Trabajos de grado Maestría en Ciencias De La Tierra

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Análisis geoquímico de la distribución y especiación de mercurio y otros metales pesados en la Ciénaga de Ayapel, Córdoba
(Universidad del Norte, 2025-01-20) Olmos Castro, Sharon Dayana; Pinilla Castellanos, Carlos; Escandón Garzón, Diego Alexander
Este estudio evaluó la movilidad, distribución y especiación del mercurio (Hg) y otros metales pesados (Pb, Cd, Cr, As, Zn y Cu) en el Complejo Cenagoso de Ayapel durante época seca (marzo de 2024) y húmeda (octubre de 2024), mediante análisis de agua y sedimentos (ICP-MS, DRX, FT-IR), caracterización textural y modelación geoquímica con PHREEQC. En agua superficial, las concentraciones se mantuvieron por debajo de los valores guía de la OMS; sin embargo, el Hg alcanzó 0,001 mg/L en época seca en Escobillas, indicando mayor disponibilidad en estiaje. En época húmeda, Hg, Pb, Cr y Cu disminuyeron notablemente por dilución y mayor oxigenación. El sistema presentó pH ligeramente alcalino y mayor conductividad, TDS y alcalinidad en época seca. En sedimentos, el Hg superó los criterios del CCME en todos los puntos, especialmente en Casco y Escobillas, confirmando al sedimento como principal reservorio, mientras que el Pb permaneció generalmente bajo sus umbrales. La mineralogía estuvo dominada por cuarzo y feldespatos, con óxidos de Fe; el FT-IR evidenció arcillas y materia orgánica como sitios activos de sorción. La fracción fina predominó en época seca, aumentando la retención. La modelación mostró predominio de complejos inorgánicos y sobresaturación de óxidos de Fe, que controlan la adsorción. Las isotermas indican alta afinidad inicial del Hg(II) y una barrera geoquímica eficiente, vulnerable a cambios estacionales.
Developing of a machine learning force field for sodium-rich silicate systems: a framework for future boron isotope fractionation modelling
(Universidad del Norte, 2025) Patrón Muñoz, Paola Andrea; Pinilla Castellanos, Carlos
Magma is a mixture of solids, liquids, and volatiles formed by the partial melting of rocks within the Earth’s crust and mantle. Its solid fraction consists mainly of silica minerals such as olivine, pyroxene, amphibole, micas, feldspar, and quartz. The liquid fraction (melt) is composed of mobile ions of the major elements abundant in the Earth’s crust, including Si, O, Al, K, Ca, Na, Fe, and Mg. In addition, magmas contain a volatile phase dominated by gaseous components, primarily water vapor (H2O), carbon dioxide (CO2), and sulfur dioxide (SO2), which strongly influence the physical and chemical evolution of magmatic systems (McDonough and Sun, 1995; Lutgens and Tarbuck, 2015; De Hoog and Savov, 2018). When a silica melt is enriched in boron, it forms borosilicate melt, which can crystal lize into minerals such as tourmaline, containing up to 3 wt% of boron (MacGregor et al., 2013).These melts are geochemically significant because boron behaves as a fluid-mobile and isotopically fractionating element during magmatic differentia tion, crystallization and metasomatism (White, 2015; Sharp, 2017; De Hoog and Savov, 2018). This mobility stems from its nature as a moderately incompatible element, which preferentially partitions into melts and volatiles during processes like magmatic differentiation, crystallization and metasomatism (Sharp, 2017). Therefore, boron is a key element for understanding geological processes and has two isotopes 10B and 11B with average relative abundances of 20% and 80%, respectively, which differ by nearly 10% in relative mass (White, 2015; De Hoog and Savov, 2018). This large mass difference makes boron isotopes powerful tracers for geological processes as crustal recycling, mantle evolution and hy drothermal alteration. The isotopic partition of boron is sensitive to parameters such as temperature, pH, and mineral coordination environment, allowing its use as a geothermometer and proxy for magmatic and fluid evolution (Lutgens and Tarbuck, 2015; White, 2015). Boron also plays an important role in industrial and technological material (Bultman et al., 2010; Huang et al., 2021). Its combination with oxygen forms borosilicate glass characterized by low thermal expansion and high chemical stability, making it important for laboratory applications. For exam ple, Pyrex is a company that manufactures laboratory glassware and kitchenware made from borosilicate glasses due to their exceptional thermal resistance and durability (Ren et al., 2017). In the field of electronics, boron serves as a crucial p-type dopant in silicon that is used in transistors and solar cells (Bultman et al., 2010; Ng and Sze, 2007). In addition, borosilicate glasses possess excellent optical transparency and refractive stability, which make them ideal for optical fibers, precision lenses, and display technologies (Belokoneva, 2005; Mutailipu et al., 2020; Huang et al., 2021).
Corrientes de marea bajo la picnoclina en la cuenca Colombia – Mar Caribe
(Universidad del Norte, 2025) López Romero, Carlos Andrés; Torres Parra, Rafael Ricardo
Las corrientes de marea son un componente fundamental de la dinámica oceánica, capaces de influir en procesos de mezcla, transporte y circulación en toda la columna de agua. En el Mar Caribe, el comportamiento de las corrientes de marea no se han descrito, por lo que se desconoce su comportamiento a pesar del régimen micromareal que domina la cuenca. En este trabajo se analizan ocho series de tiempo de corrientes y presión registradas entre 2007 y 2008 en tres estaciones de anclaje en la Cuenca Colombia, a profundidades entre 500 y 1450 m. Con esta información se describen las corrientes de marea bajo la picnoclina, con el fin de disminuir el ruido ambiental en las series de tiempo de corrientes. A partir de un análisis armónico se determinaron los principales constituyentes mareales y su contribución tanto en los datos de presión como en los de corrientes, caracterizando las elipses de corriente de marea. Los resultados muestran que los armónicos diurnos, en particular K1, dominan la señal mareal en la zona de estudio, mientras que el armónico semidiurno M2 presenta una propagación con disminución de amplitud hacia el noreste, encontrando excelente coincidencia con la señal de marea observada en mareógrafos instalados en la costa adyacente. Esta comparación permitió corroborar el componente atmosférico en S2, observado en los mareógrafos, que no se observó en los datos de presión bajo la picnoclina. Así mismo se encontró una buena coincidencia entre los armónicos de marea observados en las series de tiempo de presión y las elipses de la corriente de marea, sin embargo, estas últimas presentan mayor ruido, por los que los límites de significancia son mayores. Se encontró que las corrientes de marea explican hasta un 16 % de la varianza de las corrientes observadas bajo la picnoclina, lo que sugiere un aporte significativo, aunque limitado, frente a otros forzamientos oceanográficos. Este trabajo constituye el primer análisis detallado de corrientes de marea en el Caribe colombiano y aporta evidencia de su importancia para la dinámica regional, con implicaciones para la circulación profunda, la interacción con procesos baroclínicos y la planificación de actividades offshore en la zona.
Caracterización de procesos morfo-sedimentarios dominantes en la cuenca Colombia y sus implicaciones en la interacción sedimentación- tectónica
(Universidad del Norte, 2025) Rincón Ramírez, Gyna Marcela; Idárraga García, Javier; Ercilla Zarraga, Gemma
La cuenca Colombia, localizada en la placa Caribe con una extensión aproximada de 260.000 km², constituye una de las provincias sedimentarias más importantes del margen noroccidental de Suramérica. En años recientes, investigaciones geofísicas, sísmicas y sedimentológicas han comenzado a revelar aspectos fundamentales sobre la estructura tectónica y la dinámica interna de la placa Caribe, particularmente en la cuenca Colombia. También ha sido objeto de una intensa exploración por la industria petrolera desde la década de 1980. Además, estudios recientes se han enfocado principalmente en el abanico submarino del río Magdalena, identificado como la principal área fuente de sedimentos y actualmente considerado un potencial gasífero de relevancia mundial. Sin embargo, la interacción entre los procesos sedimentarios asociados a las corrientes de fondo, los procesos de gravitacionales (en masa y flujos de sedimentos) y la configuración morfotectónica ha sido poco documentada. El presente trabajo integra, por primera vez, información sedimentológica, sísmica y paleoceanográfica para reconstruir la historia depositacional de la cuenca Colombia y su relación con la evolución tectónica y la circulación oceánica. A partir del análisis de sísmica 2D y de registros de sondeos del International Ocean Discovery Program (IODP), se caracterizó la cronoestratigrafía sísmica, identificando siete secuencias principales que registran la evolución desde el Cretácico hasta el Pleistoceno temprano. Los resultados muestran que el patrón sedimentario estuvo controlado por la interacción de tres factores principales: la tectónica, mediante la subsidencia diferencial y el desarrollo del cinturón deformado, que definieron los depocentros y la preservación de los depósitos. El aporte terrígeno, dominado por el sistema fluvio-deltaico del Magdalena y, en menor medida, por el Proto-Cauca, que configuraron el abanico submarino y controlaron las tasas de acumulación sedimentaria, especialmente desde el Mioceno medio. Y la oceanografía, a través de las corrientes de fondo que atravesaban el Caribe antes del cierre del istmo de Panamá, responsables de la formación de depósitos contorníticos (laminares, confinados, híbridos, adosados y con surco), los cuales interactuaron con sistemas turbidíticos y dieron lugar a depósitos híbridos. VI Estas unidades comprenden tres grandes conjuntos de depósitos: contornitas, depósitos de flujo en masa, y/o el abanico turbidítico del Magdalena. La arquitectura estratigráfica evidencia una transición deposicional: desde el predominio de contornitas en el Mioceno medio, pasando por sistemas mixtos contornita–turbidita durante el Mioceno superior, hasta el establecimiento de un régimen dominado por turbiditas y depósitos gravitacionales en el Plioceno–Pleistoceno, coincidiendo con el cierre progresivo del Istmo de Panamá y la reorganización del patrón de circulación regional. Este trabajo demuestra que la cuenca Colombia debe entenderse como un sistema sedimentario complejo, resultado de la interacción entre la tectónica activa, el aporte sedimentario continental y la dinámica oceanográfica profunda. Su estudio no solo aporta claves para la reconstrucción paleoceanográfica del Caribe occidental, sino que también tiene implicaciones directas en la evaluación del potencial de sus sistemas petrolíferos y en los modelos de reconstrucción paleotectónica y paleogeográfica
Estado hidrodinámico y de calidad de agua en la ciénaga de Mallorquín: evaluación de intervenciones antrópicas en un ecosistema en transformación
(Universidad del Norte, 2025) Cordero Acosta, Jhonathan Rafael; Otero Díaz, Luis Jesús; Restrepo López, Juan Camilo; Ospino Ortiz, Silvio
Desde la construcción de los tajamares de Bocas de Ceniza en 1935, el delta del río Magdalena ha sufrido importantes modificaciones en su estructura espacial, destacándose la pérdida de la isla San Nicolás y la transformación del complejo de ciénagas que incluía la ciénaga de Mallorquín. En su historia reciente, esta ciénaga ha sido objeto de diversas intervenciones antropogénicas, incluyendo el desvío del arroyo León, la construcción de losBoxculverts en el tajamar occidental, el vertimiento de aguas residuales domésticas e industriales sin tratamientos, y la expansión de las comunidades locales. Estas acciones han provocado cambios cuyo alcance aún se desconoce, pero que sin duda interfieren en su estabilidad funcional. Un evento reciente, ocurrido a principios de 2023, fue el cierre natural de la barra de arena en Puerto Mocho, lo que dio origen a un nuevo cuerpo de agua transicional y modificó la conectividad entre la ciénaga y el mar Caribe. En este contexto, el presente trabajo evaluó la calidad del agua en términos hidrodinámicos y biogeoquímicos, tanto en la ciénaga interna como en su extensión litoral, comparando las condiciones actuales de cierre parcial con escenarios hipotéticos de cierre total. También se estudiaron escenarios de reconexión del arroyo León y taponamiento de los Boxculverts. Para efectuar el análisis, se desarrolló un modelo numérico utilizando el sistema computacional MOHID. Este modelo fue calibrado mediante mediciones in-situ para simular salinidad, oxígeno disuelto, pH, coliformes totales, DBO, temperatura, clorofila-a y cobre disuelto. Asimismo, se utilizaron datos atmosféricos, de corrientes y de caudal para la ciénaga e información secundaria. Los resultados hidrodinámicos indican que el comportamiento del sistema está fuertemente influenciado por la interacción entre el viento, el caudal del arroyo León, la operación de los Boxculverts y la apertura de la barra en Puerto Mocho. La conectividad con el mar garantiza la circulación y renovación del agua, favoreciendo la dispersión de contaminantes y el control de parámetros críticos como la salinidad, la DBO y la concentración de coliformes. Además, se identificaron zonas de escasa circulación en el centro de la ciénaga y el área del Ecoparque, con alta susceptibilidad a la acumulación de contaminantes y sedimentos. Estos hallazgos subrayan la necesidad de mantener una conectividad hidrológica activa y gestionar adecuadamente los aportes continentales, para garantizar la estabilidad ecológica y funcional del sistema.
Construcción de un índice de factibilidad para evaluar proyectos de energía de gradiente salino en el Caribe colombiano
(Universidad del Norte, 2024) Garrido Balaguera, Tomás Alejandro; Álvarez Silva, Oscar Andrés
La diversificación de la matriz energética es clave para la soberanía y resiliencia energética de Colombia. La Energía de Gradiente Salino (EGS), con gran potencial en el país, surge como una alternativa sostenible para reducir la dependencia de la energía hidroeléctrica y combustibles fósiles. Sin embargo, los proyectos de Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNCER) enfrentan barreras que dificultan su implementación. En este estudio se desarrolla un Índice de Factibilidad de Proyectos (IFP) para evaluar la viabilidad de proyectos de EGS en el Caribe colombiano, considerando cinco dimensiones clave: Técnica, Ambiental, Gobernanza, Económica y Social. La metodología incluyó análisis geoespaciales con Sistemas de Información Geográfica (SIG) y una ponderación basada en encuestas a expertos. Se analizaron cinco desembocaduras principales: Magdalena, Atrato, Sinú, León y Canal del Dique. Los resultados muestran que el río Magdalena tiene la mayor factibilidad, gracias a su alto potencial teórico de EGS y cercanía a la red eléctrica, aunque limitada por la vulnerabilidad hídrica de la región. En contraste, el Sinú presenta la menor factibilidad, afectada por su distancia a la red eléctrica y la presencia de áreas protegidas. Los hallazgos revelan la variabilidad espacial de la factibilidad y destacan oportunidades y barreras para el desarrollo de EGS en la región. La metodología propuesta es replicable en otras regiones costeras y aplicable a diversos proyectos energéticos, contribuyendo a una planificación energética más sostenible y eficiente en Colombia.
Análisis temporal del carbono orgánico disuelto en el río Magdalena y desembocaduras del Caribe colombiano
(Universidad del Norte, 2025) Puello Valentino, Santiago Elías; Restrepo López, Juan Camilo
Este estudio se centra en un análisis multitemporal del carbono orgánico disuelto por medio de imágenes satelitales (DOCs) en la desembocadura del río Magdalena, el sistema fluvial más importante del Caribe colombiano, evaluando las tendencias y variabilidad de las concentraciones de DOCs desde septiembre de 1997 hasta diciembre de 2023. Comprender la dinámica del DOC en esta región es clave para evaluar el papel de los ecosistemas costeros en el ciclo global del carbono y monitorear el cambio climático. Para ello, se recopilaron datos mensuales, lo que permitió investigar la influencia de factores ambientales, como el caudal y el Oceanic Niño Index (ONI), en la dinámica del DOCs. En la desembocadura del río Magdalena se encontró que los valores de DOCs oscilan entre 88.33 y 716.67 µmol/L y las concentraciones muestran una correlación positiva con el caudal. Además, se identificó una correlación negativa con el ONI. Las tendencias significativas fueron analizadas a través de un test Mann-Kendall y las concentraciones de DOCs en esta desembocadura muestran un Sen’s Slope de 5,8172 × 10−5 mg/L · año−1 , indicando un aumento constante de las concentraciones de DOCs a lo largo del tiempo. A partir del análisis espectral Wavelet, en el río Magdalena se identifican ciclos multi-decadales de 8 a 16 años bienales de 4 a 8 y finalmente, los ciclos de 1 a 2 años que muestran presencia constante desde 1999 hasta 2006 y de 2007 a 2020. Estos resultados se compararon con los comportamientos observados en otros sistemas fluviales del Caribe colombiano, como el río Sinú, el río Atrato y el Canal del Dique (CDD), para evaluar diferencias y similitudes en la dinámica del DOC y la relevancia de la variabilidad estacional y los patrones climáticos en la región Caribe de Colombia. Se destaca una alta potencia espectral en todos los ríos en las oscilaciones multidecadales (8–16 años), con significancia estadística en todos los casos excepto en el río Atrato, las cuales podrían estar asociadas a la Oscilación Multidecadal del Atlántico (AMO). Esta variabilidad tiene implicaciones importantes en la circulación oceánica regional, los patrones de vientos y temperatura superficial del mar, que a su vez modulan los procesos de mezcla, retención y exportación de materia orgánica disuelta hacia el océano abierto.
Análisis geomorfoestructural de los rasgos asociados con el diapirismo de lodo en el talud continental costa afuera de la Ciénaga Grande de Santa Marta, Caribe colombiano
(Universidad del Norte, 2025) Durán Márquez, María Luisa; Idárraga García, Javier
El estudio de las estructuras geomorfológicas del fondo marino es clave para entender la dinámica geológica y sedimentaria de los márgenes continentales. Este estudio caracteriza la geomorfología y morfometría de geoformas submarinas asociadas a emisión de fluidos en el margen Caribe colombiano, integrando datos batimétricos de alta resolución (15 m) y análisis cuantitativos. Los resultados revelan 48 estructuras asociadas a procesos de diapirismo de lodo y escape de fluidos submarinas con dos sistemas morfogenéticos contrastantes: (1) volcanes de lodo constructivos (con alturas entre 50-350 m, pendientes entre 15°-50°, y relación de aspecto entre 0.05-0.3) controlados por sobrepresión sedimentaria y alineados por fallas NE-SO y NO-SE evidenciando control tectónico (volcanes con morfometría elongada tienen una elipticidad >1.5 en el 75% de casos), y (2) pockmarks (con profundidades entre 10-20 m, y pendientes <5°) son depresiones de morfología suave, asociadas a escapes verticales de fluidos, sin acumulación constructiva. La disposición y forma de estas geoformas están influidas por la interacción entre fallamiento activo, dinámica de corrientes de fondo, y la reología de los sedimentos finos. En consecuencia, se propone un modelo evolutivo de cuatro etapas/fases: intrusión diapírica (montículo, formación inicial del domo), extrusión pulsátil (domos concéntricos), colapso periférico (madurez del volcán de lodo con depresiones) y etapa relictual (erosión asimétrica). En síntesis, estas estructuras, además de su relevancia científica, tienen implicaciones para la evaluación de riesgos geológicos, exploración de hidrocarburos y estudios de emisiones naturales de gases. Así, se propone un modelo integrado que relaciona procesos tectónicos, sedimentarios y de dinámica de fluidos en el margen continental del Caribe colombiano.
Evaluación de la vulnerabilidad a la intrusión salina en el acuífero costero Arroyo Grande
(Universidad del Norte, 2024) Cardona Gutiérrez, Álvaro Arley; Álvarez Silva, Oscar Andrés
Los acuíferos costeros son particularmente vulnerables a la intrusión salina, afectados por los cambios en el nivel del mar y la sobreexplotación de recursos hídricos. Este estudio evaluó la vulnerabilidad del acuífero costero Arroyo Grande utilizando el método GALDIT, diseñado para cuantificar los niveles de riesgo de intrusión salina. Se analizaron las características geológicas, geomorfológicas, geoquímicas, geofísicas e hidráulicas del acuífero, lo que permitió desarrollar un modelo hidrogeológico conceptual para identificar zonas críticamente susceptibles a esta problemática. Aunque el acuífero mantiene un equilibrio hidrológico gracias a altas tasas de infiltración, los resultados del índice GALDIT revelaron una vulnerabilidad moderadamente alta en las áreas próximas al mar, específicamente en la zona noroeste a lo largo del cauce del Arroyo Grande. Esta área se caracteriza por ser baja y estar compuesta por arenas finas y algunas gravas, condiciones que facilitan la vulnerabilidad a la intrusión. Adicionalmente, se observó un patrón estacional en la intrusión salina, que se intensifica durante los meses de menor precipitación. Este estudio no solo profundiza en la comprensión de la dinámica de la intrusión salina en acuíferos costeros, sino que también proporciona una base científica sólida para la implementación de estrategias de adaptación que promuevan la sostenibilidad del acuífero frente al cambio climático y el desarrollo urbano.
Efecto de la marea en la hidromorfodinámica de playas reflejantes micromareales
(Universidad del Norte, 2024) Ortega Aguas, Alisson Yanith; Otero Díaz, Luis Jesús; Cueto Fonseca, Jairo Eduardo
Comprender los procesos dinámicos en las zonas costeras es crucial para su preservación y manejo, especialmente en el contexto del cambio climático. Sin embargo, la información sobre el efecto del ciclo de la marea (astronómica y meteorológica) en ambientes micromareales es limitada. Esta investigación, mediante el uso combinado de datos instrumentales y los modelos SWAN y XBeach en Playa Costa Verde (Ciénaga), demuestra que la hidromorfodinámica puede ser modulada por la marea, a pesar de su baja amplitud. Los resultados revelaron que, durante la pleamar, la altura del oleaje sea-swell (SS) puede aumentar hasta un 100 % debido al cambio en el punto de rotura. Asimismo, la altura de las ondas infragravitatorias (IG) puede incrementar más de 60 % durante la marea creciente y bajante, como resultado de procesos de reflexión y patrones de resonancia. Estos fenómenos, potenciados por las corrientes longitudinales, intensifican la energía que llega a la costa, provocando retrocesos en el perfil de playa que pueden ser hasta un 200 % más intensos a mediano y largo plazo.
Análisis espacio-temporal de la calidad ambiental de una laguna costera tropical altamente influenciada y vulnerable (Ciénaga de Mallorquín)
(Universidad del Norte, 2024) Villanueva García, Estefany Paola; Restrepo López, Juan Camilo; Rubio Ortega, Lihki José; Torregroza Espinosa, Ana Carolina
La Ciénaga de Mallorquín es una laguna costera tropical en el norte de Colombia que ha sufrido impactos ambientales significativos debido a la construcción de infraestructura, vertimiento de aguas residuales y contaminantes transportados por diversos afluentes. Este estudio tiene como objetivo comprender el estado y la evolución ambiental de la Ciénaga de Mallorquín mediante el uso de herramientas de teledetección y machine learning, analizando la variabilidad espacio-temporal de los parámetros de calidad del agua, identificando patrones de variabilidad, y realizando una caracterización dinámica del estado ambiental desde 2016 hasta 2023. La metodología se dividió en cuatro fases: (i) adquisición y procesamiento de datos satelitales e in situ, (ii) implementación de herramientas de machine learning, (iii) análisis de variabilidad espacio-temporal y (iv) propuesta de un indicador preciso y oportuno del estado ambiental del ecosistema, que permita evaluar su evolución y condiciones ambientales actuales. Los modelos de machine learning, incluyendo Support Vector Regression, Random Forest y Extreme Gradient Boosting (XGBoost), mostraron precisión y capacidad de generalización, con valores de R² que varían entre 0.627 y 0.750 en el conjunto de prueba. Los resultados revelan fluctuaciones espacio-temporales en la calidad del agua, siendo salinidad, temperatura, concentración de sedimentos en suspensión y clorofila-a las variables clave. Se encontraron salinidades de hasta 40 PSU en la época seca y descensos a 25 PSU en la época húmeda, con una relación inversa significativa con la temperatura, que osciló entre 25 y 32°C, con descensos en la época seca. La concentración de sedimentos en suspensión y clorofila-a mostraron una correlación positiva, con incrementos durante la época seca, especialmente en áreas cercanas al Arroyo León. El indicador operativo de calidad del agua de Mallorquín (M-Index) identificó alta vulnerabilidad durante la época seca en zonas críticas como los box culverts, el barrio Las Flores y el Arroyo León, subrayando la necesidad de estrategias de manejo adaptativo para regular los aportes de agua dulce y sedimentos a la ciénaga. Este estudio confirma la efectividad de la integración de teledetección y machine learning como herramientas robustas para identificar zonas críticas y patrones espacio-temporales de deterioro ambiental en cuerpos de agua como la Ciénaga de Mallorquín. La aplicación de estos enfoques tecnológicos proporciona una base sólida para la toma de decisiones informadas y promueve una gestión más sostenible y eficiente del ecosistema.

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