

Gli oceani sono vaste distese d’acqua salata, particolarmente profonde. Secondo la definizione del

1953 dell’International Hydrographic Bureau, Ufficio idrografico internazionale, vi è un

grandissimo oceano diviso in tre bacini:

Oceano Pacifico, 180.000.000 km²

Oceano Atlantico,106.000.000 km²

Oceano Indiano, 75.000.000 km².

Il pianeta è definito blu proprio per il colore degli oceani. L’importanza delle masse

oceaniche è fondamentale per l’equilibrio ecologico del pianeta e per la vita dell’uomo. Esse sono

grandi serbatoi d’acqua per cui alimentano il ciclo dell’acqua: dagli oceani l’acqua evapora e sale

nell’atmosfera per poi cadere sulla terra sotto forma di precipitazioni e torna negli oceani tramite i

fiumi. Ancora gli oceani sono serbatoi di calore che assorbono l’energia irradiata dal Sole e la

rilasciano lentamente. La loro presenza quindi attenua gli sbalzi di temperatura. Inoltre le acque

oceaniche sono importanti per l’alimentazione dell’uomo per la grande quantità di pesce che con-

tengono, ma anche per i giacimenti di petrolio e di metano presenti nei giacimenti sottomarini. Gli

organismi più importanti negli ecosistemi oceanici sono le alghe e i batteri che nel loro insieme

costituiscono il fitoplancton. Il fitoplancton è il principale produttore di ossigeno degli ambienti

marini.

Come si anticipava, i mari sono aree racchiuse per molti tratti dalle terre emerse. Il termine

mare è utilizzato anche per indicare laghi normalmente salati, che non hanno sbocchi sull’oceano: il

Mar Caspio, il Mar Morto, il Mar di Galilea.

Oceani e mari sono in continuo movimento e si distinguono le onde, le maree, le correnti marine.




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Le onde sono provocate dal vento e producono un movimento in prevalenza verticale.

L’altezza delle onde può raggiungere i 15 metri soprattutto in alto mare, mentre avvicinandosi alla

costa l’onda rallenta fino a frangersi sulla spiaggia.

Le maree sono un moto periodico di ampie masse d’acqua che si innalzano (alta marea) e si

abbassano (bassa marea) con una frequenza giornaliera. L’origine delle maree è dovuta

all’attrazione gravitazionale della Luna e in misura minore del Sole.

Le correnti marine sono masse d’acque spinte dai venti in una determinata direzione. Il loro

movimento dipende dalla spinta impressa dai venti prevalenti, costanti come gli alisei o i monsoni.

Le correnti si distinguono in calde o fredde, le prime provenienti dalle regioni equatoriali, le

seconde provenienti dalle regioni polari.

Figura 6 La presenza di salinità delle acque oceaniche e dei mari




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5.3. Le sorgenti e i fiumi

La pioggia che cade sul suolo penetra sia nel sottosuolo sia rimane in superficie. I terreni che

lasciano filtrare l’acqua si dicono permeabili, quelli che non lasciano passare l’acqua impermeabili.

Quando le acque penetrano scendono verso il basso e formano le falde, cioè pozzi sotterranei.

Laddove l’acqua di questi pozzi fuoriesce in superficie, lungo il pendio di un monte o di una collina

si forma la sorgente. Le sorgenti alimentano i fiumi e i torrenti; il corso dei fiumi è generalmente

lungo e regolare, mentre i torrenti hanno un corso breve e irregolare. Pertanto un fiume è un corso

d’acqua perenne alimentato dalle sorgenti, dalle acque piovane e dalla neve. Il solco di scorrimento

per entrambi è detto alveo o letto.

I parametri per studiare i fiumi sono:

- bacino

- lunghezza

- pendenza

- velocità

- portata

- regime

- foce.

La porzione di terra emersa che contribuisce con le sue acque ad alimentare un fiume ne

costituisce il bacino idrografico; esso è delimitato dalla linea spartiacque che lo separa dai bacini

degli altri fiumi. Ogni bacino racchiude non solo il fiume principale ma anche quelli secondari che

sfociano in esso (fig. 7).

La lunghezza di un fiume si misura dalla sorgente e può raggiungere anche qualche migliaio

di chilometri in relazione all’estensione del territorio: fiumi particolarmente estesi sono il Nilo-

Kagera (Africa) 6.671 km, il Rio delle Amazzoni-Ucayali (Ameirica meridionale) 6280 km, il

Mississippì (Ameirica Settentrionale) 5970 km, il Volga (Europa) 3531 km e altri ancora.

La pendenza è il rapporto tra il dislivello sorgente-foce e la lunghezza di un fiume. La

pendenza è elevata quando si tratta di fiumi che nascono da montagne.

La velocità dipende sempre dalla pendenza, ma anche dalla profondità delle acque e dalla

costituzione dell’alveo del fiume.




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La portata esprime (in metri cubi al secondo) il volume d’acqua che passa, nell’unità di

tempo cioè il secondo, attraverso una sezione trasversale al fiume. Ogni fiume avrà una portata

media, una portata minima (quando l’acqua del fiume si riduce ad esempio d’estate) e una portata

massima ( quando l’acqua del fiume aumenta per le nevicate o per le piogge). Il regime indica il

valore medio complessivo in base alle portate di un fiume.

La foce, cioè il punto un fiume in cui si immette nel mare o nell’oceano, può essere a delta o

a estuario. La foce è a delta quando le acque formano diversi rami prendendo appunto la forma

triangolare della lettera delta dell’alfabeto greco. Essa si forma perché i detriti e le sabbie che il

fiume trasporta fino alla foce si depositano e impediscono alle acque di arrivare direttamente al

mare. Generalmente ciò accade perché si tratta di un mare poco profondo. Fiumi con la foce a delta

sono il Po, il Nilo, il Danubio (fig. 8).

La foce è ad estuario quando le sponde del fiume si allargano ad imbuto e la forza del mare è

tale da spazzare i sedimenti che il fiume trasporta. Fiumi con la foce ad estuario sono il Tamigi e la

Senna.




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Figura 8 Il delta del Po

5.4. Laghi

Un lago (o bacino lacustre) è una grande massa per lo più d’acqua dolce raccolta nelle cavità

terrestri. Se la profondità è minima si denomina stagno. Con il termine palude si intende una

depressione coperta da poca acqua e molta vegetazione. L’acqua del lago proviene dalle

precipitazioni ma anche da corsi d’acqua denominati immissari, che lo alimenta. Parte dell’acqua

dei laghi evapora oppure fuoriesce dal lago tramite fiumi denominati emissari. L’origine dei laghi è

molteplice: i grandi laghi alpini si sono formati per l’ostruzione di una valle a causa dei depositi

glaciali. I laghi che hanno forma ellittica sono generalmente di origine vulcanica. Altri laghi si

formano in seguito a movimenti della crosta terrestre e si denominano laghi tettonici.

I laghi sono molto utili per la vita dell’uomo, facilitano gli spostamenti, rendono più miti le

condizioni climatiche delle zone circostanti. Le loro acque sono utilizzate per l’irrigazioni dei campi

e per il turismo (fig. 9).




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5.5. I ghiacciai

Sulle montagne gli ammassi di neve accumulandosi formano i ghiacciai. Si distinguono vari

tipi di ghiacciai. Si distinguono le estese calotte glaciali presenti in Groenlandia e in Antartide, esse

sono molto spesse e giungono anche fino al mare, dove si staccano blocchi di ghiaccio denominati

iceberg. I ghiacciai pedemontani sono formati da più calotte glaciali distinte. I ghiacciai più

frequenti sono quelli di tipo alpino o ghiacciai vallivi che partono da un’alta concavità in roccia e

scendono verso valle con una lingua che si sviluppa in lunghezza. I ghiacciai molto lentamente si

spostano a causa della dimensione e in base alle variazioni della temperatura (fig. 10).

Figura 9 Lago di Sartirana in Lombardia




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Figura 10 Ghiacciaio della Brenva (Courmayeur)




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6 L’inquinamento atmosferico e delle acque

Con il termine inquinamento si indica il degrado dell’ambiente tramite sostanze che ne

alterano la composizione chimico-fisica.

L’inquinamento atmosferico è la presenza appunto nell’aria di sostanze che possono causare

effetti negativi sull’uomo, sugli animali e sulla vegetazione. Le sostanze inquinanti sono distinte in

due gruppi: quelle di origine antropica, cioè prodotte dall’uomo, e quelle naturali. Queste sostanze a

loro volta sono classificate in primarie, cioè presenti nell’ambiente così come sono e secondarie

poiché si formano nell’atmosfera attraverso reazioni chimico-fisiche. Le cause principali

dell’inquinamento antropico sono i veicoli con i motori a scoppio, le industrie, le centrali

termoelettriche, i combustibili per il riscaldamento domestico, la combustione dei rifiuti (fig. 11).

Per quanto riguarda la formazione di inquinanti secondari, particolarmente dannose sono le

reazioni che avvengono fra gli ossidi di azoto e gli idrocarburi in presenza di luce solare. L’insieme

di queste reazioni viene definito come smog4 e rappresenta una delle forme di inquinamento più

dannose per l’ecosistema. Gli ossidi di azoto sono i responsabili della riduzione dell’ozono che

circonda il nostro pianeta e che lo difende dalle radiazioni solari ultraviolette, pericolose per la vita.

A causa di questa riduzione si parla di buco nell’ozonosfera. Le sostanze inquinanti presenti

nell’atmosfera ricadono inoltre sulla terra con l’acqua piovana dando origine al fenomeno delle

piogge acide.

L’inquinamento idrico è un’alterazione degli ecosistemi che hanno come componente

fondamentale l’acqua. Esso avviene per cause naturali e antropiche. L'inquinamento naturale

avviene a causa di frane, alluvioni, eventi atmosferici e stagionali. Questo fenomeno non crea

problemi particolari, perché l'acqua è in grado di auto-depurarsi.

Le cause antropiche sono determinate dalle attività umane, come scarichi industriali,

agricoli, liquami delle fogne versati nelle acque dei mari o dei fiumi. L’inquinamento industriale o

agricolo immette nelle acque sostanze altamente tossiche non biodegradabili come coloranti, acidi,

tinture, schiume, polveri di metalli, o come i fertilizzanti chimici. In questi casi l’acqua non è in

grado di auto-depurarsi.

4 L’uso del termine smog è dovuto alla forte riduzione della visibilità che si determina nel corso di questi processi

chimici.




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L’inquinamento dell’atmosfera e dell’acqua finisce per degradare anche la vegetazione e quindi

coinvolge l’intero sistema Terra.

Figura 11 Un esempio di inquinamento industriale




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Bibliografia

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