Jan17

Das Ausmass des Abschmelzens eines Gletschers kann nicht direkt mit steigenden Temperaturen in Beziehung gesetzt werden. Es kann sich bei höheren Temperaturen bis zu einem bestimmten Grad sogar besser Gletschereis bilden als in extrem kalten Gegenden, wie wir aus dem letzten Beitrag wissen.

Gletscher wachsen und schmelzen

Für die Entwicklung eines Gletschers, d. h. ob er wächst, schmilzt oder gleich bleibt, sind nebst Hangneigung und Bodenbeschaffenheit vor allem die Niederschlagsmengen wichtig. Damit ein Gletscher entsteht und wächst, muss mehr Schnee fallen als abschmilzt, verdunstet oder vom Wind abgetragen wird. Man spricht deswegen vom Massenhaushalt eines Gletschers.

Für die positive Massenbilanz, bei welcher der Gletscher mindestens seine Grösse hält, ist vor allem die Witterung in der Abschmelzperiode wichtig. In der Regel führen kühle und niederschlagsreiche Sommer zu einem Massenzuwachs.

Ein Gletscher verliert an Masse

Gletscher schmelzen nicht nur durch äussere Einwirkung bei Sonnen- bzw. Wärmeeinstrahlung, sondern auch durch innere Kräfte, nämlich durch die Last und den Druck der Eismassen, die den Schmelzpunkt des Eises am Gletscherfuss verringern. So fliesst denn Schmelzwasser nicht nur an der Oberfläche ab, sondern auch subglazial unter dem Gletscher hindurch bis zur Gletscherzunge.

Gletscher beim Kalben © http://www.gletscher-info.de

Ein Gletscher beim Kalben

Auch beim sogenannten Kalben eines Gletschers, der ins Meer mündet und bei dem Brocken abbrechen, die als Eisberge im Meer treiben, verringert sich die Masse. Besonders gefährdet sind Gletscher auf Hochplateaus, wo der Wind so viel Schnee wegfegt und sich nur schlecht Schnee ansammeln kann aus dem Gletschereis entstehen würde.
Wenn durch diese Verluste die Massenbilanz dauerhaft negativ ist, kann von einer Gletscherschmelze, bzw. Abschmelzen eines Gletschers gesprochen werden.

Gletscherschmelze durch Russ und Staub

Gletscher reflektieren normalerweise fast 90 % des Sonnenlichts. Verschmutzte Gletscher hingegen absorbieren die Sonnenstrahlung, d. h. sie nehmen Sonnenenergie auf, die in Wärme umgewandelt wird. Die Verschmutzung des Gletschereises entsteht durch Russ und Staub, also mit all dem, was Industrie oder Privathaushalte verfeuern und so fördert verunreinigtes Eis die Gletscherschmelze deutlich.

Reflektion bei verschmutztem Eis

Im Himalaya beispielsweise scheinen einige Gletscher zu wachsen, andere schmelzen dramatisch ab. So soll die Russ-Konzentration im Eis des Mount Everest im Jahr 2000 dreimal so hoch sein wie vor 1975. Die wachsenden Gletscher des Karakorums hingegen werden vom Schutt vor Sonneneinstrahlung geschützt.

Ob ein Gletscher schmilzt oder wächst, hängt also von einem sehr komplexen Zusammenspiel verschiedenster Faktoren ab: (Sommer-)Witterung, Hangneigung, Umgebungs- und Bodenbeschaffenheit, Russ, Schutt, Sonneneinstrahlung, Windstärke und Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, schneeiger und nicht-schneeiger Niederschlag, Höhenlage der Schneegrenze. Alle diese Faktoren wirken auf die Massenbilanz eines Gletschers.

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Jan10

Gletscher haben mit ihrer Kraft die Landschaften unseres Planeten mitgestaltet. Sie sind für viele Täler, Seen und Hügel verantwortlich und sind gigantische Süsswasserspeicher.

Santa Cruz-Perito Moreno Gletscher; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Der Perito Moreno Gletscher in Argentinien; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Wie Gletscher entstehen

Gletscher entstehen dann, wenn mehr Schnee fällt als verdunstet oder abtaut. Es sind keine besonders kalten Winter erforderlich, denn bei mildem Frost kann die Luft mehr Wasserdampf enthalten und daher stärkere Schneefälle als bei tieferen Temperaturen hervorbringen. Die Quantität des Schneeüberschusses ist weniger wichtig als die Qualität, sie entscheidet lediglich wie schnell sich der Gletscher entwickelt. Fallen auf den bereits vorhandenen Schnee weitere Niederschläge, werden die unteren Schneeschichten durch Metamorphose immer weiter zusammengedrückt.

Gletscher Entstehung

Entstehung von Eis

Die Metamorphose des Schnees zu Gletschereis vollzieht sich in mehreren Stadien. Beim frisch gefallenen Schnee schmelzen als erstes die Spitzen der sternförmigen Kristalle, wodurch der Schnee körnig wird. Hierbei wird die Schneemasse dichter und gleichzeitig fester. Der Druck des sich auflagernden Neuschnees trägt zur Verwandlung bei. Wenn dieser Vorgang mehrere Jahre angehalten hat, verfestigt sich dieser körnige Schnee zu Firn. Durch den Druck der darüber liegenden jüngeren Schneemassen kristallisieren sich die Firnkörner zu einem festen Gefüge von Gletschereis.  Ab einer bestimmten Mächtigkeit beginnt der Gletscher durch seine Schwerkraft zu fliessen.

Unterschiedliche Phasen der Vergletscherung

Immer wieder gab es Phasen im Laufe der Erdgeschichte, in denen das globale Klima für eine gewisse Dauer verhältnismässig kalt oder warm war. Die Eiszeiten sind im Vergleich zu den Warmzeiten kurz. Es gab, je nach Definition, etwa vier bis sieben Eiszeitalter, die das Bild der Erde prägten.

Eiszeitalter sind Zeitabschnitte der Erdgeschichte, in denen mindestens ein Pol der Erde vergletschert ist, oder wenn in der nördlichen und südlichen Hemisphäre ausgedehnte Vergletscherungen vorherrschen.

Nach der ersten Definition befindet sich die Erde seit etwa 30 Millionen Jahren im aktuellen Känozoischen Eiszeitalter, da seit dieser Zeit die Antarktis vergletschert ist. Nach der zweiten, engeren Definition begann die derzeitige, bis heute andauernde Eiszeit erst vor etwa 2’7 Millionen Jahren, als auch die Arktis vergletscherte. Sie entspräche damit annähernd dem geologischen Zeitabschnitt Quartär.

Eine gewaltige Eiszeit beherrschte die Erde vor rund 2’3 Milliarden Jahren im Paläoproterozoikum. Später, vor circa 250 Millionen Jahren im Paläozoikum, kam es wieder zu einer starken weltweiten Vergletscherung und die letzte Eiszeit des Känozoikums hält immer noch an.

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Eine Eiszeit wird zwar als Kaltzeit bezeichnet, unterliegt aber dennoch klimatischen Schwankungen: Man unterscheidet kalte Perioden, die sogenannten Glaziale und warme Perioden, die Interglaziale. Die genauen Ursachen von Eiszeiten ist noch nicht geklärt. Sicher erscheint jedoch, dass dabei die Position und Entfernung der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne eine grosse Rolle spielen und die Sonnenaktivität. Als irdische Ursachen werden das Öffnen oder Schliessen von Meeresstrassen, die Bildung von Hochgebirgen und Vulkantätigkeiten angenommen.

Astronaut photo of ash cloud from Mount Cleveland, Alaska, USA; © gemeinfrei

Astronautenfoto einer Aschewolke am Mount Cleveland, Alaska, USA; © NASA, gemeinfrei

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Dez27

Tabgha ist eine Ortschaft am Nordufer des Sees Genezareth im biblischen Galiläa, im nördlichen Teil Israels. Es ist der Austrittspunkt mehrerer Quellen, die in den See münden und eine christliche Pilgerstätte, die mit der überlieferten Brotvermehrung Jesus in Verbindung gebracht wird.

Blick vom Arbel Kliff auf den See Genezareth ©  Creative Commons 2.0

Blick auf den nördlichen Teil des Sees Genezareth © Creative Commons 2.0

Die Gegend um den See spielt im Neuen Testament eine bedeutende Rolle. Viele Begebenheiten in den Evangelien ereigneten sich hier. Drei unterschiedliche Länder stiessen damals an den See: Das Gebiet von Herodes Antipas im Westen, das von Philippus im Nordosten, wo Betsaida lag und die Dekapolis im Südosten mit zehn unabhängigen Städten.

Das ursprüngliche Gebiet Kafer Nahum (Kapernaum) erstreckte sich von Tabgha bis zum Jordan. Das einstige Fischerdorf am See Genezareth, war eine wichtige Wohn- und Wirkungsstätte Jesus. So fand die berühmte erste Brotvermehrung (Joh. 6, 2-14; Luk. 9, 11-17; Mark. 6, 33-46; Matth. 14, 13-23) hier statt.

Der See Genezareth liegt im nördlichen Abschnitt des Jordan-Grabens, der zum Grossen Afrikanischen Grabenbruch gehört. Er ist mit 212 Metern unter dem Meeresspiegel der tiefst gelegene Süsswassersee der Erde und misst an seiner tiefsten Stelle 46 Meter.

Das Grosse Ostafrikanische Grabensystem Der Jordangraben als Ausläufer des Afrikanischen Grossen Grabens, Satellitenbild

Rund um den See treten heisse Quellen aus dem Boden. Dabei werden zwei Gruppen unterschieden: solche mit einem hohen Kalzium-Gehalt, wozu die Quellen in Tabgha, Fuliya und Tiberias gehören und solche mit einem hohen Magnesium-Anteil, mit Quellen an der Süd-Ostseite des Sees, in Gofra, Ha’On und Hamat Gader. Schon in der Antike war die Gegend um den See Genezareth wegen dieser Quellen ein beliebtes Erholungsziel.

Die sieben Quellen von Tabgha selbst sind in ihrem Salzgehalt und in ihrer Temperatur sehr verschieden. Sie gehen auf tief ins Erdinnere reichende geologische Verwerfungen zurück. Die Grundwasser stammen überwiegend aus dem Oberen Aquifer und unterscheiden sich bezüglich der Chloridität (0,2 bis 2,4 g/l) und Temperatur (19 bis 39 °C). Grund dafür ist die Abhängigkeit der aufsteigenden Sole aus tieferen Krustenbereichen vom Mischungsgrad mit süssem Grundwasser.

 Die sieben Quellen von TabghaGeologie See Genezareth

Morphologie und Geologie des Drainagegebietes des Sees Genezareth, sowie der Lokation der Quellgruppen. Für Tabgha (pink), Fuliya (weiss), Tiberias (rot) und Gofra (blau) sind die jeweiligen Einzugsgebiete dargestellt. Die Verwerfungen (schwarz), die Bathymetrie des Sees (blau graduiert) und die Vorfluter (blau) eingezeichnet. 

Sowohl die Hydrochemie als auch die räumliche Verteilung der Solen variieren, so dass unterschiedliche Bildungszeiträume, Milieus und Entstehungsgeschichten angenommen werden müssen. Die Vorkommen der Solen und Evaporitkörper in post-triassischen Formationen zeigen, dass die folgende Betrachtung der erdgeschichtlichen Entwicklung in der südlichen Levante seit dem Mesozoikum entscheidend ist. Seit dem Quartär existierte im Jordan-Graben eine mehr oder weniger zusammenhängende Seenlandschaft. Die beiden Relikte des letzten, des Lisan-Sees sind der Süsswassersee Genezareth und das hypersaline Tote Meer. Die heutigen Bedingungen im Jordan-Graben sind vom Ausspülen der Solen durch modernes Niederschlagswasser und dem erstmaligen aktiven Eingreifen des Menschen in den Wasserhaushalt geprägt.

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Dez20

Schnee fasziniert die Menschen seit Urzeiten. Bereits im 2. Jahrhundert v. Chr. stellten chinesische Gelehrte fest, dass Schneekristalle immer symmetrisch und sechseckig sind. Schneekristalle gelten als mathematisch-geometrische Meisterleitung der Natur, denn keine ihrer abermilliarden Variationen ist identisch. Selbst mit Computern war es bisher nicht möglich ihre Entstehung zu simulieren.

Beispiele von Schneekristall fotografiert von W. Bentley © W. Bentley, Public Domain

Beispiele von Schneekristallen fotografiert vom Farmer W. Bentley (1865 – 1931), der das Buch «Snow Chrystals» publizierte © W. Bentley, Public Domain

Schnee ist nicht einfach gefrorenes Wasser

Wenn die Temperatur in einer Wolke unter den Gefrierpunkt sinkt, beginnt Luftfeuchtigkeit sich an winzige Staub- oder Russpartikel anzulagern und auszukristallisieren. Es sind drei Faktoren notwendig: die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Kondensationskerne. Die Schneekristalle wachsen dabei immer in sechseckiger Form. Das liegt an den Wassermolekülen, die nur im Winkel von 60° bzw. 120° aneinander andocken.

Obwohl es ganz klare Regeln für die Kristallbildung gibt, ist jeder Kristall ein Unikat, denn jeder Kristall hat seine eigene Geschichte. Das beginnt mit der Anlagerung von Luftfeuchtigkeit am jeweiligen Kondensationskern und je nach Temperatur nehmen die Kristalle danach unterschiedliche Formen an:

  • von 0 bis -3°C dünne Plättchen, teilw. Sterne oder Dendrite
  • -5 bis -8°C Prismen
  • -12 bis -16°C Schneesterne
  • unter -25°C hohle Prismen
Kristallbildung, Quelle: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/

Schnee-Kristallbildung in Abhängigkeit der Temperatur

Wenn ein Schneekristall der Schwerkraft folgend nach unten schwebt, durchquert er Luftschichten mit einem anderen Temperaturregime, dabei lagern sich weitere Kristalle ab, die Prismen-, Nadel- oder Sternform haben können und so verändert der Kristall seine Form immer weiter.

Da die Bedingungen an der Eis-Luftgrenze, wo die verschiedenen Kristallarten entstehen, sehr komplex sind, war es bisher auch mit Hilfe von Computermodellen nicht möglich, diese umfassend zu simulieren. Als besonders schwierig galt vor allem die Simulation des gleichzeitigen Wachstums verschiedener Kristallformen während der Bildung der Arme der Dendritsterne.

Das Team um John Barrett vom Imperial College in London hat dieses Problem nun offenbar gelöst. Den Forschern ist es gelungen mit neu entwickelten Computermodellen, eine Vielzahl natürlicher Schneekristallformen zu simulieren, darunter plättchenförmige Eiskristalle, Prismen, hohle und geschlossene Säulen, Stäbchen und sogar Dendriten. Das Computermodell ermöglicht auch einen Einblick in die Art und Weise, wie die Kristalle entstehen.

Für die bevorstehenden Weihnachten wünscht erdwissen frohe und besinnliche Festtage!

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Sep13

An den Mündungen vieler Flüsse ins Meer finden sich Lagunen, die nur durch Sandbarren vom Meer getrennt sind. Berühmte Beispiele sind die Lagunenlandschaft von Venedig, das Nildelta, der Mississippi, das Stettiner Haff, die Weihnachtsinseln und viele andere. Lagunen entstehen an Flachküsten durch eine lang gestreckte Landzunge (Nehrung) oder eine Reihe Inseln. Das Wasser kann salzig oder süss sein und wechselt oft im Laufe der Zeit. Sie können über Monate, Jahre oder Jahrhunderte ausschliesslich mit dem Fluss in Verbindung stehen oder, wenn ein Einbruch im Sanddamm erfolgt, bleiben sie lange Zeit hindurch mit Meereswasser gefüllt.

Karte des Nildeltas um 1930 Lagoon-of-venice-landsat Kiritimati Lagunen süss und salzig

v.l.n.r.: Karte des Nildeltas um 1930; Lagunenlandschaft von Venedig; Kiritimati vormals Christmas Island mit süssen und salzigen Lagunen

Jeder Wellenschlag erfasst Sandkörnchen und verfrachtet sie.

Voraussetzung ist, dass die Wellen, der Windrichtung folgend, schräg auf den Strand auflaufen und danach senkrecht abfliessen. Die Sandkörner werden so mit jeder Welle ein Stück der Küste entlang weitertransportiert.

Nehrung © wissenmedia Lagune von Venedig, die durch eine Nehrung vom Meer abgeschlossen ist, Satellitenaufnahme

v.l.n.r.: Die Entstehung einer Nehrung; Satellitenaufnahme der Lagune von Venedig, die durch eine Nehrung vom Meer abgeschlossen ist.

Die Sandverdriftung gleicht Unregelmässigkeiten der Küstenlinie aus. Küstenparallele Strömungen setzen den Sand an Buchten oder Küstenvorsprüngen in Form von Haken ab. Staffelförmig aneinandergereihte Haken erreichen oft das gegenüberliegende Ufer einer Bucht und so wird aus dem Haken eine Nehrung und aus der offenen Bucht eine Lagune oder Haff. Eine Nehrung ist also eine schmale Landzunge, die durch Strandversetzung aufgebaut wird.

Verschliesst die Nehrung das Haff vollständig, so ist die Küstenlinie ausgeglichen. Aus dem Haff wird ein Strandsee mit starker Verlandungstendenz. Die Küstenform bezeichnet man alsdann als Ausgleichsküste.

Mündet ein Fluss in einen See, wie zum Beispiel die Maggia in den Lago Maggiore bei Locarno, so kann sich auch hier ein Mündungsdelta ausbilden.

Falschfarben-Satellitenaufnahme des Lena-Deltas  Das Maggiadelta

Links: Falschfarben Satellitenaufnahme eines Mündungsdeltas; rechts: Maggiadelta

Eine Herbstwanderung an diesen schönen Ort ist allemal empfehlenswert.

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Sep06

Der grösste See der Welt ist so gross und salzig, dass er als Meer bezeichnet wird. Er bedeckt zur Zeit eine Fläche von 386’400 qkm und ist Teil der Grenze Europa – Asien und zerteilt Eurasien so in zwei Kontinente (zum Grenzverlauf der ineinander übergehenden Erdteile siehe innereurasische Grenze).

Kaspisches Meer Kaspisches Meer: Anrainerstaaten

 v.l.n.r.: Das Kaspische Meer: Satellitenaufnahme NASA’s visible Earth; Anrainerstaaten; © Creative Commons

Das Kaspische Meer liegt in einer etwa 30 m unter dem Meeresspiegel liegenden, natürlichen Senke, die an der tiefsten Stelle 1023 m beträgt. Die Kaspische Senke im Norden, die Kasachensteppe im Nordosten, das Tiefland von Turan im Osten, der Elburs im Süden und der Kaukasus im Westen grenzen an seine Ufer.

Geologische Entwicklung

Das Kaspische Meer ist wie das Schwarze Meer und der Aralsee ein Rest der Paratethys. Es ist ein Binnenmeer, das sich im Oligozän und Neogen von Westeuropa bis nach Zentralasien erstreckte. Gegen Ende des Miozäns bildete sich eine Schwelle zum Schwarzen Meer und trennte diese.

Paläogeografische Karte der Paratethys

Die Ausdehnung der Paratethys im Mittleren Miozän

Im Pliozän kam es zu einer Serie starker Wasserstandsschwankungen, weshalb die Wasserfläche stark variierte. Bei niedrigem Wasserstand schrumpfte das Kaspische Meer auf einen See im Süden, in Zeiten hohen Wasserstandes kam es zu Wiedervereinigungen mit dem Schwarzen Meer. Das letzte Mal geschah dies als die Eismassen der sibirischen Gletscher abtauten und die Manytsch-Niederung geflutet wurde. In Richtung Osten entstand in der Aralo-Kaspischen Niederung eine Verbindung zum Aralsee.

Eine direkte Verbindung zum Ozean bestand nie, da das Schwarze Meer zum Zeitpunkt seiner Verbindung mit dem Kaspischen Meer vom Mittelmeer getrennt war.

Fünf Staaten streiten sich heute ums Kaspische Meer

An das Kaspische Meer grenzen seit 1991, als  die neuen unabhängigen Staaten Aserbaidschan, Kasachstan, Russland und Turkmenistan aus der Sowjetunion entstanden, mit einem Mal nicht mehr zwei, sondern fünf Staaten. Seit dem politischen Umbruch und der staatlichen Neugliederung des Ufergebietes ist der völkerrechtliche Status des Kaspischen Meeres ungeklärt. Bis heute konnte man sich nicht darauf einigen, wie der Meeresboden und die Wasseroberfläche aufgeteilt werden sollen.

Das hat seinen Grund: unter dem Wasserspiegel liegen nämlich mehr als 7 % bis 15 % der Erdöl- und 6 % bis 15 % der Erdgasvorräte der Welt. Nach dem Mittleren Osten und Lateinamerika ist das Kaspische Becken damit die Region mit den drittgrössten Energieressourcen der Erde.

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Aug16

und am Kailash befindet sich die Nahtstelle zwischen der eurasischen – und indisch-australischen Kontinentalplatte.

Der heilige Berg Kailash – im Sanskrit heisst Kailash leuchtender Kristall –  liegt im Zentrum eines Gebiets, das für den gesamten Wasserlauf des tibetischen Hochlands von grösster Bedeutung ist.

Stupas und Sicht auf den heiligen Berg Kailash, Nordseite © GNU Free Documentation License

Stupas und Sicht auf den heiligen Berg Kailash, Nordseite © GNU Free Documentation License, Yasunori Koide

Um den Kailash entspringen die fünf grossen Flüsse: der Indus im Norden, der Yarlung Tsangpo im Osten, der weiter stromabwärts zum Brahmaputra wird, der Satluj im Westen, der Ganges im Südwesten und im Süden der Karnali. Diese aussergewöhnliche Situation entstand durch eine Hebung des Kailash zu einer Zeit als der Himalaya erst langsam im Entstehen war.

Die fünf Flüsse, die im Gebiet des Kailash entspringen

Die fünf Flüsse, die im Gebiet des Kailash entspringen

Der berühmte Schweizer Geologe, Augusto Gansser, entdeckte 1936, getarnt als buddhistischer Pilger, die Nahtstelle zwischen der indisch-australischen -und eurasischen Platte. Das war eine Entdeckung mit Tragweite, wenn wir uns vor Augen führen, dass zu jener Zeit die Theorie der Kontinentalverschiebung, die erstmals von Alfred Wegener 1912 aufgestellt wurde, unter der geologischen Gemeinschaft heftig diskutiert wurde. Später entwickelte sich die Theorie der Kontinentalverschiebung zur Theorie der Plattentektonik, die in den 1960er Jahren entscheidend weiterentwickelt wurde.

Wichtig sind diese Theorien um eine Vorstellung von der Dynamik der Erde zu gewinnen. 

Mittlerweile wissen wir, dass die Erdkruste aus mehreren grossen und zahlreichen kleineren Krustenplatten besteht. Diese Platten bewegen sich voneinander weg, reiben aneinander oder eine Platte wird unter die andere geschoben, sodass sich die auf ihnen liegenden Kontinente bewegen. Die sogenannte Kontinentaldrift wird von Materialströmungen im weicheren, unter der Erdkruste liegenden Erdmantel verursacht. Die Strömungen im Erdmantel sind sogenannte Konvektionsströme und sorgen dafür, dass heisses, flüssiges Magma an die Oberfläche steigt und die Platten antreibt.

Dies kann man auch beobachten, wenn man Milch in sehr heissen Kaffee gibt. Es entstehen dann kleine Konvektionszellen aus aufsteigender und absinkender Milch. Nach dem gleichen Prinzip bewegen sich auch im Erdmantel die Gesteinsmassen, so nimmt man an!

Beim nächsten Morgenkaffee lässt sich dieses Phänomen mal gründlich studieren und in Bezug auf die Erdkonvektion empfiehlt sich folgender Film:

>> Plattentektonik

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Die Lösung

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