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Cavité, de 100 micronsde long, formée lors dela cristallisation del'émeraude. Ellecontient unfluide forméde trois phases: unliquide (eau), ungaz etdeux cubes de sel(haUte, NaCI). Mined'Oriente, Chivor.

Vue partielle de la minede Parvenir (mines deChlvor) montrant lesniveaux d'albltlsatlcn"(en blanc) des shalesnoirs.

18 OR 5TO M AC T U A L i Te s

Un modèle, nouveauetorigi­nal expliquant lagenèse desgisements d' émeraude deColombiea été mis au pointpar une équipepluridiscipli­naire au sein de laquellel'Orstom a joué un rôle depremierplan. Son originalitétient au rôle fondamentaljouépar des roches sédimen­taires quigénèrent normale­mentdu pétrole, tandis queles modèles classiquesasso­cient l'émeraude à desgra­nites. Ces roches sédimentaires,soumises à un lessivage pardesflu ides charges de sau­mures quiproviennentde ladissolution decoucbes desel,entraînent, à une tempéra­ture de300°C, la libérationdes éléments chimiques indis­pensables à laformation del'émeraude, telle béryllium.

1écouvert par Vauquelin en1797, le bérylliumest un métalléger dont lespropriétés sontvoisines de celles du magné­sium et de l'alumini um. Ils'agit d'un métal stratégique

qui, souslaforme d'oxyde,desel et d'al ­liage est utilisé notamment dans l'aéro­nautiquepour ses propriétésmécaniqueset l'industrie nucléaire, comme modéra­teur de neu trons dans les piles ato ­miques. Dans lanature, cet élément estincorporédans lastructure dessilicates,aluminates, phosphatesouoxydes. Leseul minéral industriel demeurelebéryl ,aluminosilicate de béryllium Le bérylest un minéral dont l'importanceéco­nomiqueest grande, non seulement entant que minerai de béryllium, mais éga­Iement en raison de ses vari étésgemmes', émeraude, aigue -marine,héliodore, etc. Lebéryl , l'aigue-marineet l'émeraude sont associés aux rochesgranitiques et/ou leurs équivalents,notamment les pegmatites'. L'émeraude,variétéchromifère du béryl, est un miné­ral peufréquent, exploité notammentauBrés il, en Australie, en Zambie, dansl'Oural et en Tanzanie. Ellese rencontreclass iquement au voisinage de pegma­tites, dans des schistes à biotite' qu i

résultent de latransformation de rochesbasiques et ultrabasiques (type serpen­tinites") par percolation d'un fluid e*hydrothermal .Dansce modèl e, lasource dubérylliumest la pegmatite et la source du chrome,élément nécessaire à l'acquisition d'uncristal de couleur verte, laserpentinite.L'émeraudequi apoussédirectementsur une matrice de biotite s'enrichit eninclusions so lides et perd de satrans­parence. Ainsi, une faiblepartiede laproducti on mondiale est gemme.

LES GISEMENTS D'ÉMERAUDEDE COLOMBIE

LaColombieest,à l'heureactue lle, lepremier producteur mondial d'émeraude.La venteoflic ie llede cettegemmetota­lise 450millions de US $ par an. Elleestausixième rangdes exportations colom­biennes.Lesgisements se local isent surles flancs es t et ouest de laCordillèreorienta le (cf. ca rte) à 100 km au nordet à l'esl de Bogola. Lazone orientaleàémeraude,située eritre 1500 et2000 md'al titude, est fo rmée par les districtsminiers de Gachala, Chivoret Macanal ;lazone occidentaleétagée entre 550 et1300md'altitudecomporte lesdistricts

Glossaire

LA FORMATION DES GISEMENTS D'ÉMERAUDE DE COLOMBIE

b rèche hydrauli que : roche

formée pou r 50% au moinsd 'éléments anguleux de roc hesde dimension > 2 mm résultan td 'une explosion provoquée parune surpression fluide.calcitisation, albi tisation :modification de la compositionchimique globale de la rocheoriginelle par développementde cal cite (CaCO,) ou d 'albite(NaAISi,O,).chevauchement : mouvementtectonique qui conduit aurecouvrement d 'un terrain parun autre suivant un contactanormal.Crétacé inférieur : dernièrepériode de l 'ère secondairecomprise entre 135 et 96 mil­lions d 'an nées .déco ll ement : désolidarisationde deux terrains à la faveur

d 'une discont inuité .eaux de bassin : eaux d 'ori­gine sédimentaire.encaissant : terrain dans lequels'es t mis en place un filonévaporite : dépôts sédimen­taires riches en chlorures etsulfates alcalins.fluide hydrothermal : eauchaude liée à la présence d'unesource de chaleur (magma.métamorphisme, éruption vo l­

canique), salée et pour destempératures comprises entre100 et 500·C.gemme : cris ta l transparentdont la couleur et l 'éclat sontmagnifiés par le lap idaire.Néogène : partie la plusrécente de l 'ère tertiaire com­prise entre 25 et 1.8 millions

d'années.Paléogène : partie la plus

ancienne de l'ère tert iaire com­prise entre 65 et 25 millionsd 'années.pegm ati t e : roche magmatiquesillcatée liée très souvent auxgrani tes et dont les cristauxsont de grande ta ille (du cent i­mètre au mètre) .PIRS EM : Programme interdis­ciplinaire de recherches sur lessc iences pour l 'énergie et lesmatières premières.pli anticlinal : pli où les élé ­ments situés a l ' intérieur de lacourbure étaient, avant ladéformation , les plus bas.r a p port isotopique : lesIso topes d 'un élémenf ch i­mique (X) ont tous le mêmenuméro atomique Z mais desmasses atomiques M diffé­rentes. Le rapport isotopiquereprésente le quotient des

masses des isotopes de X, lamasse de l 'isotope le plusléger figuran t au dénominateurdu rapport .schiste à biotite : roche mar­quèe par un débit facile enfeuillets dü à une or ientationdes cristaux- la biotite, micanoir- parallèlement à ces plans.serpentinite : roche composéeen totalité de serpentine (sil i­cate de magnésium) et résu ltantde la transformation de rocheultrabasique.

shale : roche sédimentaire àgrain très fin , à dominante argi­leuse ou marneuse.tectonique de c ouverture :ensemble de déformations àfaible profondeur acquises parune couverture sédimentairequ i s'est désolidarisée de sonsubstratum.

miniers de Coscuez, Muzo et La Palma­Yacopi. Le mode de gisement des éme­raudes de Colombie est unique aumonde. En effet, elles ont poussé dansdes veines à carbonates (calcite, dolo­mite et pyrite), dans les séries de shales'noirs du Crétacé mtérieur". Les éme­raudes se rencontrent dans des cavitéssous la forme de prismes aux laces biendéveloppées, limpides et pauvres eninclusions solides. Ainsi, une grandepartie de la production colombienne estgemme Les concessions minières sontdélivrées par le ministère des Mines etde l'Énergie, sous l'autorité de l'entre­prise Minerales de Colombia (MineralcoSA) Actuellement, une superficie totalede 621 716 hectares aété proposée pourl'exploration mais seulement 2904 hec­tares sont exploités. Les SociétésCoexminas et Tecminas qui possèdentla majeure partie des célèbres mines deMuzo exploitent 216 hectares. Un tiersdes exploitations sont des mines à cielouvert et la production est assurée àl'aide de systèmes de perforations clas­siques, explosifs, eau et bulldozers. Cesopérations de surface provoquent ledéplacement de près de 1million de m3de roches par an. Les mines souterraines(70%) ont pris le relais des exploitationssuperficielles pour des raisons topo­graphiques et d'extension des gisements,notamment à Coscuez et à Muzo. Les dif-

férentes sociétés minières emploient5000 personnes environ. Alapériphé­rie des mines se concentre une popula­tion estimée àenviron 30 000 personnes.Ces mineurs qui travaillent de façon arti­sanale sont appelés "guaqueros". Ilsretraitent les déblais minéralisés rejetéspar les exploitations et récupèrent, paraît­Il,20à30% de la production. La péren­nité des mines aprovoqué une sédenta­risation de cette population, ledéve­loppement d'infrastructures urbaines etd'activités rurales.

LE PREMIER MODELEMÉTALLOGÉNIQUE

D'UN GISEMENT DE BÉRYLD'ORIGINE SÉDIMENTAIRE

L'environnement géologique particulierdes gisements colombiens (bassin sédi­mentaire Crétacé-Néogène*) aalimentédepuis un siècle une controverse sur leurgenèse: résultent-ils de la circulation defluides hydrothermaux d'origine pegmati­tique, comparable àceux mis en évidencedans les gisements classiques? Cettequestion en soulève une autre: celle del'origine du béryllium nécessaire à la for­mation de l'émeraude, et de son mode deconcentration par un fluide dont la natureet l'origine sont, elles-mêmes, àélucider.La nécessité de l'élaboration d'un modèle Cristal centimétriqued'émeraude contenudans unecavité decalcite.métallogénique cohérent, permettant de Minede Coscuez.

OR5TüM ACTUALITÉS 19

~III-ututo~

Eaux acides des neuves recoupant lessites miniers (mine de Tequendama).

20 O R ST O M A CTUA L IHS

LA FORMATION DES GIS EM ENTS D'ÉMERAUDE DE COLOM BIE

Origin of Colombian emerald deposits

nouvelles découvertes, se faisait d'autantpluspressanteque les réservesdesgise­ments connus, exploités depuis500 ans,diminuai ent rapidementEn 1988,à l'issue d'unepremièremis­sion sur le terrain menée depu is leBrésil , où l'Orstom étudiait déjà les gise­men ts d'émeraudedu type pegmatite,pl usieurs faits majeurs fu rent soulignés.Ces gisementsse caractérisent par l'ab­sence de pegmatites et de granites, laprésence de rochessédimentai res richesen matière organique (shales noirs)simi laires aux rochesmères du pétroleet sur tout , pour la première fois, par laprésence de brèches hyd rauliques*typiques de zones en surpress ionsfluides. Il apparut immédiatementquelagenèsede ces gisements ne pouvaitêtre expliquée selon lemodèleclassiqueet nécessita it desétudes approfondiesde géo logiestructurale et degéochimieisotopique. En outre , laspécificité del'encaissant' desgisementsposait desproblèmes relevant de la géochimieorganique, en particulierdu mode defixation du béryll ium par la matièreorga­nique. Ces différentescontraintes impo­sèrentdès1990, lacréationd'uneéquipeplurid isciplinaire de recherche. Plusieursfinancements incitatifs successifs per­mi rent d'aborder leproblèmemétallo­génique dansdesconditions optimales.Il fautsouligner également l'excellentecollaborationétabliedès le début du pro­jet avec nospartenairesdeMineralco.Les premiers résu ltats pe rmi rent dedémontrer que lesprincipaux élémentsconstituant l'émeraude, en particulier lebéryll ium et lechrome, étaient mobili­sés el lessivés des shales noirs aucoursde l'altération hydrothermale (catcitisa­tion* et alb itisation*) des forma tionssédimentaires . Les fluides hydrother­maux vecteurs correspon dent à des

Brèche de fracturationhydraulique" à ciment carbonatérecoupant un shale noir(Mine de Coscuez),

Association d'émeraude etde parisite brune (carbonate deterre rare) de la mine de Muzo.

saum ures piégésà une température de300°Cet unepressionde 1kilobar. Lesmesures des rapports isotopiques18011 60 et 13J12c des différentes phasescarbonatées et silicatées (quartz, mus­covite, albiteet émeraude) , et cellesdesrapportsdeuterium/hydrogènedes mus­covites et des inclusions lIuides piégéespar les min éraux, ont mis en évidenceune signature d'eaux" de bassin sédi­men tairepour les fluides minéralisa­teurs. Cettedonnée écarte définitivementl'hypothèse d'une sou rce de fluideshydrothermaux d'origine pegmatitique.Ces résultats surprirent bien des pro­fessionnels enCo lombie. Ilsmontraientpou r la première fois qu e pour destemp ératures supérieures à 200°C(pour information, les tempé ra turesde formation d'hydrocarbures sont60°<T<120°C), des saumures sontcapables demobiliser certai ns élémentsch imiqu es ré putés inertes comme lebéryllium. D'autrepart, lesmissions deterrainsuccessives nous permirent dedéterminer lescaractéristiques géomé­triques des structures minéral iséeset demett re enévidence une phasetectoniquecompressive à l'origine de lamobil i­sationdessaumures et delaformationdes pièges à éme raude. Celle -ci seca rac té risepar des chevauchements* ,desdécollements* bancsur banc et desplissements qui contrôlent l'infiltrationdes fluides hyd rothermaux et l'altéra­tionconséquente desshales noi rs . Cetépisodes'accompagneaussi d'injec­tions salifères dans les charnières deplis anticlinaux*associés aux failleschevauchantes. Bien que les échel lesd'observation soient dillérentes, ce typede tec tonique' decouverture s'intègreparfaitement au style de déformationaffectant la Cordillè re orienta le, notam­mentcelleobservée dans lesgisements

desel et les gisemen tspétrolifères duLlanos et du Bassin moyen de laMagdalena. La datation des minérauxhydroth erm aux contemporains de laform at ion des émeraudes adonné unâge Paléogène* auxstructures tecto­niques associées Cette phase de com­pression est antéri eureà l'âge de laphase tectoniquemajeure responsabledelasurrectionde lachaîne andine et

Jdes structures qui ont piégé lepétrole,s~ datés du Néogène*1Lemodèle métallogénique, ainsi que

les principaux résultats de ce ttereche rche su r les gisements d'éme­raude deCo lombie, ont été présentésàPragueenaoOt 1995,àl'occasiondutroisièmeMeeting intern ational orga­nisé par la So ciété pour la géolog ieappliquée aux gisements minéraux.

Colombla is at present theworld's biggest producer ofemeralds but, to identify sui­table sites for further pros­pectlng, a proper understan­ding was requlred of theconditions in whlch thesedeposits are formed. Emerald,a chromlum-bearing form ofberyl, ls usually found in theneighbourhood of granites (or,more especially, pegmatites),in biotite schists formed byhydrothermal transformationof basic and ultrabasic rocksof the serpentlnite type. Inthese cases, the emerald Isformed with beryllium from thepegmatite, chromium from theserpentinite and the commonelements AI. Si and O.The Colombian deposits, how­ever, are found ln veins ot car­bonates (calcite, dolomite andpyrite) within sedimentaryrocks - blac k shales datingtrom the early Cretaceous andrlch in organic matter. Theyalso include an exceptionallyhlgh proportion of pure, gem­quality emeralds. 50 where, lnthis case, did the essentialberyllium come from? Whatprocesses were at work?Orstom and its Colombian andfrenchpartnersmade an exten­sive study of local structuralgeology, isotopic geochemis­try and organlc geochemlstry,and trom theïr findlngsdevelo-

LA THERMORÉDUCTIONDES SULFATES

ET LA PRÉCIPITATIONDE L'ÉMERAUDE

Les gisements d'émeraude sont trèsriches en pyrite Lamesure du rapportisotopique34J32s decespyrites indiqueuneorigine évaporitique pour le sou fre.Cet autre résultat majeur démontreQueles flui des hydrothermaux d'origine séd i­mentaireont lessivédes niveauxd'éva­pori tes(CaSO" anhydrite) présentsdanslebassinsédimentai re. Lapyriteapré­cipitépar thermoréduction des sulfatesd'orig ineévaporit iqueavec interactionde la matière organ ique contenue dansles shales noirs. Cette réaction d'oxy­doréduction réduit les sul fatesen hydro­gènesulfu réet oxyde la mati èreorga-

ped the followingexplanation :Tectonic activlt y during thePalaeogene (I.e. before themain period of mountain-bull­ding ln the Andes) createdconditions of high tempera­ture and pressure in the blackshale. Water of sedlmentaryorlgln was present, and dis­solved evaporites (commonsalt and anhydrite) that areweil suppfled in the EasternColombian Andes, Underthese cond itions, a highlyaggresslve, alkallne brine setup complex chemical (hydro­thermal) reactions in the sedi­mentary rock. causing theabove-mentloned carbonatesto precipitate out and washlngout the berylllum and chro­rnturn required for the growthof emerald crystals.The team's task now is to testthe valldity of this model forthe dlfferent Colombian depo­sits and so define geologicalcriteria for prospecting. At thesame time, field training isbeing provided for universityand mining company experts.A second strand of the team'swork is to study the environ­mental impact of emeraldmining, the main pollution pro­blems being the release ofhighly acidlc waters carryingdissolved pollutants, andgreatly increased sedimentloads in the rivers.

O R5 T O M A C TUAL I TËS 21

~III-ututoA

Cristalprismatique d'émeraude de la mine de Coescuez.

niqueen gaz carboni que. Elle produ itd'importantes quantités d'hydrogène sul­furéet d'ions hydrogénocarbonates, les­quels, par interaction avec le fer et le cal ­cium con tenus dans le fluidehydrothermal, provoquent laprécipita­tiondes carbonates (calcite el dolomite)et la pyrite. D'autre part, la matière orga­niquereprécipite sous la forme d'an­thracite dans les ve ines. L'émeraudesedépose aucours de cette réactionhydro­therma le.

22 OR 5 T OM A CTUA LI TE ,

LES NIVEAUX D'ÉVAPORITESET LEUR IMPORTANCEDANS LA GENESE DES

GISEMENTS D'ÉMERAUDE

Les études réalisées jusqu'à présentmontren t l'importancedes évapor ites(hali leou "sel de cuisine", anhydrite ,gypse) dans lagenèsedes gisementsd'émeraude.Une question se pose alors :existe- t-il unepreuve de laprése nced'évaporites dans laCordillè re orien-

tal e? La carte géo logique de ce lle régiondonne la réponse. En effet, des mines desel (halite, anhydrite) sont exp loitées àZipaquira, Tausa, Nemocon, Sesquilé etRestrepo, des minesde gypse ont fon c­tionné à Gachala et Macanal et lessources sa lées sont innombrables.Lesel ne manque pas 1

D'unpoint de vue géochimique, la dis­solution des évaporites par les Iluidesde bassin de laCord illère afourn i,pourune température de 300°C et une pres-

sionde 1ki lo bar, une saumure hydre­thermale alcaline très agressive. Celle­ci, par interactionavec lamatièreorga­nique a réagi avec les encaissantssédimenta ires et lessivé lebéryllium etle chrome indispensables à laformationdel'émeraude.D'un point de vue géologique, lesniveauxévapor itiques ont probab lementjoué un rôleimportant dans le dévelop­pement de la tectonique de couverturemise en évidence dans les gisements .

LA FORMATION DES GISEMENTS D'ÉMERAUDE DE COLOMBIE

Exploitation artisanale des sources salées de la Cordillèreorientale (source de Mambita) permettant la récupération du selet sa commercialisation.

La formacion de los yacimientosde esmeraldas en Colombiaj

j

Ces niveaux de faible résistance méca­nique deviennent, au cours de phasescompressives, des plans majeurs dedécollement qui permettent le déplace­ment d'importantes unités sédimentaires.De telles structures sont bien connuesdans leJura et la chaîne alpine où lesniveaux de décollement sont les niveauxde gypse triasique

PERSPECTIVESET PROSPECTIVES

Le projet en cours de développements'intitule "La genèse des gisementsd'émeraude de la Cordillère Orientalede Colombie: aspects structuraux, géo­chimiques et impacts sur l'environne­ment". Il apour but de confirmer et d'ap­pliquer sur les différents gisements deColombie le modèle de formation pré­senté ici, afin de pouvoir définir lesparamètres géologiques applicables àla prospection dans la Cordillère orien­tale. Dans ce cadre, une action est entre­prise au moyen de stages de terrai netde séminaires pour la formation des per­sonnels techniques de Mineralco et uni­versitaires de l'Universidad nacional deBoçotaCe projet aborde aussi le problème del'impact sur l'environnement des exploi­tations minières. En effet, celles-ci pro-

voquent d'une part, le déplacement degigantesques volumes de terrain (1 mil­lion de m3 par an) dans un environne­ment de type andin et tropical et d'autrepart, ces rejets contiennent des quanti­tés considérables de sulfures (pyrite).Leur oxydation, accentuée par un climattropical humide, est à l'origine de lagénération d'eaux acides riches enespèces dissoutes parfois polluantes.Le but de l'étude sera de caractériser lacomposition chimique des eaux de drai­nage des sites miniers et d'estimerl'étendue de la pollution afin de propo­ser des techniques de stabilisation desrésidus. En outre, la caractérisation desstructures tectoniques favorables à laminéralisation permettra d'organiser laplanification d'extraction et d'éviter lasurcharge en sédiments des rios.Le modèle de genèse des gisementsd'émeraude permettra à nos partenairescolombiens, Mineralco et aux différentessociétés minières, de mettre en œuvredes guides de prospection aux niveauxtactique et stratégique La découvertede nouveaux gisements dans laCordillère orientale aurait un réel impactéconomique et social pour lepays Eneffet, à l'image du fameux gisement deMuzo, la découverte provoque dans unpremier temps une inévitable ruéehumaine désorganisée mais qui, par la

Colombia es hoy en dia el prin­cipal productor de esmeraldasen el mundo . Sin embargo,para identificar los yacimientosprobables, ha sido necesarioconocerlascondiclonesen quese Iormarân.Los principales elementos queconstituyen la esmeralda sonel benllo y el cramo. Laesme­ralda se encuentra general­mente cerca de granito (peg­malitas),en esquistosde biotitalormados par transtormacionhidrotermal de rocas bâsicas yultrabâsicas de lipo serpenti­nila. En estos casas, la esme­ralda se forma con el berillo dela pegmatita, el cromo de laserpentinitay los elemenlos AI,Si Y O. No obstante, los yacl­mientos colombianos se encu­entran en velas de carbonates(calclta, dolornlta y plrita) den­tro de esquistos negros derocas sedimentarias dei cretà­ceo Interior y son ricas enmaleria orgànica.Tambléncontienen una proporcl6n muyalla de esmeraldas puras, decalidad. l.De d ônde vina enton­ces el berilio esencial? l.quêprocesos se lIevaron a cabo?Orstom y sus hom ôlcqoacolombianos y franceses reall­zaron un extenso estudio de lag60logla estructural,de la geo­quimica lsot éplca y de la geo­qurmlce orgânica local. A par­tir de sus resultados conclu­veron la slqulente :La actividad teet6nica durante

suite, avec l'aide financière des socié­tés minières et de l'État, se sédentariseet développe des activités économiquesde substitution.

Gaston GiulianiOrstom, Département "Terre, Océan,Atmosphère", UR "Histoire et structurede la lithosphère", affecté au Centrede recherches pétrographiques etgéochimiques du CNRS à Vandœuvre­lès-NancyAlain CheilletzEcole nationale supérieure de géologieet de prospection minière, CNRS.Félix RuedaMinerales de Colombia, Bogota,Colombie.

el Paleoceno (antes dei princi­pal periodo de la formaci ôn delas montaiias en los Andes)produjo condlciones de altastemperaturas y presi6n en losesquistos negros . Agua decuenca sed lmentar circul6 ydisolvio evaporitas (sal comùny anhldrita) que se encuentranen gran cantidad en laCordillera oriental. BaIa dichascondlclones, una sai mueraalcalina muy agreslva desen·caden6 reacciones qulmicascornpiejas (hldrotermales) enla roca sed imentaria, provo­cande que los carbonatosarriba mencionados se preci­pite sacando el berilio y elcromo neceserios para la for­rnaci ôn de los cristales deesmeralda,Ahora, la tarea deI equipo esprobar la validez de estemodelo para los diferentesyacimientos en Colombia, paraasi detinir los criterios geol6·gicos par la prospecclon. AImlsmo tlempo, trabajos decampo son reallzados par losuniversitarios y expertos enminas . Otro objetivo deiequlpo es estudlar ellmpactomedloambiental de la mlneriade la esmeralda, ya que elprincipal probJema de conta­minaci6n consiste en la llbe­raci6n de aguas altamente àcl­das que Hevan solventescontaminantes asl coma elaumento de cargas sedimen­tafias en los rios.

OR5TOM ACTUALITÉS 23

LA FORMATION DES GISEMENTS D'ÉMERAUDE DE COLOMBIE

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MerdesCaraïbes

COLOMBIE

Carte de localisation desgisements d'émeraude

de la Cordillère orientalede Colombie

VÉNÉZUELA

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72

Mines d'émeraude

Mine de sel

Mine de gypse

Champ pétrolifére

Source salée

Limites tectoniques des différente sunités morphostructurales

Sédiments du Crétacé inférieur

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~III-ututo

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