Geologie

Die Geologie ist die Wissenschaft, deren Hauptuntersuchungsgegenstand die Erde , insbesondere die Lithosphäre, ist . Als bedeutende Disziplin der Geowissenschaften basiert sie zunächst auf Beobachtung, stellt dann Hypothesen zur Erklärung der Anordnung von Gesteinen und Strukturen auf, die sie beeinflussen, um ihre Geschichte und die daran beteiligten Prozesse zu rekonstruieren.Der Begriff "Geologie" bezeichnet auch alle geologischen Merkmale einer Region und erstreckt sich auf das Studium von Sternen .

Moderne Geologie nimmt Gestalt aus dem XVII - ten  Jahrhundert, den Wunsch , die Struktur der Erde und eine Reihe von Mechanismen hinter natürliche Phänomene zu verstehen. Die Entwicklung der Theorien der Geologie ist eng mit der Entwicklung der Theorien der verlinkten Kosmologie und Biologie , sondern auch eine ständig fortschreit Techniken und Werkzeuge aus dem Ende des verwendeten XIX - ten  Jahrhunderts. Die XX - ten  Jahrhundert ist das Jahrhundert der Gründung der wichtigsten Theorien moderne Geologie regeln, mit dem Entwicklungsmodell der Plattentektonik in den 1960er Jahren , aber auch Beobachtungstechniken verbessert, die vielen Fortschritte ermöglichen und die Entwicklung der Anwendung der Geologie in der Bereichen Wirtschaft und Industrie .

Die Geologie ist eine Wissenschaft mit vielen Spezialgebieten und erfordert Erkenntnisse aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen, wie Biologie , Physik (Strömungsmechanik, Petrochemie usw.) , Chemie , Materialwissenschaften , Kosmologie , Klimatologie , Hydrologie … Die Studienmethoden und geologischen Kenntnisse gelten in viele gesellschaftliche, wirtschaftliche und industrielle Bereiche, wie zum Beispiel der Nutzung von Rohstoffen , Tiefbau , Wasserressourcenmanagement, Wassermanagement. " Umwelt oder der Prävention von Naturgefahren .

Etymologie

Der Begriff Geologie stammt aus dem Altgriechischen  : γῆ (gễ, „Erde“) und λογία (logía, „Studie“).

Disziplinen der Geologie und angrenzende Disziplinen

Gesteinsstudien und ihre Geschichte

Petrographie und Petrologie

Petrographie bezieht sich auf das beschreibende Studium von Gesteinen. Je nach Art des untersuchten Gesteins spricht man von „ magmatischer Petrographie  “, „ sedimentärer Petrographie  “ oder „ metamorpher Petrographie  “. Eine petrographische Studie besteht darin, die verschiedenen Eigenschaften eines Gesteins (Textur, mineralogische Anordnung, Porosität usw.) durch direkte Beobachtungen, sowohl makroskopische als auch mikroskopische, und die Datenerfassung durch Unterwerfen von Proben mit verschiedenen Analysemethoden ( Röntgendiffraktometrie , Mikrosonde …).

Wenn die Petrographie nur Gesteine ​​beschreiben will, ist die Petrologie die Disziplin, deren Ziel es ist, die Mechanismen der Entstehung und Entwicklung eines Gesteins zu bestimmen. Eine petrologische Studie ist experimentell und versucht, die Bedingungen für die Entstehung und Entwicklung eines Gesteins während seiner Geschichte auf der Grundlage von Daten verschiedener Analysen (petrografisch, chemisch usw.) zu modellieren. Man unterscheidet zwischen der exogenen Petrologie, die sich mit den Entstehungsprozessen von Sedimentgesteinen an der Erdoberfläche befasst, und der endogenen Petrologie, die sich auf die Entstehungsprozesse magmatischer Gesteine ​​und auf metamorphe Prozesse innerhalb der Lithosphäre konzentriert.

Mineralogie

Die Mineralogie, ein Zweig, der sowohl mit Chemie als auch mit Geologie verbunden ist, bezieht sich auf das Studium und die Charakterisierung von Mineralien , festen und homogenen Substanzen im Allgemeinen anorganischen, deren Ansammlung Gesteine ​​​​bildet. Aufgrund der vielen Eigenschaften und chemischen und physikalischen Eigenschaften von Mineralien sowie ihrer großen Vielfalt basiert die Mineralogie auf vielen Teildisziplinen, wie Kristallographie (Struktur), Physik (optische Eigenschaften, Radioaktivität usw.) oder sogar Chemie (chemische Formel usw.). Da der Ort der Mineralien in der Geologie von wesentlicher Bedeutung ist, ist die Mineralogie eine fast unverzichtbare Disziplin jeder geologischen Untersuchung und gibt Aufschluss über viele Parameter (Härte, Spaltung, Bruch, Chemie usw.) der verschiedenen Mineralphasen und deren Wechselwirkungen.

Stratigraphie

Stratigraphie, manchmal auch historische Geologie genannt, ist ein multidisziplinärer Zweig, der die Anordnung verschiedener geologischer Schichten untersucht, um zeitliche Informationen abzuleiten. Es basiert auf verschiedenen Studientypen, wie der Lithostratigraphie (Studenten der Lithologie), der Biostratigraphie (Untersuchung von Fossilien und Biofazies) oder der Magnetostratigraphie (Magnetische Studien), deren Informationskorrelation es ermöglicht, die geologischen Schichten zu datieren andere und genau auf der geologischen Zeitskala zu platzieren . Diese Studien basieren auf einer Reihe von Prinzipien, die es ermöglichen, die Logik der Anordnung der geologischen Schichten zu erklären: das Prinzip der Überlagerung, das Prinzip der Kontinuität, das Prinzip der paläontologischen Identität, das Prinzip des Uniformitarismus….

Stratigraphie hat viele Anwendungen, sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie. Die Entwicklung der geologischen Zeitskala erfolgt anhand der verschiedenen stratigraphischen Informationen, die rund um den Globus gewonnen wurden; das nennt man Chronostratigraphie . Der Einsatz seismischer Methoden ermöglicht auch die Untersuchung von Ablagerungssequenzen am Rand von Sedimentbecken, wo die Abfolgen von Sequenzen durch Schwankungen des Meeresspiegels und tektonische Schwankungen gesteuert werden; man spricht dann von sequentieller Stratigraphie . Untersuchungen dieser Schichtanordnungen sind darüber hinaus bei der Suche nach Kohlenwasserstoffen nützlich.

Paläontologie

Die Paläontologie ist eine gemeinsame Disziplin mit Geologie und Biologie , deren Forschungsgebiet ausgestorbene Lebewesen aus der Analyse von Fossilien sind , um Rückschlüsse auf ihre Entwicklung im geologischen Zeitverlauf zu ziehen. bei der Untersuchung mikroskopischer Fossilien spricht man von Mikropaläontologie. Die Ziele der Paläontologie sind es, versteinerte Arten zu beschreiben, um phylogenetische Schlussfolgerungen abzuleiten und die Beziehung zwischen ausgestorbenen und gegenwärtigen Lebewesen zu bestimmen, um ihre Evolution zu reflektieren.

Die Paläontologie ist mit der Geologie dadurch verbunden, dass die Verwendung charakteristischer Fossilien, sogenannter stratigraphischer Fossilien , eine genaue Datierung einer geologischen Schicht ermöglicht. Die in diesen Schichten vorhandenen Arten von Spezies ermöglichen es auch, die Paläoumgebung entsprechend dem Zeitpunkt der Ablagerung der untersuchten Schicht zu rekonstruieren . Durch die Untersuchung der Evolution fossiler Arten können Forscher auch Informationen über Veränderungen der Umwelt und des Klimas im geologischen Zeitverlauf erhalten.

Studien zur Erddynamik

Geodynamik

Geodynamik ist keine wissenschaftliche Disziplin, sondern ein Ansatz, dessen Ziel es ist, die Kräfte und Phänomene zu charakterisieren, die an der allgemeinen Entwicklung des Erdsystems beteiligt sind und deren wechselseitige Wechselwirkungen.

Tektonik

Tektonik ist der Zweig, der sich mit Verformungen in der Erdkruste befasst  ; es konzentriert sich hauptsächlich auf die Beziehung zwischen geologischen Strukturen und den Bewegungen und Kräften, die ihrer Entstehung zugrunde liegen. Die Tektonik bezieht sich auf Verformungen auf allen Raum- und Zeitskalen innerhalb des Globus. Je nach Maßstab des untersuchten Objekts spricht man von Mikrotektonik für mikroskopische Strukturen oder von globaler Tektonik für Strukturen von mehreren tausend Kilometern.

Diese Disziplin greift viele Begriffe der Physik der Materialien und der Mechanik von kontinuierlichen Medien auf , die es ermöglichen, die Art der Spannungen auf ein Gestein oder eine Gesteinsgruppe zu untersuchen und deren Reaktion auf die Spannungen, denen sie ausgesetzt sind, zu untersuchen . . Diese Untersuchungen ermöglichen es, die Spannungen und die Verformungen, die sie verursachen, räumlich und zeitlich zu lokalisieren; sie geben darüber hinaus Auskunft über die Bedingungen der Gesteinsbildung, die oft durch den tektonischen Kontext bedingt sind.

Sedimentologie

Studien geologischer Strukturen

Geomorphologie Strukturgeologie

In der französischen Literatur manchmal als Synonym für "Tektonik" verwendet, unterscheidet sich die strukturelle Geologie von ihrem Gegenstück durch einen mehr geometrischen Ansatz für Deformationen. Obwohl die Untersuchungsgegenstände der Tektonik mit denen der Strukturgeologie übereinstimmen, bleibt diese bei einer rein geometrischen Beschreibung geologischer Strukturen. Strukturuntersuchungen, die aus im Feld gewonnenen Daten durchgeführt werden, ermöglichen die Bestimmung der Geometrie der verschiedenen Verformungsarten (Einbruch einer Verwerfung, Einbruch einer Faltenachse usw.). Diese Ergebnisse ermöglichen es, die Richtung der Hauptspannungen zu bestimmen und liefern nützliche Informationen im Rahmen einer tektonischen Untersuchung.

Vulkanologie Glaziologie

Verbundene Disziplinen

Geophysik Geochemie Schlaglöcher Studien der Atmosphäre und Hydrosphäre Planetare Geologie

Geschichte der Geologie

Diese Wissenschaft von der Erde scheint ihre Anfänge um 1660 in den Ländern des Nordens zu kennen mit den ersten Arbeiten des dänischen Geologen Niels Stensen , auf Französisch bekannt unter dem Namen Nicolas Sténon, unmittelbar gefolgt von England und den britischen Regionen, dann später in Frankreich um 1700. Von Autoren und Wissenschaftlern jedoch oft vergessen, tritt der Franzose Bernard Palissy (1510? -1590) als Vorläufer der modernen Geologie unter anderem mit seinen Untersuchungen an Fossilien aus dem Lutétien oder aus den Salzwiesen der Charente auf . 1750 ist es eine in Westeuropa etablierte Wissenschaft. In seiner heutigen Bedeutung wird der Begriff Geologie erstmals auch im Französischen 1751 von Diderot verwendet , aus dem italienischen Wort, das 1603 von Aldrovandi geschaffen wurde . Das Wort Geologe wird häufig in seinem Aufsatz Neue Prinzipien der Geologie von Philippe Bertrand aus dem Jahr 1797 und 1799 von Jean André Deluc verwendet  ; es wurde im folgenden Jahr von Horace-Bénédict de Saussure gesetzt . Zu Beginn des XIX - ten  Jahrhunderts , nimmt geologische Wissenschaft ab und ist in seinen Grundlagen, Zeitskala und das Wachstum Charts genauer, Feldbeobachtungen, stratigraphische Abschnitte und petro Analyse im Gange.

Geologische Zeit

Geologische Zeitskala

Die geologische Zeitskala ist eine zeitliche Klassifikation, die hauptsächlich in der Geologie, aber auch in anderen Wissenschaften verwendet wird, um Ereignisse in der Geschichte der Erde von ihrer Entstehung (4,54  Ga ) bis in die Gegenwart zu lokalisieren . Diese Skala ist in vier Äonen ( Hadean , Archean , Proterozoic und Phanerozoic ) unterteilt , die wiederum in Epochen unterteilt sind , deren durchschnittliche Dauer einige hundert Millionen Jahre beträgt ; ihre Grenzen entsprechen großen Umwälzungen in der Biosphäre und/oder in der Lithosphäre und der Atmosphäre . Innerhalb der Epochen finden wir Unterteilungen ( Perioden , Epochen und Stadien ), die den globalen Sedimentationsmodi in den Ozeanen entsprechen und durch Stratotypen definiert sind . Die Einteilung der Skala erfolgt im letzten Äon, dem Phanerozoikum, das den letzten 542 Millionen Jahren entspricht. Die frühere Periode, die den anderen drei Äonen entspricht, wird auch Präkambrium genannt .

Die wichtigsten Ereignisse, die die Geschichte der Erde geprägt haben, werden oft als Grenze zwischen zwei Unterteilungen der Skala verwendet:

Datierung geologischer Ereignisse

Relatives Dating

Relative Datierung wird verwendet, um das Alter benachbarter Schichten im Verhältnis zueinander zu priorisieren. Es ermöglicht, schnell eine Chronologie des untersuchten Geländes zu erstellen. Es lässt sich in ein paar Prinzipien zusammenfassen:

  • Die oberen Sedimentschichten liegen hinter denen darunter. Mit anderen Worten, die Sedimentschicht, die eine andere bedeckt, ist jünger als die bedeckte.
  • Jedes geologische Ereignis, das sich mit einem anderen schneidet, folgt darauf.
  • Eine Schicht ist über ihre gesamte Ausdehnung gleich alt.
  • Zwei Fundstellen mit den gleichen stratigraphischen Fossilien sind vom gleichen Alter.
Absolutes Dating

Die absolute Datierung ermöglicht es, das Alter eines Gesteins mehr oder weniger genau zu bestimmen. Es ist sehr nützlich im Kontext der Chronostratigraphie und bei der Entwicklung einer geologischen Zeitskala , aber auch beim Studium der Geschichte und Entwicklung von Gesteinen.

Eine der gebräuchlichsten Methoden ist die Isotopengeologie . Ein winziger Bruchteil der in Gesteinen vorhandenen Atome liegt in einer instabilen Isotopenform vor . Dieses Isotop ist dazu verdammt, sich durch radioaktive Emission in ein anderes Element umzuwandeln, das selbst in Form eines instabilen oder radioaktiven Isotops vorliegen kann. Diese radioaktiven Emissionen treten in einer statistisch bestimmbaren zufälligen Häufigkeit auf. Die Idee ist dann, den Anteil des ersten Elements (das Vaterelement) und dann des zweiten Elements (das Kindelement) zu messen: Im Laufe der Zeit wird der Anteil des Vaterelements abnehmen und der Anteil des Kindelements zunehmen. Folglich ist ein Fels, bei dem das Elternelement sehr präsent ist, ein neuer Fels, und umgekehrt ist ein Fels, bei dem das Kindelement sehr präsent ist, ein alter Fels. Durch Berechnung und Vergleich mit im Labor etablierten Modellen können wir dann das Alter des Gesteins mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von einer Million Jahren abschätzen.

Die klassischen untersuchten Paare von Vater/Sohn-Elementen sind Rubidium/Strontium ( Rubidium ist in Spuren in Muskovit , Biotit , Feldspat usw. vorhanden) und Kalium/Argon , genauer gesagt Uran/Blei und Uran/Thorium .

Prinzipien und Theorien

Tektonischen Platten

Gesteinskreislauf

Innere Struktur der Erde

Die innere Erde besteht aus aufeinanderfolgenden Hüllen mit unterschiedlichen petrographischen und physikalischen Eigenschaften, die durch Diskontinuitäten voneinander abgegrenzt sind. Diese Hüllen können in drei Hauptgruppen gruppiert werden, von der Oberfläche bis zum Zentrum des Planeten, genannt: die Kruste , der Mantel und der Kern . In den äußersten 670  km bilden die Lithosphäre und die Asthenosphäre zwei Sätze, die durch im Wesentlichen mechanische Eigenschaften bestimmt werden, wobei die Lithosphäre einen starren Satz bildet, der auf dem plastischen Satz, der die Asthenosphäre ist, "schwimmt". Diese Strukturierung erfolgte im Hadean-Stil, kurz nach dem Akkretionsereignis am Ursprung der primitiven Erde, wo die chemischen Elemente, die den sehr jungen Planeten (damals in einem Zustand der vollständigen Verschmelzung) bilden, unterschieden werden, um zunächst zwei chemische Schichten zu bilden: ein ferro - nickel Kern und ein Alumino - Silikat Mantel .

Hauptmerkmale der internen Hüllen

Die Eigenschaften von Hüllen, die für den Menschen nicht direkt zugänglich sind (hauptsächlich Mantel und Kern), wurden aus der Analyse seismischer Wellen abgeleitet. Letztere durchqueren den Globus, während sie sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, je nach den Schichten, die sie durchqueren, und unterliegen Brechungs- und Reflexionsphänomenen auf der Ebene von Unstetigkeiten. Die Korrelation der Daten der weltweit verteilten Messstationen hat es vor allem ermöglicht, die Mächtigkeit, die physikalischen Eigenschaften und die allgemeine Beschaffenheit des Mantels und des Kerns zu bestimmen. Andere geophysikalische Methoden haben in der Folge das Wissen über den inneren Aufbau der Erde und die daran beteiligten Mechanismen vertieft, wie zum Beispiel die seismische Tomographie oder die Gravimetrie .

Übersichtstabelle der inneren Erdhüllen und ihrer Hauptmerkmale
Briefumschlag Tiefe
km 		Dichte
g / cm 3 		Dominante Petrographie Chemische Elemente

Kontinentale ozeanische Kruste
0 - 35
0 - 10
2,7 - 3,0
2,9 - 3,2
Granit und Gneis
Basalt, Gabbro und Peridotit
Si und Al
Si, Al und Mg
Obere
Lithosphäre und asthenosphere
Übergangszone 		35/10 - 670
35/10 - 400
400 - 670 		3,4 - 4,4
Olivin , Pyroxen und Granat
Wadsleyit → Ringwoodit und Granat 		Si, Mg und Ca
Unterer Mantel 670 - 2890 4,4 - 5,6 Perowskit und Ferroperiklas Si, Mg, Fe und Ca
Äußerer Kern 2890 - 5100 9,9 - 12,2 - Fe, Ni und S (flüssiger Zustand)
Innerer Kern 5100 - 6378 12,8 - 13,1 - Fe, Ni und S (Festkörper)
Kruste

Die Erdkruste (manchmal auch "Erdkruste" genannt) ist die äußerste Hülle des Inneren der Erde, in direktem Kontakt mit der Atmosphäre und der Hydrosphäre an der Oberfläche, aber auch die dünnere und weniger dichte. Es wird in zwei Einheiten unterschiedlicher Natur unterschieden: die kontinentale Kruste mit saurer Zusammensetzung und die ozeanische Kruste mit basischer Zusammensetzung.

Die kontinentale Kruste zeichnet sich durch eine komplexe Struktur und eine starke lithologische Heterogenität aus. Es besteht jedoch hauptsächlich aus sauren magmatischen und metamorphen Gesteinen, die hauptsächlich während Subduktions- und Kontinentalkollisionen gebildet wurden . Sein Oberflächenteil besteht unregelmäßig aus Sedimentgesteinen und Böden . Die tiefen Teile dieser Kruste können dank der Errichtung und dem anschließenden Abbau einer Bergkette zutage gefördert werden . Die kontinentale Kruste wird auch in drei Einheiten unterteilt, die von ihren mechanischen Eigenschaften bestimmt werden: die obere Kruste (von 0 bis 10  km ), die mittlere Kruste (von 10 bis 20  km ) und die untere Kruste (von 20 bis 35  km ).

Die ozeanische Kruste wird auf der Höhe der ozeanischen Rücken durch teilweises Verschmelzen der Peridotiten des darunter liegenden Mantels gebildet; das Magma steigt an die Oberfläche und kristallisiert zu basischen Gesteinen (hauptsächlich Basalte und Gabbros). Wenn sie sich vom Rücken wegbewegt, verdickt sich die ozeanische Kruste, kühlt ab und wird dichter; Wenn die allgemeine Dichte der ozeanischen Lithosphäre (zu der die ozeanische Kruste gehört) die des asthenosphärischen Mantels überschreitet, beginnt der Subduktionsprozess und die Lithosphäre tritt in den Mantel ein, wo sie nach und nach recycelt wird. Die ozeanische Kruste kann durch Obduktion exhumiert werden , wenn sie die kontinentale Kruste überlappt, oder durch kontinentale Kollision , bei der Reste der ozeanischen Kruste erhalten und zu Tage treten können.

Mantel

Der Erdmantel ist die wichtigste Hülle der Erde und macht 82 % des Volumens und 65 % der Masse des Planeten aus. Es besteht aus ultrabasischen Gesteinen, deren Art sich mit der Tiefe ändert, hauptsächlich aufgrund des Druck- und Temperaturanstiegs, der das Kristallsystem der Mineralien neu organisiert. Der Mantel wird teilweise auf "direkte" Weise untersucht, dank der Einschlüsse von erhaltenen Mantelgesteinen, die in bestimmten magmatischen Komplexen vorhanden sind, die jetzt an der Oberfläche zutage treten ( Kimberlit- Rohre usw.). Keine Probe hat jedoch eine Provenienz von mehr als 400  km Tiefe; über diesen Wert hinaus erfolgt die Untersuchung des Mantels ausschließlich durch geophysikalische Techniken und Modellierung.

Ader

Der Kern besteht überwiegend aus Eisen, was ihn chemisch von anderen Hüllen (Kruste und Mantel) unterscheidet, die manchmal unter dem Namen „Silikaterde“ zusammengefasst werden, um den chemischen Kontrast zwischen letzterer und dem Kern zu unterstreichen. Der äußere Kern und der innere Kern (auch Saat genannt) sind chemisch sehr ähnlich und zeichnen sich vor allem durch den Aggregatzustand aus, der im äußeren Teil flüssig und im inneren Teil fest ist. Der innere Kern wird auf Kosten des äußeren Kerns gebildet, wo das geschmolzene Material kristallisiert; Diese Reaktion emittiert Wärme, die im äußeren Kern konvektive Bewegungen induziert, die den Ursprung des Erdmagnetfeldes bilden .

Geologische und geodynamische Strukturen

Darstellungen in der Kunst

Reise zum Mittelpunkt der Erde , ein Science-Fiction-Roman des französischen Schriftstellers Jules Verne aus dem Jahr 1864, hat als Hauptfiguren einen deutschen Geologen, Professor Lidenbrock, und seinen Neffen Axel. Ihre Reise in die Tiefen der Erde bietet der Autorin Gelegenheit, die wissenschaftlichen Theorien der Zeit zu diskutieren, insbesondere über die Zusammensetzung des Erdinneren und ihre Temperatur, aber auch über die Evolution der Arten und das Auftreten von Hominiden, durch die Entdeckung von Fossilien (dann von lebenden fossilen Tieren).

Geologische Dienstleistungen

In den meisten Ländern der Welt gibt es eine öffentliche Referenzstelle für Geowissenschaften. In Frankreich ist es das Bureau of Geological and Mining Research (BRGM), das mehreren Ministerien unterstellt ist.

Auf europäischer Ebene ist EuroGeoSurveys (EGS, The Geological Surveys of Europe ) eine Vereinigung belgischen Rechts, die 37 europäische geologische Dienste vereint.

Hinweise und Referenzen

Anmerkungen

  1. Ga = Milliarden Jahre; Ma = Millionen von Jahren; ka = Tausende von Jahren.
  2. Sauerstoff ist auch in allen Hüllen vorhanden, was ihn zum zweithäufigsten Element auf der Erde macht (Häufigkeitsrang wird durch den Massenanteil bestimmt).
  3. Wert der Tiefe einer stabilen kontinentalen Kruste ( Kraton ); diese kann in den Riftzonen auf wenige km reduziert werden oder unter den orogenen Krustenwurzeln 70 km überschreiten  .
  4. Durchschnittswert der ozeanischen Kruste; diese kann bei LOT-Krusten (Lherzolite Ophiolite Type) auf ca. 7 km oder bei sehr alten Krusten auf bis zu 15  km reduziert werden  .
  5. Mit zunehmendem Druck ändert sich die Kristallstruktur von Olivin und erscheint in Mineralphasen gleicher chemischer Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Struktur (Polymorphe).

Verweise

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Anhänge

Literaturverzeichnis

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Zum Thema passende Artikel

Externe Links

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