大多数陨石来自于火星和木星间的小行星带,小部分来自月球和火星。陨石大体可分为石质陨石、铁质陨石,石铁混合陨石。
陨石的平均密度在3~35之间,主要成分是硅酸盐。陨铁密度为75~80,主要由铁、镍组成。陨铁石成分介于两者之间,密度在55~60间。陨星的形状各异,最大的陨石是重1770千克的吉林1号陨石,最大的陨铁是纳米比亚的戈巴陨铁,重约60吨。中国陨铁石之冠是新疆青河县发现的“银骆驼”,约重28吨。[2]
全世界已收集到4万多块陨石样品,有各种样式的。它们大致可分为三大类:石陨石(主要成分是硅酸盐),铁陨石(铁镍合金)和石铁陨石(铁和硅酸盐混合物)。
陨石指坠落于地面的陨星残体,由铁、镍、硅酸盐等矿物质组成,亦称陨星石。也指含石质较多或全部为石质的陨星。在含碳量高的陨石中还发现了大量的氨、核酸、脂肪酸、色素和11种氨基酸等有机物,因此,人们认为地球生命的起源与陨石有相当大的关系。
陨石是落到地球上的行星物体碎块,即从行星际空间穿过大气层后到达地表的星体残骸,也是人类最早直接接触的地外天体物质。陨石的形态、大小各异,如陨石可以是显微质点大小,也可以是几千千克的巨块。因为陨石是太阳系中其他天体的代表样品,人们又能采用最先进的分析技术获得最精确可靠的成分数据,所以,已获得的陨石化学成分已成为估计太阳系元素丰度及推断地球化学成分最有价值的成果。
每天降落到地球表面的地外物质约102~105t,大约1%成为陨石。据估计,每年落到地球表面的大陨石约有500个,其总质量可达3×106t至3×107t。然而由于地球表面近3/4的面积被海洋覆盖,加上荒无人烟的沙漠、高山和丛林,人类能观察和找到的陨石极少,每年能见到其陨落且又能找到的陨石仅有5到6个(表11)。
表11 “陨落”和“发现”陨石的数目和频率
(转引自赵伦山等,1988)
陨石研究表明,绝大多数降落至地球的陨石来源于小行星带,也有极少数来自其他天体,如ALAH-81005和EEAT-79001两块陨石被认为可能分别来自月球和火星表面。迄今在南极地区已发现并证实有12块陨石来自月球表面,在南极和非南极区共发现有8块可能是来自于火星的陨石,并认为来自月球与火星的陨石是小天体撞击月球或火星表面,使其表面的土壤或岩石产生熔融,并溅射至地表而成的。这类陨石是行星等被撞击过程产生的“陨石”。
陨石是目前最易获取和数量最大的地外物质,它携带着有关太阳系的化学成分、起源与演化、有机质起源和太阳系空间环境等丰富的信息。通过对CI型碳质球粒陨石等各类陨石化学成分和形成条件的研究,可以恢复太阳星云元素分布格局,揭示太阳星云的分馏过程。陨石中已发现60多种被认为是非生物合成的有机化合物(前生物物质),通过对它们的人工模拟合成和理论解释,为探索生命前期化学演化过程开拓了新的途径(见第10章)。通过对陨石母体与宇宙线相互作用产生核素的研究,可了解宇宙线的成分、能谱和通量等特征。对陨石中长寿命放射性核素组成的测定,可以提供元素起源、太阳系形成和演化、星云形成和凝聚以及行星形成和演化的时间序列的信息。
陨石的成分多种多样,有些几乎全部由金属组成,另一些几乎全部由硅酸盐组成。通常根据陨石中的金属含量先将陨石划分为三大类:石陨石、铁陨石和石-铁陨石(表12)。石陨石按其中是否具球粒结构又分为球粒陨石和无球粒陨石。目前世界上最大的石陨石是我国的吉林陨石,收集的样品总质量为2550kg,最大的吉林1号陨石质量达1770kg。世界上最大的铁陨石是非洲纳米比亚的戈巴铁陨石(质量约为60t),我国的新疆铁陨石(质量约为28t)是世界第三大铁陨石。
表12 陨石的基本分类
(转引自赵伦山等,1988)
1121 球粒陨石和无球粒陨石
球粒陨石与无球粒陨石以是否含硅酸盐类球粒来区分的。
球粒陨石的最大特征是含球粒,具球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成,球粒间的基质常由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石等组成。球粒陨石是最常见的一类陨石,据化学成分可划分为5个化学群:E群(顽辉石球粒陨石)、H群(高铁群普通球粒陨石,如我国的吉林陨石)、L群(低铁群普通球粒陨石)、LL群(低铁低金属普通球粒陨石)和C群(碳质球粒陨石)。H群、L群及LL群统称为普通球粒陨石,主要由橄榄石、斜方辉石、铁镍金属和陨硫铁组成。各群陨石中铁和亲铁元素的含量以及金属铁与氧化铁之比由大到小的顺序为H群>L群>LL群。普通球粒陨石一般遭受过不同程度的冲击变质,主要形成于太阳星云硅酸盐—金属分馏与凝聚阶段。顽火辉石球粒陨石较为稀少,它是在比较还原的条件下冷凝与聚集形成的。碳质球粒陨石中的非挥发性组成代表了太阳星云的平均化学成分,其中高温与低温矿物分别以包裹体或基质的形式共存于陨石中。
无球粒陨石不含球粒,通常比球粒陨石结晶粗得多,在成分和结构方面,许多无球粒陨石与地球上的火成岩相似,它们可能是由硅酸盐熔体结晶形成的。无球粒陨石据CaO的含量划分为贫钙[w(Ca)≤3%]和富钙[w(Ca)≥5%]两类。据成因可将无球粒陨石划分为三类:钙长辉长无球粒陨石系列、顽辉石无球粒陨石系列和尚未划分出成因系列的无球粒陨石。
铁陨石和石陨石(含球粒陨石和无球粒陨石)均属分异型陨石,即经过岩浆侵入或喷出、或部分熔融产生结晶分异或岩浆残留物凝结而形成的。
碳质球粒陨石是球粒陨石中的一个特殊类型,含有碳的有机化合物分子,并且主要由含水硅酸盐组成。碳质球粒陨石按化学成分可划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三种(CⅠ、CⅡ和CⅢ)类型。碳质球粒陨石虽然十分稀少,但在探讨太阳系元素丰度方面却有特殊的意义。
一个特别重要的碳质球粒陨石于1969年陨落在墨西哥北部,它叫做“阿伦德”(Allende)陨石,属于Ⅲ型碳质球粒陨石。其基质(约60%)呈暗灰色,主要由富铁橄榄石组成,其中球粒有两种,一种富铁(约30%),另一种富Ca、lA(约5%),此外还存在着富Ca、Al的集合体。在阿伦德以及其他碳质球粒陨石(尤其CⅠ型)中,非挥发性元素的丰度几乎同太阳中观察到元素的丰度完全一致(图11)。
图11 CⅠ型碳质球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比(据涂光炽,1998)
因此,目前已用碳质球粒陨石的化学成分来估计太阳系中非挥发性元素的丰度。
玻陨石(tekitites)由富SiO2的玻璃组成,类似黑曜岩,但化学成分、结构与黑曜岩相差很大。人们迄今尚未见到陨落的玻陨石,只是由于其特殊的形态和成分才认为是陨石。现在积累的许多有关资料,促使人们倾向于视它们为由于彗星或大型陨石冲击地球而引起的物质熔化的产物。
1122铁陨石与石-铁陨石
铁陨石主要由两种矿物组成,其一为铁纹石(kamacite,立方体心格子的α铁,又称自然铁),另一种为镍纹石(taenite,立方面心格子的α铁)。此外,还常含有少量石墨、陨磷铁镍石[schreibersite,(Fe,Ni)3P]、陨硫铬铁(daubreelite,FeCr2S4)、陨碳铁[cohenite,(Fe,Ni)3C]、铬铁矿和陨硫铁等矿物。所以Fe、Ni是铁陨石中的主要元素,此外还有少量(wB<2%)Co、S、P、Cu、Cr和C。根据矿物晶体结构和w(Ni)/w(Fe)比值,铁陨石还可分出六面体式陨铁(hexahedrite)、八面体式陨铁(octahedrite)和富镍中陨铁陨石(ataxite)三个亚类。
铁陨石中镍的含量及其与Ga、Ge、Ir、P等元素的含量关系是划分铁陨石化学群的基础。各种微量元素在铁陨石的金属相和硫化物相中的含量范围变化很大,亲硫元素(Co、Cu、Zn、As、Se、eT、Hg、Ti、Pb和Bi等)在陨硫铁中含量高,而亲铁元素尤其是铂族元素(Os、Ir、Pt、Ru、Rb、Pd、Au)以及W、Mo、Re等在金属相中富集。铁陨石按多参数微量元素分类可分为13个化学群。其中有两群属非岩浆型(由母体产生的冲击熔体形成),其余为由母体内的岩浆作用形成。
石-铁陨石由硅酸盐相和铁镍相组成,按两相比例划分出橄榄陨铁和中铁陨石。在橄榄陨铁的铁镍相中镍质量分数为10%~15%。中铁陨石的金属相中含镍质量分数约为7%。石-铁陨石在矿物组成、结构构造、化学成分和演化历史上都具有石陨石和铁陨石的双重特性,它还可以进一步划分出橄榄陨铁、中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁四类。
陨石中共发现140种矿物,其中39种在地球上尚未被发现。
1123 陨石中的有机质
陨石,特别是碳质球粒陨石中已发现的有机化合物有60多种,有关陨石中有机质的来源主要有两种观点:①原始大气层处于高度还原状态,主要由CH4、NH、3H2O、H2和CO组成,在紫外线照射与放电过程中形成激发态自由基,最后合成各种有机化合物;②太阳星云凝聚晚期,星云中的CO、H2在磁铁矿、含水硅酸盐的催化反应下合成。后一种方式合成的有机化合物与碳质球粒陨石中发现的有机质极为相似,且碳同位素组成也相似。陨石中的有机质与地球的污染物是不同的,如Murchison碳质球粒陨石中发现的52种氨基酸的碳原子不对称并且有外消旋特征,以非蛋白氨基酸为主,还发现有烃类、杂环化合物和脂肪酸等。现在认为,地球早期生命系统的化学演化不一定来源于行星的大气,而可能来自在太阳星云凝聚时已合成的有机质。
由于存在三类迥然不同的陨石——石陨石、石-铁陨石和铁陨石,人们很自然地会设想陨石是来自某种曾经分异成一个富金属的核和一个硅酸盐外层的行星体,这种行星破裂后就可能成为各类陨石;其中石-铁陨石来自金属核与硅酸盐幔的界面,而石陨石来自富硅酸盐的幔区。这种设想已成为依据陨石资料推测地球内部结构和化学成分的重要根据之一。
然而,现在已有许多证据表明,由“一个母体形成陨石”的假说是不可取的。因为不仅各类陨石有不同的年龄,而且在陨石群之间也存在年龄差异。再者,各群球粒陨石和各种铁陨石之间均存在着成分间隔以及氧同位素(18O/16O原子比率及71O/16O原子比率)比例的差别。这些事实都表明,不同群的陨石应分别形成于不同的行星母体。
目前对小行星的形成和早期特征还了解甚少。一些学者认为,在明显的非平衡热条件下,从热的、低密度和部分电离的气体中直接凝聚出固态物质,可能是陨石球粒形成的机制。也就是说,球粒陨石可能代表着由行星聚集形成的微星物质的碎块,而其他类型的陨石可能是由具球粒陨石成分的物质经部分或完全熔融和分异形成。
陨石(meteorite)是地球以外未燃尽的宇宙流星脱离原有运行轨道或成碎块散落到地球或其它行星表面的、石质的,铁质的或是石铁混合物质,也称“陨星”。大多数陨石来自小行星带,小部分来自月球和火星。 陨石是人类直接认识太阳系各星体珍贵稀有的实物标本,极具收藏价值。陨石多半带有地球上没有或不常见的矿物组合,以及经过大气层高速燃烧的痕迹。至于太空人登上外星球,如月球,所带回来的则不叫陨石。而会称为月球矿石。据加拿大科学家10年的观测,每年降落到地球上的陨石有20多吨,大概有两万多块。由于多数陨石落在海洋、荒草、森林和山地等人烟罕至地区,而被人发现并收集到手的陨石每年只有几十块,数量极少。
陨石的分类 陨石的平均密度在3~35间,主要成分是硅酸盐;陨铁密度为 75~80,主要由铁、镍组成;陨铁石成分介于两者之间,密度在55~60间。陨星的形状各异,最大的陨石是重1770千克的吉林1 号陨石,最大的陨铁是纳米比亚的戈巴陨铁 ,重约60吨;中国陨铁石之冠是新疆清河县发现的“银骆驼”,约重28吨 。陨石是来自地球以外太阳系其他天体的碎片,绝大多数来自位于火星和木星之间的小行星,少数来自月球(40块)和火星(40块)。全世界已收集到4万多块陨石样品,它们大致可分为三大类:石陨石(主要成分是硅酸盐)、铁陨石(铁镍合金)、和石铁陨石(铁和硅酸盐混合物)。
陨石根据其内部的铁镍金属含量高低通常分为三大类:石陨石、铁陨石、石铁陨石。石陨石中的铁镍金属含量小于等于30%;石铁陨石的铁镍金属含量在30%——65%之间;铁陨石的铁镍金属含量大于等于95%。
石铁陨石 石铁陨石</B>
石铁陨石由铁、镍和硅、酸、盐矿物组成,铁镍金属含量30至65,这类陨石约占陨石总量的12,故商业价值最高。该类陨石含铁70%以上,其次为硅、铝、镍,主要矿物有锥纹石、镍纹石、合纹石等,次要矿物为陨硫铁、铬铁矿、石墨等。石铁陨石根据起内部的主要成分和构造特点分为:橄榄石石铁陨石(PAL)、中铁陨石(MES)、古铜辉石——鳞石英石铁陨石。
石陨石 石陨石</B>
石陨石上硅酸盐矿物如橄榄石、辉石和少量斜长石组成,也含有少量金属铁微粒,有时可达20以上。密度3至35。石陨石占陨石总量的95。1976年3月8日15时,吉林地区东西12公里,南北8公里,总面积500多平方公里的范围内,降一场世界罕见的陨石雨。所收集到的陨石有200多块,最大的1号陨石重1770公斤,名列世界单块陨石重量之最。吉林陨石表面,有黑色、黑棕色熔壳和大小不等气印。化学组成成分为Sio2占372,Mgo2占319 Fe占2843。主要矿物有贵橄榄石、古铜辉石、铁纹石和陨硫铁;次要矿物有单斜辉石、斜长石等。石陨石根据起内部是否含有球粒结构又可分为两类:球粒陨石、不含球粒陨石。球粒陨石根据化学-岩石学分类被分为:E、H、L、LL、C 五个化学群类。E群中铁镍金属含量最高,形成在一个极端还原的环境中,其橄榄石和辉石中几乎不含氧化铁;C群中的铁镍金属含量最低(或不含铁镍金属成分),形成在一个相当氧化的环境中,其橄榄石和辉石中的氧化铁含量比值最高;H、L、LL群的形成环境界于E群和C群之间,其特点也界于E群和C群之间。无球粒陨石根据其氧化钙含量的高低分为:贫钙无球粒陨石、富钙无球粒陨石两个大类。贫钙无球粒陨石中的氧化钙含量小于等于3%;富钙无球粒陨石中氧化钙含量大于等于5%。
铁陨石 铁陨石</B>
铁陨石中含有90%的铁,8%的镍。它的外表裹着一层黑色或褐色的1毫米厚的氧化层,叫熔壳。外表上还有许多大大小小的圆坑叫做气印。此外还有形状各异的沟槽,叫做熔沟。这些都是由于它们有陨落过程中与大气剧烈摩擦燃烧而形成的。铁陨石的切面与纯铁一样,很亮。铁陨石约占陨石总量的3℅。世界3号铁陨石于19世纪末发现于我国新疆青河县,大小为242×185×137,重约30吨。该陨铁含铁8867℅,含镍927℅。其中含有多种地球上没有矿物,如锥纹石、镍纹石等宇宙矿物。
铁陨石按其内部主要化学群的相对丰度和镍含量分为:
I(A、B、C);
II(A、B、C、D、E);
III(A、B、C、D、E、F);
IV(A、B)四个大类。
陨石分类表
大部分陨石是球粒陨石(占总数的915%),其中普通球粒陨石最多(占总数的80%)。球粒陨石的特点是其内部含有大量毫米到亚毫米大小的硅酸盐球体(见图)。球粒陨石是太阳系内最原始的物质,是从原始太阳星云中直接凝聚出来的产物,它们的平均化学成分代表了太阳系的化学组分。世界上最大的石陨石是1976年陨落在我国吉林省的吉林普通球粒陨石,其中1号陨石重约1770公斤。
球粒陨石中的球粒
吉林1号陨石(1770公斤)
无球粒陨石、石铁陨石和铁陨石统称为分异陨石,它们是由球粒陨石经高温熔融分异和结晶的产物,代表了小行星内部不同层次的样品。这些小行星的内部结构与地球相似,分三层,中心为铁核(铁陨石),中间为石铁混合幔层(石铁陨石),外部是石质为主的壳层(无球粒石陨石)。世界上最大的铁陨石是非洲纳米比亚的Hoba铁陨石,重60吨。在我国新疆的阿勒泰地区青沟县境内银牛沟发现的铁陨石,重约28吨,是世界第三大铁陨石。
纳米比亚的Hoba铁陨石 (重60吨 )
最近,世界各国科学家在南极地区和非洲沙漠地区收集到了大量的陨石样品,其中包括罕见和珍贵的月球陨石和火星陨石。
在南极发现的月球陨石(ALH81005)
在南极发现的火星陨石(ALH84001)美国科学家1996年报道在这块火星陨石中发现了火星生命的迹象。
中国南极考察队先后3次在南极的格罗夫山地区发现并回收了4480块陨石,其中有两块是来自火星的陨石,“GRV99027”和“GRV020090”。 “GRV99027”号火星陨石重997克,表面覆盖着很薄的黑色熔壳。“GRV020090”号火星陨石重754克。这两块火星陨石属于较稀有的二辉橄榄岩,全世界仅有6块这样的陨石。
我国收集到的首块火星陨石 GRV99027 [编辑本段]陨石鉴别 陨石在高空飞行时,表面温度达到几千度。在这样的高温下,陨石表面融化成了液体。后来由于低层比较浓密大气的阻挡,他的速度越来越慢,融化的表面冷却下来,形成一层薄壳叫“熔壳”。熔壳很薄,一般在1毫米左右,颜色是黑色或棕色的。在熔壳冷却的过程中,空气流动在陨石表面吹过的痕迹也保留下来,叫“气印”。气印的样子很像在面团上按出的手指印。 熔壳和气印是陨石表面的主要特征。若是你看到的石头或铁块的表面有这样一层熔壳或气印,那你可以立刻断定,这是一块陨石。 但是落下来的年代较长的一些陨石,由于长期的风吹、日晒和雨淋,熔壳脱落了,气印也就不易辨认出来了,但是那也不要紧,还有别的办法来辨认。 石陨石的样子很像地球上的岩石,用手掂量一下,会觉得它比同体积的岩石重些。石陨石一般都含百分之几的铁,有磁性,用吸铁石试一试便会感到。另外,仔细看看石陨石的断面,会发现有不少的小的球粒。球粒一般有1毫米左右,也有大到2~3毫米以上的,90%以上的石陨石都有这样的球粒,它们是陨石生成的时候产生的。是辨认石陨石的一个重要标记。 铁陨石的主要成分是铁和镍。其中,铁占90%左右,镍的含量一般在4~8%之间,地球上的自然铁中镍的含量一般不会有这么多。
在铁陨石上切割一个断面,磨光后,用5%的硝酸酒精侵蚀,光亮的端面会呈现出特殊的条纹,像花格子一样。这是因为铁陨石本身成分分布不均匀,有的地方含镍量多些,有的地方少些,含镍量多的部分,化学性质稳定,不易被酸腐蚀,而含镍量少的部分受酸腐蚀后,变得粗糙无光泽,这样就由这些亮的和暗的部分组成了花格子一样的条纹。除了极少数含镍量特多的陨石外,都会出现这些条纹。这是辨认铁陨石的一个主要方法。 石铁陨石极少见,由石和铁组成,它含有大致相等的铁和硅酸盐矿物。 在3类陨石中,石陨石最多,1976年3月8日,在我国吉林省吉林地区降落的一场大规模的陨石雨,便是一次石质的球粒陨石雨。这次陨石雨散落的范围达四、五百平方公里,搜集到的陨石有一百多块,总重量在2600公斤以上。其中,最大的一号陨石重1770公斤,是目前世界上搜索到的最重的一块石陨石。第二位的是美国诺顿石陨石,重1079公斤。 铁陨石比石陨石要重的多,最重的一块在非洲纳米比亚,名字要戈巴陨石,有60吨重。在我国新疆的一块大陨铁重30吨,是世界的第三位。 怎样鉴别陨石 鉴定一块样品是否为陨石,可以从以下几方面考虑:
1.外表熔壳:陨石在陨落地面以前要穿越稠密的大气层,陨石在降落过程中与大气发生磨擦产生高温,使其表面发生熔融而形成一层薄薄的熔壳。因此,新降落的陨石表面都有一层黑色的熔壳,厚度约为1毫米。
2.表面气印:另外,由于陨石与大气流之间的相互作用,陨石表面还会留下许多气印,就象手指按下的手印。
3.内部金属:铁陨石和石铁陨石内部是有金属铁组成,这些铁的镍含量很高(5-10%)。球粒陨石内部也有金属颗粒,在新鲜断裂面上能看到细小的金属颗粒。
4.磁性:正因为大多数陨石含有铁,所以95%的陨石都能被磁铁吸住。
5.球粒:大部分陨石是球粒陨石(占总数的90%),这些陨石中有大量毫米大小的硅酸盐球体,称作球粒。在球粒陨石的新鲜断裂面上能看到圆形的球粒。
6.比重:铁陨石的比重为8克/cm3,远远大于地球上一般岩石的比重。球粒陨石由于含有少量金属,其比重也较重。
石铁陨石石铁陨石由铁、镍和硅、酸、盐矿物组成,铁镍金属含量30至65,这类陨石约占陨石总量的12,故商业价值最高。该类陨石含铁70%以上,其次为硅、铝、镍,主要矿物有锥纹石、镍纹石、合纹石等,次要矿物为陨硫铁、铬铁矿、石墨等。石铁陨石根据起内部的主要成分和构造特点分为:橄榄石石铁陨石(PAL)、中铁陨石(MES)、古铜辉石——鳞石英石铁陨石。 石陨石石陨石上硅酸盐矿物如橄榄石、辉石和少量斜长石组成,也含有少量金属铁微粒,有时可达20以上。密度3至35。石陨石占陨石总量的95。化学组成成分为Sio2占372,Mgo2占319 Fe占2843。主要矿物有贵橄榄石、古铜辉石、铁纹石和陨硫铁;次要矿物有单斜辉石、斜长石等。石陨石根据起内部是否含有球粒结构又可分为两类:球粒陨石、不含球粒陨石。球粒陨石根据化学-岩石学分类被分为:E、H、L、LL、C 五个化学群类。E群中铁镍金属含量最高,形成在一个极端还原的环境中,其橄榄石和辉石中几乎不含氧化铁;C群中的铁镍金属含量最低(或不含铁镍金属成分),形成在一个相当氧化的环境中,其橄榄石和辉石中的氧化铁含量比值最高;H、L、LL群的形成环境界于E群和C群之间,其特点也界于E群和C群之间。无球粒陨石根据其氧化钙含量的高低分为:贫钙无球粒陨石、富钙无球粒陨石两个大类。贫钙无球粒陨石中的氧化钙含量小于等于3%;富钙无球粒陨石中氧化钙含量大于等于5%。 铁陨石铁陨石中含有90%的铁,8%的镍。它的外表裹着一层黑色或褐色的1毫米厚的氧化层,叫熔壳。外表上还有许多大大小小的圆坑叫做气印。此外还有形状各异的沟槽,叫做熔沟。这些都是由于它们有陨落过程中与大气剧烈摩擦燃烧而形成的。铁陨石的切面与纯铁一样,很亮。铁陨石约占陨石总量的3℅。世界3号铁陨石于19世纪末发现于我国新疆青河县,大小为242×185×137,重约30吨。该陨铁含铁8867℅,含镍927℅。其中含有多种地球上没有矿物,如锥纹石、镍纹石等宇宙矿物。
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