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두 모래시계 이야기
: 방사성동위원소 연대측정과 헬륨 문제
(A Tale of Two Hourglasses)
Russell Humphreys

대구지부 월간소식지 창조 제51호

  당신이 부엌에서 달걀 조리에 쓰는 3분용 모래시계와 60분용 모래시계를 동시에 시작한 다음 자리를 떠났다. 잠시 뒤에 돌아와서 보니, 60분용 모래시계는 완전히 내려갔지만, 3분용 모래시계는 아직도 모래가 남아 있었다면, 두 시계 중에서 하나는 분명 무엇인가 잘못되었음이 틀림없다.

RATE 프로젝트[1]는 방사성동위원소 연대측정법의 이러한 놀라운 모순되는 사례들을 밝혀오고 있다. RATE 프로젝트의 놀라운 결과를 발표했던 수십억 년이 아니라, 수천 년(Thousands... not billions)”이라는 제목의 세미나에서[2], 나는 한 쌍의 모순되는 시계를 설명하기 위해서 두 모래시계 그림을 사용했었다. 사용된 모래시계들은 조암광물 내에서 변하고 있는 우라늄, 납, 헬륨 시계들이었다. 나는 이 기회에 모래시계 사례를 더 충분히 설명하기를 원한다. 왜냐하면 이것은 수십억 년이 아니라, 대략 6천 년이라는 지구역사의 성경적 시간척도를 지지하는 매우 고무적인 몇 가지 과학적 증거들을 잘 설명하고 있기 때문이다.


방사성 결정들은 헬륨을 만들고 잃어버린다.

두 모래시계를 이해하기 위해서, 화강암질 암석 내에 흔히 있는 미세한 방사성 지르콘(zircon, 다양한 색의 정방정계의 광물) 결정 안에서 무엇이 일어나는지 알 필요가 있다. 식어가는 마그마(용융된 암석)에서 지르콘 결정이 형성되기 시작할 때, 그것은 마그마로부터 우라늄 원자를 흡수하고 납 원자를 방출한다.[3]

지르콘이 완전히 형성되고 마그마가 좀 더 식은 후에, 흑운모(biotite)라고 불리는 검은색 운모 결정들이 그 주변에 형성된다. 석영(quartz)과 장석(feldspar)과 같은 다른 광물들은 흑운모 주변에 결정화해서 암석을 채운다. 우라늄 원자의 핵(지르콘에 파묻혀 있는)들은 일련의 중간 원소들을 거쳐 마침내 납 원자의 핵이 될 때까지 붕괴한다. 많은 중간 원자핵들은 알파 입자(alpha particles)들을 방출하는데, 그것은 헬륨 원자들의 핵이다. 지르콘 크기를 고려할 때, 빨리 움직이는 많은 알파 입자들은 지르콘 내에서 느려져서 멈춰진다. 그런 다음, 그것들은 주변 광물로부터 각각 두 개의 전자를 모아 헬륨 원자들이 된다. 따라서 하나의 우라늄 238 원자가 하나의 납 206 원자로 될 때, 8개의 헬륨 원자들이 만들어진다.

헬륨 원자들은 가볍고, 빨리 움직이며, 다른 원자들에 화학적으로 달라붙지 않는다. 그것들은 물질의 원자들 사이를 요리조리 잘 빠져나가서 가능한 한 멀리까지 흩어진다. 이러한 확산(diffusion, spreading, 흩어짐) 과정은 헬륨이 대부분의 물질들 밖으로 빨리 빠져나가도록 하며, 한 세기에 걸쳐 이론적으로 잘 이해되어 있다.
 

핵붕괴 모래시계

지르콘의 연대를 측정하는 전통적인 방식은 우라늄이 납으로 붕괴하는 것을 이용한다. 왜냐하면, 지르콘은 처음에 납을 거의 가지고 있지 않기 때문에, 본질적으로 오늘날 지르콘 내의 모든 납 206 원자들은 우라늄 238의 붕괴로부터 왔음에 틀림없다. 실험실에서 측정된 붕괴속도가 전 시대 동안에 동일하게 유지되었다고 가정할 때, 지구과학자들은 현재 결정 내에 존재하는 우라늄과 납의 양을 가지고 붕괴가 얼마나 오랫동안 일어났었는지를 계산할 수 있다. 우리가 연구한 지르콘(수마일 지하에서 채취한)의 경우, 그 계산된 연대는 15억(±2천만) 년이었다.

이러한 연대측정법을 한 모래시계가 나타내고 있다. 위에 있는 붉은 색의 모래는 지르콘 내의 우라늄 238을 나타낸다. 초기 지르콘에는 납이 하나도 없었다고 생각할 때, 처음에 모든 모래는 모래시계 상부에 있었다는 것과 같다. 아래에 있는 초록색 모래는 지르콘 내의 납 206을 나타낸다. 목 부분을 통해 떨어지는 붉은 색 모래는 초록색으로 바뀌는데, 이것은 우라늄에서 납으로의 핵변환을 나타낸다. 여기서 모래시계의 목 부분은 속도를 조절하고 있다. 만약 목의 크기가 결코 변하지 않는다면, 현재 떨어지는 속도와 상부와 하부에 있는 모래 양을 가지고, 이 과정이 얼마나 오랫동안 진행되었는지를 알 수 있을 것이다.


헬륨은 모래시계를 빠져 나간다.

지하 깊은 곳에 있는 지르콘들에 아직도 많은 헬륨들이 남아있다는 보고를 통해서[4], 나는 지르콘의 연대를 측정하는 새로운 방법인 헬륨누출 연대측정법(helium leak dating)에 대한 아이디어를 얻었다. 지르콘 결정내의 납 원자들의 수는(알파입자의 범위에 따른 상대적 크기를 아는 것과 더불어) 결정체 내의 핵붕괴로 헬륨원자들이 얼마나 형성되었을 지를 말해준다. 보고의 지르콘들은 (같은 장소에서 채취된 같은 크기의 지르콘들을 우리가 좀더 추가함) 축적된 원래 헬륨의 상당한 양(그들 장소의 온도가 다름에 따라 다른)들을 함유하고 있었다. 따라서 얼마나 많은 헬륨들이 결정체로부터 유출되었는지를 알 수 있었다. 우리는 또한 유출된 것과 같은 양의 헬륨이 여전히 주변 광물, 즉 흑운모 안에 존재하고 있음도 발견하였다. 그 당시 우리는 헬륨이 지르콘에서 빠져나가는 속도를 알지 못했다. 만약 알았더라면, 그것이 얼마나 오랫동안 유출되고 있었는지를 계산할 수 있었을 것이다. 대략적으로 말하자면, 헬륨의 유출량을 감소속도로 나누면, 지르콘의 연대를 얻을 수 있을 것이었다. 두 번째 모래시계는 이 방법을 나타내고 있다. 위에 있는 금빛모래는 지르콘 내에 여전히 있는 헬륨 원자를 나타내고, 아래쪽에 있는 금빛모래는 지르콘에서 흑운모까지 유출된 헬륨을 나타낸다. 이 두 번째 모래시계의 목 부분은 지르콘에서 빠져나가는 헬륨의 유출속도를 나타낸다.
 

예측, 실험 및 결과

유출율(leak rate)을 몰랐기 때문에, 우리는 계산을 거꾸로 하였다. 각 온도에서 유출된 헬륨의 양을 성경적 지구연대인 약 6,000년으로 나누었다. 만약 성경적 연대가 옳다면, 그것은 나중에 실험에서 보여줄 손실율에 대한 예측치일 것이다. 대조를 위해, 15억 년이라는 우라늄-납 연대가 옳을 경우의 손실율도 계산했다. 2000년에 우리는 두 모델을 모두 발표했다.[5]
 
그 다음 해인 2001년에, 다양한 온도에서 특정 지르콘의 유출율을 측정하기 위해서 이 분야에서 세계 최고의 실험가들 중의 한 사람에게(익명의 중개자를 통해) 실험을 의뢰했다. 창조론자가 아닌 그는 우리의 예측치를 알지 못했다. 우리는 그 실험에 참여하지 않았기 때문에, 그 결과에 대해 어떠한 조정도 할 수 없었다. 그것은 편견이 없는 객관적인 자료를 얻기 위한 이상적인 방법이었다.

그 결과들을 그래프로 표시했을 때, 그것들은 6,000년이라는 예측치와 맞아 떨어졌다. 결과 자료와 예측치 둘의 통계적 편차 막대는 거의 겹쳐지는 중간점을 가지며 정확하게 맞물렸다. 이론에 의한 예측치와 실험에 의한 결과치가 일치하는 이 놀라운 정렬은 우연히 일어났을 것 같지 않다. 이것은 헬륨 모래시계를 정확하게 이해했다는 자신감을 우리에게 주었다. 대조적으로 그 결과치들은 15억 년 모델보다 10만 배 이상 높았고, 통계적 오류가 허용할 수 있는 범위보다 엄청나게 더 멀리 떨어져 있었다. 그 다음, 헬륨 모래시계로부터 하나의 눈금표시(6,000(±2,000)년이라는)를 얻기 위해, 관측된 헬륨 손실량을 측정된 유출율로 나누었다.
 

어느 모래시계가 옳은가?

헬륨유출 모래시계는 6,000년을 말하고, 우라늄-납 모래시계는 15억을 말한다. 이러한 불일치는 통계적 오류범위를 훨씬 넘어서는 것이다. 적어도 이 두 모래시계 중에 하나는 잘못된 것이 분명하다. 헬륨 모래시계가 그처럼 잘못될 수 있을까? 'RATE 결과' 보고책자에서 내가 쓴 단원에는 헬륨 모래시계가 그렇게 잘못될 것 같지 않음을 보여주고 있다.[6] 예를 들면, 온도는 헬륨 확산(유출)속도를 변화시킬 수 있다. 그러나 측정된 헬륨의 양을 유지하기 위해서는, 이들 지르콘들은 추정되는 장구한 지질시대의 대부분의 기간동안 -78℃(-108°F) 정도의 드라이아이스만큼 차가웠어야했다. 이렇게 낮은 온도는 우리가 채취한 지르콘의 깊이에서는 불가능하다. 두 번째 예로, 확산을 통제하는 물리법칙들에 커다란 변화가 있었다면 그러한 차이가 있을 수도 있다. 그러나 이 또한 일어났을 것 같지 않다. 왜냐하면 같은 법칙이 또한 생화학도 지배하기 때문이다. 지구상의 모든 생명체들을 파괴하지 않으면서, 그와 같은 변화가 일어났다는 것을 상상하기란 어렵다.
 
한편, 원자핵을 지배하는 물리법칙(physical laws)들에서의 변화는 핵 바깥쪽에 있는 것들(전자, 화학, 혹은 생명과 같은)에게는 크게 영향을 끼치지 않았을 것이다. RATE의 가설은 지구 역사의 여러 단기간의 사건들(예를 들어 창세기 홍수 같은) 동안에 그것이 있었다는 것이다. 하나님은 핵붕괴(nuclear decay)를 크게 가속화시키기 위해서, 핵력(nuclear forces)을 변화시키셨다. 특히 오늘날에 핵붕괴는 매우 느리게 일어나고 있다. 나는 하나님이 정확히 그렇게 하셨음을 보여주는 많은 성경구절을 논해왔었다.[7]

가속화된 핵붕괴(accelerated nuclear decay)는 우라늄-납 모래시계의 목 부분에 하나의 밸브(valve)가 있었다는 것을 의미할 수도 있다. 밸브가 넓게 열려 있을 때, 짧은 시간동안이라도 대부분의 모래가 바닥으로 떨어질 수 있다. 이러한 가속은 수십억 년을 성경의 6,000년으로 낮출 수 있을 것이다.
 
 
연구자료

물론, 세부적인 내용들은 일반인들을 위한 이와 같은 요약된 글에서 기술한 것보다 훨씬 복잡하다. 전문적인 독자들은 방사성붕괴 시에 발생하는 과도한 열(excess radiogenic heat)과 같은 문제를 다루고 있는 여러 전문 자료들을[8-10] 공부하기를 원할 수도 있다. 회의론자들에 대한 답은 온라인에 있다.[11] 많은 일반인들의 자료들은[12-14] 이러한 결과들을 사용하여 수십억 년이라는 신화를 무너뜨리는 데에 도움이 될 것이다.


 

Footnotes

RATE I: Radioisotopes and the Age of The Earth, L. Vardiman et al., eds. (San Diego, CA: Institute for Creation Research and the Creation Research Society, 2000), 676 pp.

RATE II: Radioisotopes and the Age of The Earth: Results of a Young-Earth Creationist Research Initiative, (Volume II), L. Vardiman et al., eds. (San Diego, CA: Institute for Creation Research and the Creation Research Society, 2005), 818 pp.

All books and DVDs below available at www.icr.org, Online Store section.

1. RATE stands for Radioisotopes and the Age of The Earth. See numerous pages at www.icr.org.

2. ICR. 2006. RATE premier conference, 2-disc DVD.

3. Watson, E. B., et al. 1997. The incorporation of Pb into zircon. Chemical Geology 141:19-31.

4. Gentry, R. V., et al. 1982. Differential helium retention in zircons: implications for nuclear waste containment. Geophysical Research Letters 9(10):1129-1130.

5. Humphreys, D. R. 2000. Accelerated nuclear decay: a viable hypothesis? RATE I: 348.

6. Humphreys, D. R. 2005. Young helium diffusion age of zircons supports accelerated nuclear decay. RATE II: 58-65, 83-93.

7. Humphreys, D. R. 2000. RATE I: 351-356.

8. Humphreys, D. R. 2005. RATE II: 25-100.

9. Humphreys, D. R. 2004. Helium diffusion age of 6000 years supports accelerated nuclear decay. Creation Research Society Quarterly 41(1):1-16. See archived article at http://www.creationresearch.org/crsq/articles/41/41-1/Helium.htm.

10. Vardiman, L. 2004. RATE posters well received at AGU conference. ICR.org.
http://www.icr.org/research/index/researchp-aguconference/.

11. Humphreys, D. R. 2005. Helium evidence for a young world remains crystal-clear. True Origin.org. http://www.trueorigin.org/helium01.asp. See also Humphreys's Helium evidence for a young world overcomes pressure, 2006, http://www.trueorigin.org/helium02.asp.

12. DeYoung, D. 2005. Thousands . . . not billions, Green Forest, AR: Master Books.

13. ICR. 2006. Thousands . . . not billions study guide. El Cajon, CA: ICR.

14. ICR. 2005. Thousands . . . not billions. DVD. El Cajon, CA: ICR.

*Dr. Humphreys is an Associate Professor of Physics at ICR.

 

*참조 : Contra Rb-Sr dating
http://creationontheweb.com/content/view/1806

Is the Lava Dome at Mount St. Helens Really a Million Years Old?
http://www.creationism.org/articles/msh_lavadome.htm

The failure of U-Th-Pb ‘dating’ at Koongarra, Australia
http://creationontheweb.com/content/view/1780

 

출처 : ICR, Impact No. 402, 2006.
URL : http://www.icr.org/article/3131/
번역자 : 한국창조과학회 대구지부

관련 자료 링크:

1. ICR이 방사성동위원소 연대측정의 유효성에 도전하다. : RATE 프로젝트의 결과 보고 1 (ICR Challenges Validity of Radiometric Dating)
2. 지구의 나이에 대한 새로운 과학적 증거들
3. 젊은 지구를 뒷받침하는 RATE의 새로운 자료 (New RATE Data Support A Young World)
4. 폴로늄 방사성후광 : 실험되고 입증된 그들의 형성 모델 Polonium Radiohalos : The Model for Their Formation Tested and Verified
5. 방사성의 10억 배 가속이 실험실에서 증명되었다 (Billion-fold Acceleration of Radioactivity Demonstrated in Laboratory)
6. 방사성동위원소 연대측정의 돌파구 (Radiometric dating breakthroughs)
7. 진화론의 한 상징물에 맞서는 ICR 회의 (ICR Conference to Confront an Icon of Evolution!)
8. 방사성 연대측정과 순환논법 (Radiogenic Dating and Circular Logic)
9. 과거에 가속화됐던 방사성붕괴 속도 (Accelerated radioactive decay in the past)
10. 그랜드 캐년 암석에 대한 방사성 동위원소 연대측정 : 오래된 연대 지질학의 또 하나의 압도적인 실패 (Radioisotope Dating of Grand Canyon Rocks)
11. 첫 번째 ‘RATE' 학술회의 : RATE 프로젝트의 결과 보고 2 (A First 'RATE' Conference)
12. 핵붕괴 : 젊은 세계에 대한 증거 (Nuclear Decay : Evidence for a Young World)
13. <리뷰> 방사성 동위원소 연대측정의 알려지지 않은 사실들 (The way it really is : little-known facts about radiometric dating)
14. 그랜드 캐년의 암석들에 대한 방사성 동위원소 연대측정 (Radioisotope dating of rocks in the Grand Canyon)
15. 과도한 아르곤 : 화산암에 대한 K-Ar, Ar-Ar 연대측정에 있어서 아킬레스 건 (Excess Argon : The Achillies' Heel of Potassium-Argon and Argon-Argon Dating of Volcanic Rocks
16. 방사성탄소 연대측정은 얼마나 정확한가? (How Accurate Is Radiocarbon Dating?)
17. 화석 나무에서 과도하게 부풀려지는 방사성탄소 연대 : 밝혀진 새로운 메커니즘 (Much-inflated carbon-14 dates from subfossil trees : a new mechanism)
18. 연대 측정의 딜레마 : 고대 사암 속에 화석 나무 (Dating dilemma : fossil wood in 'ancient' sandstone)
19. 방사성탄소(C-14) 연대측정은 지구의 나이가 오래 되었음을 입증했는가? (Does carbon dating prove the Earth is millions of years old?)
20. 방사성 동위원소 연대측정법
21. 지구상에서 가장 오래된 암석의 연대는 틀렸다. (Earth's Oldest Rock Has the Wrong Date)
22. 방사성 붕괴 속도는 안정적이지 않다. : 캐비테이션은 토륨의 붕괴 속도를 1만 배 가속시켰다. (Radioactive Decay Rates Not Stable)
23. 방사성 동위원소 연대측정 방법의 부정확성이 공식적으로 제기됐다. (It's Official: Radioactive Isotope Dating Is Fallible)
24. 태양이 방사성 동위원소의 붕괴 속도를 변화시킨다. (The Sun Alters Radioactive Decay Rates)
25. 지질학적 연대측정을 뒤집는 발견 : 지르콘 결정들은 서로 다른 연대를 나타냈다. (Discovery Upsets Geological Dating)
26. 방사성 동위원소 붕괴 속도의 변동이 또 다시 확인되었다. (Fluctuations Show Radioisotope Decay Is Unreliable)
27. 방사성 동위원소 연대로 1/3이 더 젊어진 행성들의 나이 : 사마륨-146의 반감기는 이전 평가의 66% 였다. (Planetary Radiometric Dates 1/3 Younger)
28. 북해의 깊은 대양 바닥에서 침몰한 문명이 발견됐다. : 마침내 발견된 영국의 아틀란티스? (Making Sense of Britain's Atlantis)
29. 사라진 도시 아틀란티스의 발견? (Has the Lost City of Atlantis Been Found?)
30. 공룡 뼈에 대한 방사성탄소(C-14) 연대측정이 실시됐다. : 22,000~39,000년의 측정 결과는 공개되지 못했다! (Radiocarbon in dino bones : International conference result censored)
31. 7천만 년 전으로 주장되는 모사사우루스의 연부조직에 대한 놀라운 방사성탄소 연대측정 결과. (Carbon Dating of '70 Million Year Old' Mosasaur Soft Tissues Yields Surprising Results)
32. 화석, 석탄, 다이아몬드에 존재하는 방사성탄소 (Carbon-14 in Fossils, Coal, and Diamonds)
33. “오래된” 화석나무 내의 방사성탄소(C-14) (Radiocarbon in Ancient Fossil Wood)
34. 실험에 의해 13,000 년으로 입증된 백악기의 석회암
35. 대립속의 연대측정, 어느 연대를 믿을 것인가? : 2천만 년 됐다는 목재 시료의 C-14연대는 36,440년? (Dating in conflict : Which ‘age’ will trust?)
36. 나무의 나이테에 기록된 최근의 강력한 우주방사선 (Tree Rings Point to a Recent Cosmic Ray Event)
37. 개가 냄새로 화석을 찾아낼 수 있는 이유는? : 냄새가 나는 화석이 수백만 년 전의 것일 수 있을까? (Can This Dog Sniff Out Fossils?)
38. 바다 물속에서 고대 숲이 발견됐다. : 신선한 나무 냄새가 나는 목재가 52,000년 전의 것? (Underwater Forest Discovered: How Old?)
39. 공룡 연부조직의 발견으로 인한 20년 간의 동요 : 화석에서 나는 냄새는 보고될 수 없었다. (Double-decade dinosaur disquiet)
40. 다이아몬드 내의 방사성탄소는 수십억 년의 연대를 거부한다. (Diamonds: a creationist’s best friend Radiocarbon in diamonds: enemy of billions of years)
41. 새롭게 밝혀진 한 화산의 연대 (How Not to Date a Volcano)
42. 두 모래시계 이야기 : 방사성동위원소 연대측정과 헬륨 문제 (A Tale of Two Hourglasses)
43. 또 다시 확인된 다이아몬드 내의 방사성탄소 : RATE 프로젝트의 C-14 연구 결과를 확증하다. (Radiocarbon in Diamonds Confirmed)
44. 지구의 나이 논쟁에 있어서 열쇠 : 노아 홍수는 장구한 시간과 양립될 수 없다 (The Key to the Age of the Earth)
45. 오래된 지구 연대를 믿는 것은 진화론을 수용하는데 영향을 미치고 있었다. (Students’ Perceptions of Earth’s Age Influence Acceptance of Human Evolution)
46. 데스 밸리에서 지질학자들의 추정 연대는 750%나 틀렸다. (Geologists 750% Wrong in Death Valley)
47. 신뢰할 수 없는 방사성 동위원소 연대측정 시계 (More Fluctuations Found in Isotopic Clocks)
48. 젊은 지구를 재확인한 RATE 현장의 아르곤 (Argon from RATE site confirms the earth is young. : A second noble gas testifies to the biblical 6,000 years)
49. 2014년에 가장 주목할 만한 뉴스 : 젊은 창조 연대 (2014 Most Notable News: Recent Creation)
50. 실제보다 오래된 연대를 나타내는 암석의 연대측정 결과 (How Rocks Can Look Older Than They Are)
51. 과학으로 포장되고 있는 신화 : 우주기원 핵종 연대측정 (Myths Dressed as Science)
52. 공룡 뼈에서 방사성탄소(C-14)가 또 다시 발견되었다! : 수억 수천만 년의 화석 연대와 지질시대가 붕괴되고 있다. (Carbon-14 Found in Dinosaur Bone)
53. 방사성탄소 연대측정은 화석연료의 탄소 배출 증가로 신뢰할 수 없는 방법이 되어가고 있다. (Radiocarbon Dating Becoming Unreliable)
54. 수십억 년의 태양계에서는 모든 것들이 기괴하다! (Solar System Is Weird Only if It Is Old)
55. 빠르고 저렴한 새로운 방사성탄소 연대측정 방법의 개발 (New Radiocarbon Measurement Device Promises Faster, Cheaper Date Testing)
56. 쉽게 번복되는 지층암석의 연대 : 진화론적 시간 틀에 맞춰지는 방사성동위원소 연대측정 (Radiometric backflip. Bird footprints overturn ‘dating certainty’)
57. 나무 나이테, 태양 폭발, 그리고 방사성탄소의 증가 : 과장된 오류 가능성의 과학적 주장과 가정들. (Radiation, Mistakes, and Assumptions)
58. 교회 교부들과 종교개혁자들은 어떤 창조론을 믿고 있었는가? (The Early Church on Creation)
59. 방사성 붕괴속도는 지속적으로 변해왔는가? (Can Radioactive Decay Constants Vary?)
60. 루미네선스 연대측정법에 사용되는 가정들 (Examining Thermoluminescence Dating)
61. 계속 증가하는 젊은 지구의 증거들! (2016년 톱 뉴스) (Top 2016 News: Evidence for Recent Creation)
62. 방사성탄소의 커다란 이상이 나이테에서 발견되었다. (“Extraordinary” Radiocarbon Anomaly Found in Tree Rings)
63. 방사성탄소 연대측정은 오래된 지구 연대를 부정한다. : 고대 시료에 존재하는 C-14을 설명해보려는 시도의 실패 (Radiocarbon Dating Can't Prove an Old Earth)
64. 진화론의 확산과 지구 나이의 변화 : 장구한 연대가 결정되는 과정을 추적한 책 ‘연대측정 게임’ (Western culture and the age of the earth. Review of ‘The Dating Game’ by Cherry Lewis)
 
 
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