Feb20

Palygorskit, das auch Bergleder, Bergkork, Bergholz oder Bergfleisch genannt wird, ist ein Tonmineral und kein organisches Material. Seine Zusammensetzung wird mit der Formel (Mg,Al)4[OH|(Si,Al)4O10]2 · (4+4) H2O wiedergegeben, wobei sich die in den runden Klammern angegebenen Elemente gegenseitig vertreten können.

Palygorskit, Fundort: Lone Jack Quarry, Glasgow, Virginia, USA © John Krygier, gemeinfrei

Palygorskit, Fundort: Lone Jack Quarry, Glasgow, Virginia, USA © John Krygier, gemeinfrei

Der zungenbrecherische Name deutet auf seine ausländische Typlokalität hin – der Ort, wo das Mineral zuerst entdeckt und beschrieben wurde. In diesem Fall handelt es sich um die sog. “Zweite Mine” am Popovka-Fluss bei Palygorsk im Gebiet von Perm, das im Gebiet des Uralvorlandes, östlich von Moskau liegt. Es wurde erstmals von Savchenkov im Jahre 1862 beschrieben und wurde unterdessen in vielen anderen Regionen der Welt gefunden.

Palygorskit gehört zur grossen Familie der Tonminerale, die bei Verwitterungsprozessen oder Alteration entstehen.

Die Tonminerale sind den Phyllo- oder Schichtsilikate zuzuordnen mit Bausteinen aus (Si,Al)O4-Tetraeder und [(Mg,Al)(O,OH)6]-Oktaeder. Hierbei unterscheidet man Zweischicht-Tonminerale (1:1-Schichtsilikate), die aus je einer Tetraeder- und Oktaederschicht bestehen und zu denen die Serpentinite- und Kaolinite gehören. In den Dreischichtmineralen (2:1-Schichtsilikate) ist an die Oktaederschicht eine weitere Tetraederschicht angehängt. Diese Gruppe ist sehr vielfältig. Einige bekannte Beispiele sind die Smektite, Montmorillonite und Illite.

Palygorskit und Sepiolith, bekannt unter Meerschaum, sind Tonminerale mit Faserstruktur aus Leisten der Dreischichtminerale. Palygorskit bildet faserige Massen mit weisser, gelblicher oder grauer Tönung.

Bedeutende Vorkommen befinden sich im mittleren Wolgagebiet, in der Ukraine, auf der Krim und in Westsibirien. Daneben wurde diese Mineralart auch in Tschechien (Heinjà) sowie in Arizona (Mammoth-Mine) gefunden.

Fundorte in der Schweiz sind eher rar und beschränken sich auf verschiedene Vorkommen in der Molasse der Zentral- und Westschweiz, sowie auf einige Steinbrüche in den helvetischen Decken der Region Obermatt-Stansstad. Eine Ausnahme bildet das Auftreten in Klüften des penninischen Geisspfad-Serpentinites im Binntal.

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Feb13

Als Mineral des Monats Februar wurde Graphit von der Vereinigung NEROS (Netzwerk Mineralische Rohstoffe Schweiz) gewählt.

Graphit: Old Beneis Farm, Marlborough, Cheshire County, New Hampshire, USA © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Graphit: Old Beneis Farm, Marlborough, Cheshire County, New Hampshire, USA © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Weil in der kalten Jahreszeit gewisse Rohstoffe direkt oder indirekt mit Energie zusammenhängen, sind sie einer besonderen Erwähnung wert. Graphit ist ein solcher Rohstoff, er ist z.B. ein wichtiger Bestandteil von Li-Ionen Batterien.

Graphit ist die stabile Modifikation von Kohlenstoff bei Normalbedingungen. Er kristallisiert in Schichten, wobei jedes C-Atom mit drei anderen kovalent verknüpft ist. Das vierte Elektron befindet sich in p-Orbitalen senkrecht zu den Schichten. Die Elektronen, die innerhalb der Schichten frei beweglich sind, bedingen den metallischen Glanz, die schwarze Farbe und die Leitfähigkeit.

Kristallgitterstruktur der 3 Kohlenstoff-Modifikationen

Kristallgitterstruktur der 3 Kohlenstoff-Modifikationen: Fulleren, Diamant, Graphit © CC0

Aufgrund der freien Elektronen ist Graphit parallel der Schichten gut leitfähig, senkrecht dazu kaum, da sich hier keine Elektronen befinden. Die einzelnen Schichten werden durch van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten. Da diese Kräfte relativ schwach sind, können die Schichten gut gegeneinander verschoben werden.

So sind die Eigenschaften von Graphit vielfältig: Er ist schmierfähig, elektrisch leitfähig, chemisch inert und von schwarzer Färbung. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Graphit als Pulver oder Granulat in vielen Bereichen eingesetzt: Schmelztiegelherstellung, Schmier- und Trennmittel, Bremsbeläge, Lacke und Farben, Katalysatoren, Batterien, Folien und Dichtungen und vieles mehr.

In der Autoindustrie z.B. wird Graphit immer wichtiger. Etwa 1,6 kg Graphit pro Kilowattstunde werden in einer Batterie benötigt. Auf ein Hybridfahrzeug gerechnet sind es dann 10 kg, auf ein voll elektrisch betriebenes Auto 50 kg  und bei leistungsstarken Fahrzeugen der Oberklasse (z.B. Tesla) sind es etwa 100 kg Graphit. Für die neue Gigafactory von Tesla in Nevada USA z.B., wo nicht nur Autobatterien sondern auch Komponenten für die Stromspeicherung produziert werden, sind 35 GWh pro Jahr geplant. Eine GWh entspricht der Erzeugung oder dem Verbrauch einer Milliarde Watt pro Stunde. Dies ist fast so viel wie die aktuelle Batterieproduktion der ganzen Welt zusammen oder anders gesagt rechnet man mit sechs neuen Flockengraphit-Minen um den Bedarf zu decken.

Graphit ist nicht gleich Graphit!

Man unterscheidet drei natürlich vorkommende Graphitarten:

Flocken-Graphit

  • Weniger häufig vorkommende Graphitform
  • Kohlenstoffanreicherung zwischen 85-98 %
  • 4x teurer als amorpher Graphit
  • Findet in vielen traditionellen und neuen Technologien (z.B. Li-Ionen-Batterien) Anwendung
  • Kleine, kristalline Flocken aus Graphit treten als isolierte, flache, plattenartige Teilchen mit hexagonalen Rändern auf
Flockengranit © acarbons.com

Flockengranit © acarbons.com

Amorpher Graphit

  • Am häufigsten vorkommende Form von Graphit
  • Vergleichsweise niedriger Kohlenstoffgehalt von 70-80 %
  • Geringste Reinheit
  • Nicht geeignet für die meisten Anwendungen

Hochkristalliner Graphit (Adern und Klumpen)

  • Wird nur in Sri Lanka abgebaut
  • Kohlenstoffgehalt zwischen 90-99 %
  • Knappheit und hohe Kosten schränken den Einsatz ein

Synthetischer Graphit oder Fulleren

Ein Fulleren ist ein durch Hochtemperatur gewandelter amorpher Graphit. Die Struktur sind hohle, geschlossene Moleküle mit häufig hoher Symmetrie. Dies macht ihn bis 10 Mal teurer als natürlicher Graphit und weniger attraktiv für die meisten technischen Anwendungen. Der Name “Graphitfaser” wird manchmal verwendet, um sich auf Kohlenstofffasern oder kohlenstofffaserverstärktes Polymer zu beziehen. Fullerene kommen in der Natur nur in unbedeutenden Konzentrationen vor und wurden mit Hilfe der Massenspektrometrie in einem durch Blitzeinschlag entstandenen glasartigen Fulgurit, in Kratern von Meteoriteneinschlägen und im Kerzenruss nachgewiesen.

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Nov21

Mineralien und Edelsteine erfreuen sich grosser Beliebtheit, deshalb sollt man sich diese Highlights nicht entgehen lassen.

Am 25. – 26. November findet die 57. internationale  Mineralienmesse Zürich statt. Seit die Messehalle 9 in Zürich-Oerlikon 2016 für eine Anlaufstelle der Zürcher Asyl­organisation eingerichtet worden ist, ist die Messe fortan in der Umweltarena in Spreitenbach untergebracht.

Mineralienmesse Zürich

Mineralienmesse Zürich

Über 10’000 Mineralien von 120 Ausstellern werden präsentiert. Daneben gibt es Stände für Geoden knacken, Speckstein schleifen oder Mineralien bestimmen und eine grosse Sonderschau: “Farbenpracht ans Licht gebracht”!

Eine weitere, für die Laien weniger auffällige Messe, findet am 2. – 3.12. in Basel statt. Es sind die Int. Basler Mineralientage. Veranstalter ist die SVSMF, Schweizerische Vereinigung der Strahler, Mineralien- und Fossiliensammler.

Auch hier gibt es Sonderschauen, eine davon widmet sich dem Fluorit.

Fluorit: Fundort Taourirt, Marokko © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Fluorit: Fundort Taourirt, Marokko © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Sein Name bzw. sein Synonym Flussspat deutet auf die Eigenschaft als Flussmittel bei der Erzverhüttung hin, bei dem es den Schmelzprozess beschleunigt. Chemisch ist der Fluorit ein Calciumfluorid, welches im Spurenbereich Eisen, Seltenen Erden und Uran enthalten kann. Das Mineral gehört in die Gruppe der Halogenide und findet sich in magmatischen – und metamorphen Gesteinen wie auch in Sedimentgesteinen. Häufigste Kristallformen sind der Würfel, das Oktaedern und das Rhombendodekaeder mit seinen Kombinationen.

Eine weitere Eigenart des Fluorits besteht darin seine Farbe zu verlieren, wenn er auf über 200 – 300 °C erhitzt wird. Setzt man ihn danach Röntgenstrahlen aus, so wird ein Teil der ursprünglichen Farbe zurückgewonnen.

Allen Fluoriten der verschiedenen Fundorte gemeinsam ist eine beispiellose Farbenpracht – und dies lässt sich in der Sonderschau besonders schön erleben!

Quarz Kristall aus einer Grimsel Kluft © E.Zingg

Quarz Kristall aus einer Grimsel Kluft © E.Zingg

Eine weitere Attraktion ist der Alpine Corner. Hier präsentieren verschiedene Strahler ihre besten aktuellen Fundstücke. Die wunderschönen Kristalle und besonderen Mineralien stammen vorwiegend aus den Schweizer Alpen, sind unverkäuflich und darum selten an Mineralienbörsen oder öffentlich zu sehen.

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Aug01

Die Natur schafft es immer wieder Fragmente des Erdmantels durch vulkanische Aktivität an die Oberfläche zu bringen. So findet man in manchen Vulkanen Gesteinsbruchstücke aus der Tiefe, meistens aus dem Mantel, aus der das Magma stammt. Der Mantel ist nicht flüssig sondern fest und plastisch (verformbar). Der Unterschied zur Kruste besteht in der chemischen Zusammensetzung. In der Kruste sind die grossen Kationen Kalium, Natrium, Aluminium und Silizium häufig, im Mantel Magnesium. Warum das so ist, liegt daran, dass in bestimmten Tiefen unter grossem Druck nur Minerale vorkommen, die in ihre Struktur Elemente (im Mantel Mg 2+ und Fe 2+ ) einbinden können, die zu möglichst dichter Kugelpackung führen.

Durchschnittliche Zusammensetzungen Mantel, kontinentale Kruste und Basalt, alles Eisen als FeO © riannek.de

Durchschnittliche Zusammensetzungen Mantel, kontinentale Kruste und Basalt, alles Eisen als FeO © riannek.de

Deshalb besteht das Mantelgestein hauptsächlich aus Peridotit mit einer Zusammensetzung aus drei recht ähnlichen Mineralen:

  • Olivin MgSiO4
  • Klinopyroxen (Diopsid) CaMg Si2O6
  • Orthopyroxen (Enstatit) Mg2 Si2O6
Peridotit-Xenolith aus San Carlos (SW USA). Das Gestein ist typisch reich an Olivin, durchkreuzt von einer zentimeterdicken Schicht aus grün-schwarzem Pyroxenit © gemeinfrei

Peridotit-Xenolith aus San Carlos (SW USA). Das Gestein ist typisch reich an Olivin, durchkreuzt von einer zentimeterdicken Schicht aus grün-schwarzem Pyroxenit © gemeinfrei

Mg2+ wird dabei häufig durch Fe2+ ersetzt wird. Das System besteht also nur aus MgO, FeO, CaO und SiO2. Für den geringen Anteil an Aluminium kommt eine aluminiumhaltige Phase, die bei niedrigem Druck Plagioklas, bei mittlerem Druck Spinell oder bei hohem Druck Granat ist.

Wo kommen Vulkane vor?

Kontinente, d. h. kontinentale Kruste bewegt sich über die Erdoberfläche und so auch die ozeanische. Diese Platten bestehen aus Kruste und Lithosphäre, dem obersten, starren Teil des Mantels. Sie schwimmen sozusagen auf der Asthenosphäre, dem verformbaren Teil des Mantels.

Die meisten Vulkane treten an den Nahtstellen von Platten auf: An den Mittelozeanischen Rücken und an den “Hot Spots” steigt Mantelmagma auf. Hier ist die Lava dünnflüssig und tritt eher sanft aus. Über den Subduktionszonen als Folge chemischer Umwandlungen und Fraktionierung der Schmelze sind es sehr häufig explosive Ausbrüche. Da der Schmelzpunkt des Mantelgesteins durch freiwerdendes Wasser einerseits erniedrigt wird und anderseits das Wasser sich als Phase von der Schmelze abtrennt, kommt es über Subduktionszonen häufig zu explosivem Vulkanismus. → Die sieben Schwestern

Weltweite Verteilung Von Erdbebenepizentren blaue Punkte und Vulkanen rote Punkte, © Photo credit: Bund.de

Weltweite Verteilung Von Erdbebenepizentren blaue Punkte und Vulkanen rote Punkte, © Photo credit: Bund.de

Exotische Schmelzen

Es gibt auch Bedingungen, unter denen ein Schmelzen des Mantels zu anderen Zusammensetzungen als Basalten oder ein fraktioniertes Gestein davon, führt. Entweder sind die Schmelztemperaturen in grosser Tiefe niedrig, der Gehalt an CO2 sehr hoch oder der Mantel hat sich zuvor angereichert, um so das Entstehen von alkalinen Schmelzen wie Basanit oder Nephelinit möglich zu machen.

Bei grossem Karbonatgehalten im Mantel können Karbonatite entstehen, ein magmatisches Gestein aus Karbonatmineralen, das nur am Ol Doinyo Lengai in Tansania rezent gefördert wird. Beispiele aus der Erdgeschichte gibt es viele, z. B. der Kaiserstuhl.

Zur Feier des Nationalfeiertages sind die Vulkane besonders beliebt. In der Tat lassen sich Vesuv-, Stromboli-, Etna-Vulkane oder sogar ein Feuerwerksvulkan “Säntis” zünden. Viel Spass!

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Jul18

Einige Kilometer nördlich von Sizilien im Tyrrhenischen Meer liegen die Liparischen Inseln. Bei den Alten Griechen und auch heute heissen sie Äolische Inseln, benannt nach Aiolos, dem Gott des Windes. Man sollte sich des ersteren Namens bedienen, denn die Liparoti, wie die Einwohner der Hauptinsel Lipari heissen, legen Wert darauf. Zur Inselgruppe mit einer Gesamtfläche von 115,4 km² zählen sieben bewohnte Inseln, die von den Einheimischen die “Sieben Schwestern” genannt werden.

Liparische Inseln © lizenzfrei Aeolian_Islands_map ©CC by-Sa 3.0

v.l.n.r.: Liparische Inseln © lizenzfrei / Tyrrhenisches Meer mit den Liparischen Inseln, Quelle: CC by-Sa 3.0

Sie alle sind vulkanischen Ursprungs und wurden 2000 von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt, weil sie Typlokalitäten der Vulkanologie sind. Auf sie gehen denn auch die zwei Arten von Eruptionen, der Vulcano- und Stromboli-Typ, zurück.

Alle Inseln sind vulkanische Produkte als Folge von plattentektonischen Bewegungen, wobei sich die afrikanischen Platte unter die europäische Platte schiebt.

Die Afrikanisch Platte schiebt sich unter die Eurasische. Der Plattenrand ist rot ausgezeichnet © ESAufbauschema eines Strato- oder Schichtvulkans

Die Afrikanisch Platte schiebt sich unter die Eurasische. Der Plattenrand ist rot ausgezeichnet © ESA / Aufbauschema eines Strato- oder Schichtvulkans ©Aufbauschema eines Strato- oder Schichtvulkans mit Caldera ©CC Attribution-ShareAlike License

Zwei Vulkane sind heute noch aktiv: Vulcano und Stromboli, beides typische Schicht- oder Stratovulkane.

Die heutige Aktivität von Vulcano beruht vor allem auf den unzähligen Fumarolen im Kraterbereich, wobei der Anteil der Solfataren (hoher Schwefelgehalt) besonders gross ist. Am Fusse des Vulkans gibt es noch eine andere Überraschung, die Schlammtümpel, die ein Eldorado für Gelenkskranke sind. Mehrere heisse Quellen speisen die “Fangi” und nebenan auf dem Meeresboden warten die heissen Sprudel.

Von Stromboli lässt sich sagen, dass er weltweit der einzige Vulkan ist, welcher in kurzen, relativ regelmässigen Abständen ausbricht. Die Eruptionen finden in mehreren Kratern statt, welche sich alle in einer Caldera befinden und da der Rand durch einen Einschnitt unterbrochen ist, rutscht das ausgeworfene Material bei grösseren Ausbrüchen die “Sciara del fuoco”, auf der Feuerrutschbahn also hinunter ins Meer.

Dank der Abgeschiedenheit der Insel und der Tatsache, dass für das feurige Spektakel 900 Höhenmeter zu Fuss zurückgelegt werden müssen, ist Stromboli vom Massentourismus immer noch weitgehend verschont.

Der Vulkan Stromboli
Die Äolischen Inseln

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Apr18

In vielen Religionen symbolisiert das Ei neues Leben oder Wiedergeburt. Im alten Ägypten, in Phönizien und in Persien galt das Ei als Ursprung der Welt; alles Leben schlüpfte aus dem mystischen Ei, das vom Himmel fiel. Im alten Rom und in Griechenland wurden während der Frühlingsfeste Eier bemalt oder gefärbt und als Geschenke an Freunde übergeben. Griechische und ägyptische Tempel wurden während der Frühlingsfesttage mit Eiern geschmückt und die Tag- und Nachtgleiche im Frühling markierte den Beginn des neuen Jahres.

Ostereier, © Gytha69 / CC BY 2.0 Lebacher Ei, © LoKiLeCh / CC BY-SA 3.0

v.l.n.r.: Ostereier; “Lebacher Ei”

In der Geologie ist das “Lebacher Ei” weltberühmt geworden. Es sind Geoden aus Toneisen, die bis zu 40 auf 15 cm gross sein können und sich in den Schichtfolgen des Perms finden. Sie enthalten Versteinerungen von Tieren und Pflanzenm, die vor zirka 290 Millionen Jahren am Ende des Erdaltertums in einem grossen Süsswassersee lebten, der auf Grund der einstigen Ausdehnung als Rümmelbach-Humberg-See bezeichnet wird. Der 2010 angelegte Rümmelbach-Humberg Wanderweg geht über eine Strecke von 3,5 Kilometern durch diese Ablagerungen.

Der Ursprung dieser Toneisensteine bildet immer eine organische Substanz wie Kot, Krebse, Fische, Amphibien und Pflanzen oder die Zweige der ersten Koniferen. Diese fielen damals in den weichen Schlamm des Meeresbodens, der mit den Mineralien des durch Regen angespülten Magmas der permischen Vulkane angereichert war und bildeten dort die Toneisensteine. So wuchs z. B. um einen Koprolithen (Kotballen) ein Eisenkern aus Siderit, der zum Rand hin mit Ton ersetzt wurde; daher der Name Toneisenstein.

Die “Lebacher Eier” erfreuen sich unter Paläonthologen und Sammlern grosser Beliebtheit, weil darin häufig Fische, kleine Saurier oder grössere Pflanzenteile konserviert sind.

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Mrz07

Es ist zwar seit langem bekannt, dass grüne Pflanzen für die Photosynthese Kohlendioxid (CO2) benötigen, doch erst seit den neunziger Jahren beschäftigt sich die Wissenschaft mit der Umwandlung von atmosphärischem in mineralischen Kohlenstoff, der dann im Boden über geologisch lange Zeiträume gebunden bleibt. So wurde erstmals um die Jahrtausendwende von einem interdisziplinären Team aus Geologen und Mikrobiologen der UniNE und UniL ein Baum entdeckt, der die Photosynthese mit Hilfe von Pilzen und Mikroorganismen zur Bildung von Kalkstein nutzt.

Iroko oder Milicia excelsa

Iroko oder Milicia excelsa; Bild: CC3

Der Iroko eine Milicia oder Maulbeerbaum-Art kommt im tropischen, immergrünen und halbimmergrünen Regenwald, sowie im Savannenwald südlich der Sahel von Senegal und Sierra Leone bis Mozambique im südlichen Ostafrika vor und beherrscht genau dieses Phänomen.

Der Treibhauseffekt ist aus heutiger Sicht hauptsächlich auf Kohlendioxid (CO2) zurückzuführen, welches durch menschliche und vulkanische Tätigkeiten der Atmospäre zugeführt wird.

Die Bildung von Kalkstein aus Biomasse

Durch Photosynthese produziert der Baum Biomasse, die er selbst oder über Pilze zum Teil in Oxalat-Ionen umwandelt. Dabei sammeln sich Kalzium-Ionen an, wodurch Kalziumoxalat, ein unlösliches Salz, entsteht. Nun kommen Bodenbakterien ins Spiel, die das Oxalat zuerst zu CO2 abbauen und dieses dann durch die so genannte Biomineralisation in Kalk (Kalziumkarbonat) umwandeln.

Wie der Iroko Kohlendioxid in Form Kalk fixiert

Fixierung von Kohlendioxid in Kalk; Graphik: Horizonte, Schweizerischer Nationalfonds

Auf diese Weise sammelt ein 80-jähriger Iroko pro Jahr 5,7 Kilogramm reinen Kohlenstoff in Form von Kalk an. Ein solcher Transfer in den Boden stellt ein nicht geringer Faktor zur Senkung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre dar. Indem man Bäume anpflanzt, die über diese Eigenschaft verfügen, könnte man also einen Beitrag zur Bekämpfung des Treibhauseffekts leisten, sind die Forscher überzeugt. Leider ist der Iroko oder Semli (Sierra Leone, Liberia), Odoum (Ghana, Elfenbeinküste), Oroko (Nigeria), Abang, Mandji (Kamerun, Gabun), Mereira (Angola), Kambala (Zaire), Mvule (Ostafrika) und African Teak (englisch) schon extrem dezimiert. Das wertvolle Tropenholz wird seit über 100 Jahren raubbaumässig abgeholzt und das Anlegen von Baumplantagen wird bis heute noch nicht mit Erfolg betrieben, so dass die Biomineralisation quantitativ keine signifikante Rolle spielt.

Unterdessen ist allerdings die Liste der Pflanzen, die die Biomineralisation beherrschen, immer grösser geworden. Man muss nur die Klagen der Sägewerkarbeiter hören, die bei der Arbeit mit Afzelia (Afzelia africana) an den im Stamm eingelagerten Kalzitkristallen schnell ihre Sägeblätter verlieren! Auch der Kapokbaum (Bombax costatum), aus der gleichen Familie wie der Baobab, ist ein Meister der Biomineralisation und selbst in der Wüste fand man eine Kakteenart (Carnegiea gigantea), die Biomineralisation betreibt. Deshalb werden nun die Wurzelzonen weiterer Pflanzen akribisch untersucht.

 

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Die Lösung

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