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Factores que afectan al régimen de incendios en los paisajes mediterráneos: interacciones entre el cambio climático, las estrategias de extinción y la

historia previa de incendios

BROTONS, L.1,2, AQUILUÉ, N.1,2, DE CÁCERES, M.1,2, FORTIN, M.J.3 y FALL, A.4

1. Grup d'Ecologia del Paisatge, Àrea de Biodiversitat, Centre Tecnològic Forestal de Catalunya (CTFC). Carretera vella de Sant Llorenç de Morunys km 2. 25280 Solsona, Catalonia, Spain. 2. CREAF (Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals), Bellaterra, Spain. 3. Department of Ecology & Evolutionary Biology, University of Toronto, 25 Harbord Street, Toronto, Ontario, M5S 3G5 Canada. 4. Resource and Environmental Management, Simon Fraser University, Canada and Gowlland Technologies Ltd, Canada.

Resumen

La información disponible sugiere que los componentes del cambio global, como el calentamiento climático o los cambios de uso del suelo, pueden dar lugar a un creciente impacto de los incendios en los ecosistemas de todo el mundo. Por tanto, es importante desarrollar herramientas que permitan evaluar el posible impacto de los incendios forestales bajo diferentes escenarios climáticos, estrategias de extinción y cambios en los usos del suelo. En este trabajo investigamos el papel que las estrategias de extinción de incendios juegan en la determinación del régimen de incendios en un contexto mediterráneo de cambio climático. Se evaluó́ en qué medida las mejoras en la capcidad de lucha contra incendios y la historia reciente de los mismos pueden estar detrás de cambios a medio plazo de los descriptores del régimen de incendios a escala de paisaje. Nuestros resultados muestran que la historia reciente de los incendios puede proveer oportunidades que ayudan en la supresión y en la reducción del tamaño efectivo de nuevos incendios. Los experimentos realizados mostraron un fuerte impacto del cambio climático y de la extinción en el régimen de incendios lo que sugiere que ambos deben ser explícitamente considerados a la hora de definir escenarios del futuro impacto del fuego. Palabras clave Modelado del paisaje, perturbación de incendios, extinción, cambio climático, historia previa de los incendios. 1. Introducción

El régimen de incendios está determinado por complejas interacciones entre el

clima, los usos del suelo, los tipos de vegetación y el patrón de igniciones (MINNICH 1983, CASTELLNOU et al., 2007). Se han descrito diferentes hipótesis para explicar el impacto de los incendios a diferentes escalas espaciales. A pequeñas escalas espaciales y temporales, la disponibilidad de combustible, su distribución y el número de igniciones se han demostrado clave para determinar el número de incendios y su tamaño (COSTA et al., 2011). Sin embargo, a escalas temporales y espaciales mayores, los efectos de los incendios parece estar más determinado por la variabilidad climática con

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cortos periodos de alto riesgo de incendio relacionados con las condiciones climáticas particulares que representan la mayoría de los eventos de fuego (LOEPFE et al., 2010,). En la actualidad, la contribución relativa de la carga y el tipo de combustible vegetal a escala de paisaje en comparación con el forzamiento climático y la distribución de las igniciones de incendios es objeto de debate y parece ser dependiente del contexto, incluso dentro de un área determinada (PAUSAS et al., 2008). Existe la preocupación de que el cambio climático puede alterar estas condiciones en muchas regiones PAUSAS 2004) y así el papel del clima se vea reforzado como factor determinante de los regímenes de incendios futuros.

Como los incendios no sólo afectan las comunidades ecológicas, si no que

también pueden ejercer importantes efectos negativos sobre las actividades humanas, las administraciones han dedicado muchos esfuerzos para suprimir los incendios (MINNICH & CHOU 1997). La extinción de incendios es una actividad antrópica directa que afecta el régimen de incendios, aunque su importancia ha sido un punto de debate (CASTELLNOU et al., 2012). Los esfuerzos de extinción de incendios están dirigidos a limitar el impacto de incendios al disminuir la intensidad del fuego o disminuir el tamaño efectivo de los mismos. Existe cierta evidencia de que la supresión de incendios reduce el número y la frecuencia de los incendios grandes en varias regiones de bosques sub-boreales y boreales y para la región Mediterránea. Al mismo tiempo, la evidencia disponible sugiere que en la extinción de incendios puede a largo plazo provocar incendios incluso mayores de lo esperado debido a la acumulación de combustible (MINNICH 2001). En las regiones en que las políticas de lucha contra incendios se implementan, los regímenes de incendios es probable que difieren de los regímenes de incendios forestales que dominan los sistemas naturales. En estos casos, los regímenes de incendios pueden ser especialmente difíciles de caracterizar conducir a enormes desafíos en la predicción del futuro impacto de los incendios (LOEPFE 2012). 2. Objetivos

Muy pocos estudios han investigado los posibles efectos contrastantes de cambio climático y los esfuerzos de extinción de incendios sobre el impacto de incendios a escala de paisaje o explorar en qué medida los esfuerzos de extinción de incendios están determinados por la historia del paisaje anterior (PIÑOL et al., 2005). En el presente estudio se plantean estas cuestiones en una región mediterránea. En concreto se evalúa el papel de la extinción en un contexto de cambio climático en la determinación de los atributos esenciales del régimen de incendios tales como la superficie quemada y las distribuciones del tamaño de incendios. Controlando los principales factores determinantes del régimen de fuego (igniciones, variabilidad climática y usos del suelo), se pretende evaluar hasta que punto una mayor capacidad de lucha contra incendios y del papel de las cicatrices producidas por incendios recientes pueden estar detrás de los cambios a corto y medio plazo en el régimen de incendios a escala de paisaje. (TARRADAS & PIÑOL 1996).

Nuestra premisa es que las mejoras en el conocimiento del comportamiento del

fuego por el cuerpo de bomberos y la aplicación de medidas destinadas al control de los incendios a través de la supresión del fuego activo se relaciona con disminuciones en la

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cantidad de área quemada efectiva en un incendio. 3. Metodología

El área de estudio fue Cataluña, una región dominada por el clima mediterráneo

situada en la esquina noreste de la península Ibérica (FOLCH 1986). El fuego es un factor importante del paisaje de la región, con cerca del 13% de la región cubierta por zonas forestales (aproximadamente 250,000 ha) afectada por el fuego entre 1975 y 2000 (Figura 1). En los últimos años, se ha aumentado de manera significativa la inversión y la eficiencia de los servicios de extinción y lucha contra incendios. Esto ha llevado a que una buena parte de los mismos sean controlados de manera eficiente en las primeras etapas de su desarrollo, especialmente cerca de zonas densamente pobladas (CASTELLNOU et al., 2007). Si bien los esfuerzos de extinción de incendios antes de del año 2000 se habían centrado en la vigilancia y la detección precoz de incendios, clave en la mejora de la capacidad de lucha contra incendios ha sido la introducción a partir de 1999 del análisis lógico del comportamiento y del uso del fuego durante la extinción. Este conocimiento ha permitido anticipar los cambios en la propagación del fuego a través de la creación de cuerpos de bomberos técnicos específicos (CASTELLNOU et al., 2012). Si se anticipan y pueden ser predichas, las discontinuidades en los patrones de combustible crean oportunidades favorables para detener su propagación. Estas oportunidades pueden estar relacionados con la topografía, la vegetación o el la heterogeneidad del paisaje resultante.

El modelo MEDFIRE

El modelo MEDFIRE es un modelo estocástico, espacialmente explícito que

simula cambios en el paisaje derivados de la composición de la vegetación y del fuego en un contexto mediterráneo. El modelo se compone de dos sub-modelos que simulan los cuatro procesos principales de un modelo de dinámica del paisaje (FALL & FALL 2001, BROTONS et al., 2012) la vegetación y su maduración, la ignición y la propagación del fuego como proceso clave en la reproducción de los patrones y de los efectos del fuego. El modelo también incluye los procesos responsables de la reproducción de las acciones de extinción de incendios que afectan directamente el régimen de incendios. El objetivo del modelo MEDFIRE es el de examinar la interacción espacial entre los incendios forestales y la dinámica de la vegetación en paisajes heterogéneos. El modelo permite la caracterización de la variabilidad espacial en la afectación de zonas quemadas bajo diferentes escenarios de cambio climático y combinaciones en las estrategias de extinción de incendios. El modelo MEDIFRE asume que el principal motor del régimen de incendios es el clima (TERRADAS & PIÑOL 1996, PAUSAS 2004) y que los elementos clave de régimen de incendios, tales como el tamaño de fuego puede ser modulada por las estrategias de extinción y sus interacciones con las características del paisaje y la vegetación.

Las variables de estado cuyos valores cambian como resultado de los procesos implementados en el modelo son los usos del suelo (LCT) y el tiempo transcurrido desde el último incendio (TSF). LCT es una variable categórica cuyos estados incluyen los diferentes usos del suelo que pueden ser afectados por el fuego debido a las

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características del combustible que presentan (bosques, matorrales, cultivos y pastizales), y los usos que no pueden ser afectadas por esta perturbación (áreas urbanas, agua y rocas). Los píxeles cubiertos por bosque incluyen información sobre la especie de árbol dominante. La lista de especies de árboles consideradas (Pinus halepensis, Pinus nigra, Pinus pinea, Pinus sylvestris, Quercus ilex y Quercus suber) es representativa de los paisajes mediterráneos dominantes en Cataluña y otras zonas del oeste Mediterráneo (GRACIA et al., 1997, PAUSAS et al. 2004). El tiempo transcurrido des del último incendio es una variable de discreta que se utiliza como un sustituto de la edad vegetación y por lo tanto de la cantidad de combustible que presentan las cubiertas de matorral y forestales.

Figura 1. Localización de Cataluña en el contexto europeo (a). Cubiertas dinámicas de suelo en el año 2000, con áreas forestales (gris claro) y matorrales (gris oscuro) (b). Representación de los incendios ocurridos en Cataluña de 1980 a 1999 (gris oscuro) (c). Cataluña se divide en tres regiones bioclimáticas: Noroeste (NW), noreste (NE) y

Centro-Sur (SC).

Los procesos de cambio están diseñados como dos sub-modelos cuya acción se desarrolla en el transcurso de un año natural. En cada unidad de tiempo, primero se hace efectivo el efecto del fuego a nivel del paisaje y luego el sub-modelo de vegetación activa los cambios en la vegetación. El submodelo fuego empieza por definir la superficie total potencial de arderá ese año a partir de una distribución introducida por el usuario y que difiere según las características climáticas del año en curso. El sub-modelo simulará como tantos incendios como sea necesario para llegar al objetivo anual de área potencial quemada. Para cada incendio particular se escoge un tamaño partir de una distribución de base y la ubicación de la ignición que lo origina. El lugar elegido para la ubicación del incendio se utiliza para determinar el tipo de propagación (relieve vs. viento). Si la extinción de incendios no está activa, se permite al fuego extenderse hasta que se alcanza el tamaño potencial del incendio.

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El submódulo de fuego ha sido diseñado para permitir que la tasa de propagación

del fuego sea función directa de los factores principales que determinan los perímetros observados en paisajes reales (PIÑOL et al., 2005, SAN-MIGUEL & CAMIA 2009). En contraste, el tamaño de incendio está determinado principalmente por la aplicación de un enfoque “top-down” en el que se selecciona el área potencial quemada por cada incendio a partir de una distribución tamaños de incendio (44). Esta distribución depende de la severidad climática del año.

En el modelo MEDFIRE existen dos estrategias distintas de extinción de

incendios. Las dos se basan en el concepto de oportunidad definido como las condiciones en las que la intensidad del fuego permita una lucha efectiva y por lo tanto el control del frente activo. La estrategia de supresión activa se refiere a las oportunidades generadas en zonas donde la propagación (un indicador de la intensidad del fuego) está por debajo de un determinado umbral y por lo tanto es suficientemente baja como para permitir que los equipos de bomberos puedan controlarlo. La estrategia de supresión pasiva se fundamenta en la utilización de oportunidades derivadas de cicatrices de incendios recientes. En estas áreas, el conocimiento previo detallado de su ubicación y de las bajas cargas de combustible presentes permiten un incremento muy elevado de la capacidad de lucha contra incendios. Las dos estrategias de supresión resultan en reducciones de la superficie afectada por el fuego (Figura 2). Como consecuencia, la superficie quemada efectiva de un incendio es una propiedad emergente modelo MEDFIRE y permite evaluar el papel de la variabilidad climática (es decir, proporción de climáticas adversas años) y de las eficiencias en la supresión de incendios sobre la distribución final del tamaño de los incendios.

Diseño de escenarios de futuro y análisis

Los escenarios utilizados para evaluar el efecto del cambio climático sobre el régimen de incendio se basaron en una variación efectiva de: (1) el número relativo de años con condiciones climáticas adversas y (2) el tipo y la eficacia de los esfuerzos de supresión de los incendios. Se utilizaron tres tratamientos climáticos en los que el porcentaje de años adversos se mantiene estable en el futuro, o alternativamente, se aumenta en un 25% o 50%, de acuerdo con las tendencias descritas en la bibliografia (PIÑOL et al., 1998). Se utilizaron tres tratamientos diferentes para la extinción de incendios de carácter pasivo, de acuerdo con los años después de un incendio en que las oportunidades para la extinción desaparecen debido a la desarrollo de la vegetación y la regeneración del bosque. Para definir los tratamientos de supresión de incendios activos, se utilizaron tres umbrales diferentes en la propagación del fuego, que corresponden a situaciones de prototipo de creciente dificultad en la extinción del fuego (es decir, correspondiente a la propagación del fuego rápido): la supresión de fuego activo limitada, correspondiente a propagaciones en agricultura o a contraviento en zonas de bosque esclerófilo), supresión media correspondiente a tasas de propagación en bosques esclerófilo en condiciones planas, y supresión fuerte correspondiente a tasas de propagación descendiente en bosques de coníferas.

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Figura 2. Descripción de los efectos de la extinción pasiva del fuego en el tamaño final de los incendios. Se muestran los incendios históricos hipotéticos en un paisaje (a). Las manchas negras representan incendios (menos de 15 años) y los parches grises corresponderían a incendios antiguos. La propagación del fuego en un nuevo incendio simulado en el área se muestra en (b). El área quemada efectiva (gris) es menor que el área de potencial inicial porque se han

aprovechado las oportunidades generadas por incendios recientes en (a). Las áreas suprimidas se muestran en negro.

Tabla 1: Lista de los escenarios de simulación con los umbrales de extinción de incendios utilizados para determinar

las oportunidades que permiten una disminución efectiva de la superficie quemada por un incendio. En los tratamientos de supresión activa, los umbrales son en unidades de tasa de propagación, mientras que en el caso de

los tratamientos pasivos de supresión del fuego, se ha utilizado el tiempo desde la ultimo fuego. Umbral de supresión utilizado Código Descripción Activo Pasivo 0 Base (sin supresión de incendios) No No i Supresión pasiva débil No Yes, 5 años ii Supresión pasiva media No Yes, 10 años iii Supresión pasiva fuerte No Yes, 15 años iv Supresión activa débil Si, 10 No v Supresión activa media Si, 40 No vi Supresión activa fuerte Si, 90 No vii Activa débil y pasiva fuerte Si: 10 Si: 15 años viii Activa média y pasiva fuerte Si: 40 Si: 15 años

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4. Resultados

El área total quemada efectiva dependió en gran medida del escenario utilizado. El cambio climático conlleva un aumento de la proporción de años de clima adverso asociado a aumentos proporcionales en el área total quemada. Esta variable cuasi se duplicó con un aumento del 50% en el porcentaje de años propensos a incendios (Figura 3). La supresión del fuego tuvo un marcado efecto sobre el área quemada total y la distribución del tamaño de los incendios compensando de manera diferente los efectos del cambio climático en función del tipo y la eficiencia del tratamiento utilizado (Figuras 3 y 4). La supresión de incendios pasiva derivada de la afección histórica de incendios tuvo un efecto relativamente importante sobre la superficie total quemada en el escenario base (la reducción de la superficie total quemada de aproximadamente 6-27%, dependiendo de la edad de las cicatrices de fuego que pudieron ser utilizados por los bomberos). Este porcentaje aumentó a cerca de 14-34% y 16-41% respectivamente, en diferentes escenarios de cambio climático como resultado de la huella global más fuerte de los incendios a escala de paisaje (Figura 3, Tabla 1).

Los efectos de la supresión pasiva mostraron un comportamiento similar en las

tres regiones analizadas (Figura 3) con disminuciones medias en las zona quemada con respecto al escenario base que oscilaron desde el 20% en la región de NW a 36% en el NE (Figura 3).

Los esfuerzos de supresión activa del fuego tienen un gran potencial para

contribuir a la reducción de la superficie total quemada. Este potencial se puede asociar a una gran capacidad para compensar el impacto del cambio climático de hasta 90% de reducción en capacidades altas de extinción hasta 59% en tasas de propagación intermedias (Figura 4, Tabla 1).

En los escenarios en los que se analizaron combinaciones de extinción activa y

pasiva (escenarios vii y viii), se observó un cierto grado de solapamiento entre sus contribuciones relativas a la reducción de la superficie quemada, ya que el efecto conjunto sobre la reducción de la superficie quemada fue inferior a su efecto por separado (Figura 4). Este patrón fue consistente en las tres regiones diferentes (Figura 4).

Por último, un para niveles intermedios de eficacia en la extinción, los regímenes

de incendio se modificaron fuertemente, lo que comportó importantes cambios en las distribuciones de tamaño de incendios con la superficie total quemada por grandes incendios reducida de más del 82-86% a menos del 60-80% en las distintas regiones (Figura 4).

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Figura 3. Diagrama de representación del área total quemada en diferentes escenarios durante el período de estudio en Cataluña (ALL) y en las tres regiones: noreste (NE), Noroeste (NW) y Centro-Sur (SC). Los escenarios sin

supresión se representan en tramado blanco, los escenarios de supresión pasiva en tramado gris claro, los escenarios de supresión activa en gris medio y los escenarios con combinaciones de los dos tipos de supresión en

color gris oscuro. Tratamientos climáticos: (A) el porcentaje de años adversos se mantiene estable (35%), mientras que en los escenarios (B) y (C) este porcentaje aumenta a 61% y 87% respectivamente. Los escenarios de extinción de incendios se detallan en la Tabla 1. Las bandas de confianza el primer y tercer cuartil y la línea central negra los

valores medios de la simulación.

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Figura 4. Diagrama de cajas que representa el porcentaje de la superficie quemada por grandes incendios (mayores de 500 ha) El clima y los escenarios de supresión de incendios se representan de la misma manera que en la Figura

3. Bigotes inferior y superior representan el 5% y el 95% cuartiles. Las bandas de confianza el primer y tercer cuartil y la línea central negra los valores medios de la simulación.

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5. Discusión

Debido al cambio climático y al impacto creciente de las actividades humanes se

esperan en un futuro importantes en el régimen de incendios (PIÑOL et al., 1998). Los estudios recientes sobre los determinantes de la distribución del tamaño de fuego sugieren que los conocimientos sobre los factores que explican los regímenes de fuego deberían obtenerse a partir de la combinación de observaciones empíricas y de los resultados de modelos de simulación que utilizan el conocimiento mecanicista de la ocurrencia de incendios y su comportamiento. Nuestro modelo y la metodología desarrollada se ajustan a este enfoque combinado y nos permitió separar los efectos relativos de los diferentes determinantes del tamaño de los incendios en la distribución del tamaño efectivo de los incendios. En particular, se ha introdujo el concepto de "oportunidad" que nos permite introducir restricciones dirigidas en los tamaños efectivos de los incendios mediante el uso de las oportunidades derivadas de heterogeneidades en la distribución de combustible.

Nuestros resultados mostraron efectos potenciales destacables de las estrategias de extinción de incendios en el régimen de incendios en un contexto de cambio climático y apoyan la idea de que la supresión activa del fuego puede convertirse en un factor clave para determinar el impacto a corto plazo de los incendios forestales sobre el paisaje. Alternativamente, también las oportunidades de extinción del fuego derivadas de los impactos de incendios recientes puede jugar un importante papel en la lucha contra incendios proporcionando oportunidades de extinción a los bomberos, especialmente en el caso en que exista una alta agregación espacial en el riesgo de incendios. Por lo tanto, el cambio climático y la extinción de incendios deberían ser explícitamente incluidas en la definición de escenarios de regímenes de incendios en la región Mediterránea.

Con respecto a la variabilidad de las condiciones climáticas, los resultados de

nuestros escenarios indican que la superficie total quemada podría llegar a duplicarse en los próximos años si la proporción del año climáticamente adversas aumentando en línea con el aumento de las temperaturas observadas durante el verano en los últimos años del siglo XX (PIÑOL et al., 1998). Además, los niveles de supresión de incendios que se necesitarían para compensar estos incrementos del área quemada deberían ser muy altos. Dado que el clima y las estrategias de supresión del fuego ejercen influencias opuestas sobre el régimen de incendios, favoreciendo y restringiendo respectivamente la presencia de grandes incendios, el resultado final es probable que sea la de un equilibrio inestable (MINNICH & CHOU 1997). Si bien nuestros resultados indican que los posibles esfuerzos actuales de extinción de incendios pueden contrarrestar los efectos del cambio climático en el medio plazo (es decir, 10-20 años), es difícil predecir su influencia en un mayor horizonte temporal, dado que nuestro modelo no incluye la variabilidad en la eficiencia de extinción de incendios. La capacidad de lucha contra incendios puede ser abrumada por la simultaneidad de incendios o en el caso de incendios que afectan a zonas muy habitadas (CASTELLNOU et al. 2012). Además, los incendios en condiciones climáticas futuras podrían ser más agresivos que los incendios actuales poniendo a prueba los sistemas contra incendios más allá de su capacidad

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actual. El efecto de la variabilidad en la eficacia de supresión en períodos críticos o en los tipos de fuego permitiría hacerse una idea de las interacciones que determinan los actuales regímenes de fuego corto y medo plazo.

6. Conclusiones

En conclusión, nuestros resultados sugieren que los regímenes de incendios en zonas bajo una fuerte influencia humana y afectados por el cambio climático es probable que disten de la estabilidad, y más bien tenderán a mostrar cambios importantes a corto plazo resultado de las contribuciones idiosincrásicas de los diferentes factores en juego.

El concepto de oportunidad de incendio asociado a factores conocidos y

previsibles que afectan a la propagación del fuego abre el camino a nuevos enfoques de gestión del paisaje destinadas a modificar los efectos negativos de los regímenes de incendio actuales. En general, como la atención mundial sobre las políticas de supresión de incendios aumenta, habrá una necesidad de evaluar los efectos de supresión de fuego directo e indirecto a través de modificaciones de combustible en las distribuciones del tamaño de los incendios. Finalmente, el potencial de la sociedad para alterar los regímenes de incendios y su impacto a escala de paisaje a través de diferentes estrategias de supresión de incendios puede ser importante en la creación de nuevas configuraciones. Estas configuraciones pueden tener impactos importantes en los patrones de biodiversidad. En el caso de extinción de incendios pasiva, las interacciones entre el fuego y su impacto acumulado en el tiempo pueden dar lugar a una fuerte autocorrelación en el patrón espacial de las perturbaciones que podría afectar de manera significativa procesos ecológicos clave en los ecosistemas forestales Mediterráneos como la regeneración o la colonización de especies de sucesión temprana asociadas al fuego (DÍAZ-DELGADO et al., 2004). 7. Agradecimientos

Este estudio forma parte de los proyectos BIOPRED (CGL2008-05506-C02-01/BOS), BIONOVEL (CGL2011-29539), DECOFOR (AGL2009-07140/FOR), MONTES-CONSOLIDER (CSD2008-00040) y Restauración y Gestión Forestal (PS-310000-2008-1). 8. Bibliografía

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