礦物的定義
匿名用戶
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2017-05-23 12:35
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礦物
天然產(chǎn)出、具有一定的化學(xué)成分和有序的原子排列,通常由無機(jī)作用所形成的均勻固體.
概述
在科學(xué)發(fā)展史上,礦物的定義曾經(jīng)多次演變.按現(xiàn)代概念,礦物首先必須是天然產(chǎn)出的物體,從而與人工制備的產(chǎn)物相區(qū)別.但對(duì)那些雖由人工合成,而各方面特性均與天然產(chǎn)出的礦物相同或密切相似的產(chǎn)物,如人造金剛石、人造水晶等,則稱為人工合成礦物.早先,曾將礦物局限於地球上由地質(zhì)作用形成的天然產(chǎn)物.但是,近代對(duì)月巖及隕石的研究表明,組成它們的礦物與地球上的類同.有時(shí)只是為了強(qiáng)調(diào)它們的來源,稱它們?yōu)樵聨r礦物和隕石礦物,或統(tǒng)稱為宇宙礦物.另外還常分出地幔礦物,以與一般產(chǎn)於地殼中的礦物相區(qū)別.其次,礦物必須是均勻的固體.氣體和液體顯然都不屬於礦物.但有人把液態(tài)的自然汞列為礦物;一些學(xué)者把地下水、火山噴發(fā)的氣體也都視為礦物.至於礦物的均勻性則表現(xiàn)在不能用物理的方法把它分成在化學(xué)成分上互不相同的物質(zhì).這也是礦物與巖石的根本差別.此外,礦物這類均勻的固體內(nèi)部的原子是作有序排列的,即礦物都是晶體.但早先曾把礦物僅限於“通常具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)”.這樣,作為特例,諸如水鋁英石等極少數(shù)天然產(chǎn)出的非晶質(zhì)體,也被劃入礦物.這類在產(chǎn)出狀態(tài)和化學(xué)組成等方面的特徵均與礦物相似,但不具結(jié)晶構(gòu)造的天然均勻固體特稱為似礦物(mineraloid).似礦物也是礦物學(xué)研究的對(duì)象,往往并不把似礦物與礦物嚴(yán)格區(qū)分.每種礦物除有確定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)外,還都有一定的化學(xué)成分,因而還具有一定的物理性質(zhì).礦物的化學(xué)成分可用化學(xué)式表達(dá),如閃鋅礦和石英可分別表示為ZnS和 SiO2.但實(shí)際上所有礦物的成分都不是嚴(yán)格固定的,而是可在程度不等的一定范圍內(nèi)變化.造成這一現(xiàn)象的原因是礦物中原子間的廣泛類質(zhì)同象替代.例如閃鋅礦中總是有Fe2+替代部分的Zn2+,Zn:Fe(原子數(shù))可在1:0到約6:5間變化,此時(shí)其化學(xué)式則寫為(Zn,Fe)S,石英的成分非常接近於純的SiO2,但仍含有微量的Al3+或Fe3+等類質(zhì)同象雜質(zhì).最后,礦物一般是由無機(jī)作用形成的.早先曾把礦物全部限於無機(jī)作用的產(chǎn)物,以此與生物體相區(qū)別,后來發(fā)現(xiàn)有少數(shù)礦物,如石墨及某些自然硫和方解石,是有機(jī)起源的,但仍具有作為礦物的其馀全部特徵,故作為特例,仍歸屬於礦物.至於煤和石油,都是由有機(jī)作用所形成,且無一定的化學(xué)成分,故均非礦物,也不屬於似礦物.絕大多數(shù)礦物都是無機(jī)化合物和單質(zhì),僅有極少數(shù)是通過無機(jī)作用形成的有機(jī)礦物,如草酸鈣石[Ca(C2O4)?2H2O]等.
礦物的形態(tài)
礦物千姿百態(tài),就其單體而言,它們的大小懸殊,有的肉眼或用一般的放大鏡可見(顯晶),有的需藉助顯微鏡或電子顯微鏡辨認(rèn)(隱晶);有的晶形完好,呈規(guī)則的幾何多面體形態(tài),有的呈不規(guī)則的顆粒存在於巖石或土壤之中.礦物單體形態(tài)大體上可分為三向等長(如粒狀)、二向延展(如板狀、片狀)和一向伸長(如柱狀 、針狀、纖維狀) 3種類型.而晶形則服從一系列幾何結(jié)晶學(xué)規(guī)律.
礦物單體間有時(shí)可以產(chǎn)生規(guī)則的連生,同種礦物晶體可以彼此平行連生,也可以按一定對(duì)稱規(guī)律形成雙晶,非同種晶體間的規(guī)則連生稱浮生或交生.
礦物集合體可以是顯晶或隱晶的.隱晶或膠態(tài)的集合體常具有各種特殊的形態(tài),如結(jié)核狀(如磷灰石結(jié)核)、豆?fàn)罨蝓b狀(如鮞狀赤鐵礦)、樹枝狀(如樹枝狀自然銅)、晶腺狀(如瑪瑙)、土狀(如高嶺石)等.
礦物的物理性質(zhì)
長期以來,人們根據(jù)物理性質(zhì)來識(shí)別礦物.如顏色、光澤、硬度、解理、比重和磁性等都是礦物肉眼鑒定的重要標(biāo)志.
作為晶質(zhì)固體,礦物的物理性質(zhì)取決於它的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu),并體現(xiàn)著一般晶體所具有的特性——均一性、對(duì)稱性和各向異性.
顏色
礦物的顏色多種多樣.呈色的原因,一類是白色光通過礦物時(shí),內(nèi)部發(fā)生電子躍遷過程而引起對(duì)不同色光的選擇性吸收所致;另一類則是物理光學(xué)過程所致.導(dǎo)致礦物內(nèi)電子躍遷的內(nèi)因,最主要的是:色素離子的存在,如Fe3+使赤鐵礦呈紅色,V3+使釩榴石呈綠色等;是晶格缺陷形成“色心”,如螢石的紫色等.礦物學(xué)中一般將顏色分為3類:自色是礦物固有的顏色;他色是指由混入物引起的顏色;假色則是由於某種物理光學(xué)過程所致,如斑銅礦新鮮面為古銅紅色 ,氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈現(xiàn)藍(lán)紫色的錆色,礦物內(nèi)部含有定向的細(xì)微包體,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)礦物時(shí)可出現(xiàn)顏色變幻的變彩,透明礦物的解理或裂隙有時(shí)可引起光的干涉而出現(xiàn)彩虹般的暈色等.
條痕
指礦物在白色無釉的瓷板上劃擦?xí)r所留下的粉末痕跡.條痕色可消除假色,減弱他色,通常用於礦物鑒定.
光澤
指礦物表面反射可見光的能力.根據(jù)平滑表面反光的由強(qiáng)而弱分為金屬光澤(狀若鍍克羅米金屬表面的反光,如方鉛礦)、半金屬光澤(狀若一般金屬表面的反光,如磁鐵礦)、 金剛光澤(狀若鉆石的反光,如金剛石)和玻璃光澤(狀若玻璃板的反光,如石英)四級(jí).金屬和半金屬光澤的礦物條痕一般為深色,金剛或玻璃光澤的礦物條痕為淺色或白色.此外,若礦物的反光面不平滑或呈集合體時(shí),還可出現(xiàn)油脂光澤、樹脂光澤、蠟狀光澤、土狀光澤及絲絹光澤和珍珠光澤等特殊光澤類型.
透明度
指礦物透過可見光的程度.影響礦物透明度的外在因素(如厚度、含有包裹體、表面不平滑等)很多,通常是在厚為0.03毫米薄片的條件下,根據(jù)礦物透明的程度,將礦物分為:透明礦物(如石英)、半透明礦物(如辰砂)和不透明礦物(如磁鐵礦).許多在手標(biāo)本上看來并不透明的礦物,實(shí)際上都屬於透明礦物如普通輝石等.一般具玻璃光澤的礦物均為透明礦物,顯金屬或半金屬光澤的為不透明礦物,具金剛光澤的則為透明或半透明礦物.
斷口、解理與裂理
礦物在外力作用如敲打下,沿任意方向產(chǎn)生的各種斷面稱為斷口.斷口依其形狀主要有貝殼狀、鋸齒狀、參差狀、平坦?fàn)畹?在外力作用下礦物晶體沿著一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的固有特性稱為解理.解理面平行於晶體結(jié)構(gòu)中鍵力最強(qiáng)的方向,一般也是原子排列最密的面網(wǎng)發(fā)生,并服從晶體的對(duì)稱性.解理面可用單形符號(hào)(見晶體)表示,如方鉛礦具立方體{100}解理、普通角閃石具{110}柱面解理等.根據(jù)解理產(chǎn)生的難易和解理面完整的程度將解理分為極完全解理(如云母)、 完全解理(如方解石)、中等解理(如普通輝石)、不完全解理(如磷灰石)和極不完全解理(如石英).裂理也稱裂開,是礦物晶體在外力作用下沿一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的非固有性質(zhì).它外觀極似解理,但兩者產(chǎn)生的原因不同.裂理往往是因?yàn)楹s質(zhì)夾層或雙晶的影響等并非某種礦物所必有的因素所致.
硬度
是指礦物抵抗外力作用(如刻劃、壓入、研磨)的機(jī)械強(qiáng)度.礦物學(xué)中最常用的是摩斯硬度,它是通過與具有標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物相互刻劃比較而得出的.10種標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物組成了摩斯硬度計(jì),它們從1度到 10度分別為滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、 金剛石.十個(gè)等級(jí)只表示相對(duì)硬度的大小,為了簡便還可以用指甲(2.5)、小鋼刀(5~5.5)、窗玻璃(5.5)作為輔助標(biāo)準(zhǔn),粗略地定出礦物的摩斯硬度.另一種硬度為維氏硬度,它是壓入硬度,用顯微硬度儀測出,以千克/平方毫米表示.摩斯硬度 H m與維氏硬度H v的大致關(guān)系是(kg/mm2),礦物的硬度與晶體結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵型、原子間距、電價(jià)和原子配位等密切相關(guān).
比重
指礦物與同體積水在 4℃時(shí)重量之比.礦物的比重取決於組成元素的原子量和晶體結(jié)構(gòu)的緊密程度.雖然不同礦物的比重差異很大,琥珀的比重小於 1,而自然銥的比重可高達(dá)22.7,但大多數(shù)礦物具有中等比重(2.5~4).礦物的比重可以實(shí)測,也可以根據(jù)化學(xué)成分和晶胞體積計(jì)算出理論值.
彈性、撓性、脆性與延展性
某些礦物(如云母)受外力作用彎曲變形,外力消除,可恢復(fù)原狀,顯示彈性;而另一些礦物(如綠泥石)受外力作用彎曲變形,外力消除后不再恢復(fù)原狀,顯示撓性.大多數(shù)礦物為離子化合物,它們受外力作用容易破碎,顯示脆性.少數(shù)具金屬鍵的礦物(如自然金),具延性(拉之成絲)、展性(捶之成片).
磁性
根據(jù)礦物內(nèi)部所含原子或離子的原子本徵磁矩的大小及其相互取向關(guān)系的不同,它們?cè)诒煌獯艌鏊呕瘯r(shí)表現(xiàn)的性質(zhì)也不相同,從而可分為抗磁性(如石鹽)、 順磁性(如黑云母)、反鐵磁性(如赤鐵礦)、鐵磁性(如自然鐵)和亞鐵磁性(如磁鐵礦).由於原子磁矩是由不成對(duì)電子引起的,因而凡只含具飽和的電子殼層的原子和離子的礦物都是抗磁的,而所有具有鐵磁性或亞鐵磁性、反鐵磁性、順磁性的礦物都是含過渡元素的礦物.但若所含過渡元素離子中不存在不成對(duì)電子時(shí) (如毒砂),則礦物仍是抗磁的.具鐵磁性和亞鐵磁性的礦物可被永久磁鐵所吸引;具亞鐵磁性和順磁性的礦物則只能被電磁鐵所吸引.礦物的磁性常被用於探礦和選礦.
發(fā)光性
某些礦物受外來能量激發(fā)能發(fā)出可見光.加熱、摩擦以及陰極射線、紫外線、X 射線的照射都是激發(fā)礦物發(fā)光的因素.激發(fā)停止,發(fā)光即停止的稱為螢光;激發(fā)停止發(fā)光仍可持續(xù)一段時(shí)間的稱為燐光.礦物發(fā)光性可用於礦物鑒定、找礦和選礦.
礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)
化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)是每種礦物的基本特徵,是決定礦物形態(tài)和物理性質(zhì)以及成因的根本因素,也是礦物分類的依據(jù),礦物的利用也與它們密不可分.
礦物與地殼的化學(xué)組成
化學(xué)元素是組成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ).人們對(duì)地殼中產(chǎn)出的礦物研究較為充分.地殼中各種元素的平均含量(克拉克值) 不同.氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八種元素就占了地殼總重量的97%,其中氧約占地殼總重量的一半(49%),硅占地殼總重的1/4以上(26%).故地殼中上述元素的氧化物和氧鹽(特別是硅酸鹽)礦物分布最廣,它們構(gòu)成了地殼中各種巖石的主要組成礦物.其馀元素相對(duì)而言雖微不足道,但由於它們的地球化學(xué)性質(zhì)不同,有些趨向聚集,有的趨向分散.某些元素如銻、鉍、金、銀、汞等克拉克值甚低,均在千萬分之二以下,但仍聚集形成獨(dú)立的礦物種,有時(shí)并可富集成礦床;而某些元素如銣、鎵等的克拉克值雖遠(yuǎn)高於上述元素,但趨於分散,不易形成獨(dú)立礦物種,一般僅以混入物形式分散於某些礦物成分之中.
礦物晶體結(jié)構(gòu)中原子的堆積(排列)與配位數(shù)
在非共價(jià)鍵的礦物(如自然金屬、鹵化物及氧化物礦物等)晶體結(jié)構(gòu)中,原子常呈最緊密堆積(見晶體),配位數(shù)即原子或離子周圍最鄰近的原子或異號(hào)離子數(shù),取決於陰陽離子半徑的比值.當(dāng)共價(jià)鍵為主時(shí)(如硫化物礦物),配位數(shù)和配位型式取決於原子外層電子的構(gòu)型,即共價(jià)鍵的方向性和飽和性.對(duì)於同一種元素而言, 其原子或離子的配位數(shù)還受到礦物形成時(shí)的物理化學(xué)條件的影響.溫度增高,配位數(shù)減小,壓力增大,配位數(shù)增大.礦物晶體結(jié)構(gòu)可以看成是配位多面體(把圍繞中心原子并與之成配位關(guān)系的原子用直線聯(lián)結(jié)起來獲得的幾何多面體)共角頂、共棱或共面聯(lián)結(jié)而成.
礦物成分和晶體結(jié)構(gòu)的變化
一定的化學(xué)成分和一定的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)礦物種.但化學(xué)成分可在一定范圍內(nèi)變化.礦物成分變化的原因,除那些不參加晶格的機(jī)械混入物、膠體吸附物質(zhì)的存在外,最主要的是晶格中質(zhì)點(diǎn)的替代,即類質(zhì)同象替代,它是礦物中普遍存在的現(xiàn)象.可相互取代、在晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)等同位置的兩種質(zhì)點(diǎn),彼此可以呈有序或無序的分布(見有序-無序).
礦物的晶體結(jié)構(gòu)不僅取決於化學(xué)成分,還受到外界條件的影響.同種成分的物質(zhì),在不同的物理化學(xué)條件(溫度、壓力、介質(zhì))下可以形成結(jié)構(gòu)各異的不同礦物種.這一現(xiàn)象稱為同質(zhì)多象.如金剛石和石墨的成分同樣是碳單質(zhì),但晶體結(jié)構(gòu)不同,性質(zhì)上也有很大差異.它們被稱為碳的不同的同質(zhì)多象變體.如果化學(xué)成分相同或基本相同,結(jié)構(gòu)單元層也相同或基本相同,只層的疊置層序有所差異時(shí),則稱它們?yōu)椴煌亩嘈?如石墨2H 多型(兩層一個(gè)重復(fù)周期,六方晶系)和3R 多型(三層一個(gè)重復(fù)周期,三方晶系).不同多型仍看作同一個(gè)礦物種.
礦物的晶體化學(xué)式
礦物的化學(xué)成分一般采用晶體化學(xué)式表達(dá).它既表明礦物中各種化學(xué)組分的種類、數(shù)量,又反映了原子結(jié)合的情況.如鐵白云石 Ca(Mg,Fe,Mn)[CO3]2,圓括號(hào)內(nèi)按含量多少依次列出相互成類質(zhì)同象替代的元素,彼此以逗號(hào)分開;方括號(hào)內(nèi)為絡(luò)陰離子團(tuán).當(dāng)有水分子存在時(shí) ,常把它寫在化學(xué)式的最后,并以圓點(diǎn)與其他組分隔開,如石膏Ca[SO4]?2 H2O.
礦物的成因產(chǎn)狀
礦物是化學(xué)元素通過地質(zhì)作用等過程發(fā)生運(yùn)移、聚集而形成.具體的作用過程不同,所形成的礦物組合也不相同.礦物在形成后,還會(huì)因環(huán)境的變遷而遭受破壞或形成新的礦物.
形成礦物的地質(zhì)作用
巖漿作用發(fā)生於溫度和壓力均較高的條件下.主要從巖漿熔融體中結(jié)晶析出橄欖石、輝石、閃石、云母、長石、石英等主要造巖礦物,它們組成了各類巖漿巖.同時(shí)還有鉻鐵礦、鉑族元素礦物、金剛石、釩鈦磁鐵礦、銅鎳硫化物以及含磷、鋯、鈮、鉭的礦物形成.偉晶作用中礦物在700~400℃、外壓大於內(nèi)壓的封閉系統(tǒng)中生成.所形成的礦物顆粒粗大.除長石、云母、石英外,還有富含揮發(fā)組分氟、硼的礦物如黃玉、電氣石, 含鋰、鈹、銣、銫、鈮、鉭、稀土等稀有元素的礦物如鋰輝石、綠柱石和含放射性元素的礦物形成.熱液作用中礦物從氣液或熱水溶液中形成.高溫?zé)嵋?(400~300℃)以鎢、錫、的氧化物和鉬、鉍的硫化物為代表;中溫?zé)嵋?300~200℃)以銅、鉛、鋅的硫化物礦物為代表;低溫?zé)嵋?(200~50℃)以砷、銻、汞的硫化物礦物為代表.此外,熱液作用還有石英、方解石、重晶石等非金屬礦物形成.
風(fēng)化作用中早先形成的礦物可在陽光、大氣和水的作用下化學(xué)風(fēng)化成一些在地表?xiàng)l件下穩(wěn)定的其他礦物,如高嶺石、硬錳礦、孔雀石、藍(lán)銅礦等.金屬硫化物礦床經(jīng)風(fēng)化產(chǎn)生的 CuSO4和FeSO4溶液,滲至地下水面以下,再與原生金屬硫化物反應(yīng),可產(chǎn)生含銅量很高的輝銅礦、銅藍(lán)等,從而形成銅的次生富集帶.化學(xué)沉積中,由真溶液中析出的礦物如石膏、石鹽、鉀鹽,硼砂等;由膠體溶液凝聚生成的礦物如鮞狀赤鐵礦、腎狀硬錳礦等.生物沉積可形成如硅藻土(蛋白石)等.
區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦物趨向於結(jié)構(gòu)緊密、比重大和不含水.在接觸變質(zhì)作用中,當(dāng)圍巖為碳酸鹽巖石時(shí),可形成夕卡巖,它由鈣、鎂、鐵的硅酸鹽礦物如透輝石、透閃石、石榴子石、符山石、硅灰石、硅鎂石等組成.后期常伴隨著熱液礦化形成銅、鐵、鎢和多金屬礦物的聚集.圍巖為泥質(zhì)巖石時(shí)可形成紅柱石、堇青石等礦物.
礦物的組合、共生、伴生、標(biāo)型特徵
礦物在空間上的共存稱為組合.組合中的礦物屬於同一成因和同一成礦期形成的,則稱它們是共生,否則稱為伴生.研究礦物的共生、伴生、組合與生成順序,有助於探索礦物的成因和生成歷史.就同一種礦物而言,在不同的條件下形成時(shí),其成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)或物性上可能顯示不同的特徵,稱為標(biāo)型特徵,它是反映礦物生成和演化歷史的重要標(biāo)志.
礦物的分類
礦物的分類方法很多.早期曾采用純以化學(xué)成分為依據(jù)的化學(xué)成分分類.以后有人提出以元素的地球化學(xué)特徵為依據(jù)的地球化學(xué)分類,以礦物的工業(yè)用途為依據(jù)的工業(yè)礦物分類等.一般廣泛采用以礦物本身的成分和結(jié)構(gòu)為依據(jù)的晶體化學(xué)分類.
礦物分為下列大類:自然元素礦物、硫化物及其類似化合物礦物、鹵化物礦物、氧化物及氫氧化物礦物、含氧鹽礦物(包括硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、硫酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽礦物等).
礦物的命名
中國習(xí)慣上把具金屬或半金屬光澤的、或可以從中提煉某種金屬的礦物,稱為某某“礦”,如方鉛礦、黃銅礦;把具玻璃或金剛光澤的礦物稱為某某“石”,如方解石、孔雀石;把硫酸鹽礦物常稱為某“礬”,如膽礬、鉛礬;把玉石類礦物常稱為某“玉”,如硬玉、軟玉;把地表松散礦物常稱為某“華”,如砷華、鎢華.至於具體命名則又有各種不同的依據(jù).有的依據(jù)礦物本身的特徵,如成分、形態(tài)、物性等命名;有的以發(fā)現(xiàn)、產(chǎn)出該礦物的地點(diǎn)或某人的名字命名.例如鋰鈹石liberite(成分)、金紅石rutile(顏色)、重晶石barite(比重大)、十字石 staurolite(雙晶形態(tài))、香花石hsianghualite(發(fā)現(xiàn)於湖南臨武香花嶺)、彭志忠石 pengzhizhongite(紀(jì)念中國結(jié)晶學(xué)家和礦物學(xué)家彭志忠)等.礦物的中文名稱除少數(shù)由中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)和命名(如鋰鈹石、香花石、彭志忠石等)及沿用中國古代名稱(如石英、云母、方解石、雄黃等)者外,主要均來源於外文名稱.其中有的意譯,如上述的金紅石、重晶石、十字石等;少數(shù)為音譯,如埃洛石(halloysite)等;大多數(shù)則系根據(jù)礦物成分,間或考慮物性、形態(tài)等特徵另行定名,如硅灰石(原文wollastonite為紀(jì)念英國化學(xué)家W.H.Wollaston而來)、黝銅礦(原文 tetrahedrite,意譯應(yīng)為四面體礦)等;還有音譯首音節(jié)加其他考慮的譯名,如拉長石(原文labradorite來源於加拿大地名Labrador)等.
新礦物
世界上已知礦物約3000種.隨著研究手段的改進(jìn),新礦物種的發(fā)現(xiàn)逐年增多.若以20年為一個(gè)計(jì)算單位,則新礦物的發(fā)現(xiàn),1880~1899年為87種 ,1900~1919年為185種,1920~1939年為256種,1940~1959年為347種.80年代平均每年發(fā)現(xiàn)新礦物約 40~50種.中國從1958年發(fā)現(xiàn)香花石開始,至1989年已發(fā)現(xiàn)新礦物約70種.匿名用戶 | 2017-05-23 12:35
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