Campo magnético terrestre

El campo magnético terrestre, origen y cosas que no conoces (es probable)

Por: Mou D. Khamlichi
Actualizado el 8 de julio de 2021
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El campo magnético terrestre está generándose de forma continua y sucesiva, gracias al desplazamiento del hierro fundido en el centro exterior del planeta Tierra. En el sistema solar, tanto la Tierra como los otros planetas, fueron formados a partir de los gases y el polvo que rodeaba al Sol.

El desplazamiento que realiza el hierro líquido da origen a ciertas corrientes eléctricas que abastecen al campo magnético terrestre, lo cual es beneficioso para el sistema de navegación. Además, nos proporciona protección de las radiaciones extraterrestres dañinas y al mismo tiempo hace que la atmósfera se mantenga siempre en su sitio.

4 cualidades sobre el campo magnético terrestre

Seguidamente, te mostramos algunas cualidades que probablemente desconocías acerca del campo magnético terrestre:

1. Cambia su orientación de forma repentina

El campo magnético terrestre no siempre se ha situado como actualmente se encuentra. Algunos estudios han demostrado que la dirección bipolar (norte/sur) experimenta inversiones cada cierto tiempo (de 300 mil a un millón de años). A pesar de que parece mucho tiempo, estas reversiones son muy repentinas en una escala geológica.

En este sentido, el tiempo regular entre estas reversiones es variado, sin embargo, aún no hay descubrimientos verificados sobre las regularidades periódicas. Lo anteriormente descrito, se sabe por las pistas geológicas que se evidencian en el planeta Tierra. Un ejemplo de ello son las franjas en el fondo del océano magnético, que resultan ser opuestas y al mismo tiempo simétricas.

Algunos estudios realizados en ciertas universidades estadounidenses revelan que estos cambios direccionales en el campo magnético terrestre; pueden llegar a ser más veloces que como se creía inicialmente. El resultado obtenido ha generado una nueva perspectiva del flujo en el espiral de hierro, influenciando el campo magnético terrestre en los últimos 100.000 años.

Campo magnético terrestre

2. Sin un campo magnético no existiría la vida

La vida que hoy en día tenemos no tendría existencia sin el campo magnético terrestre. La razón es que este campo tiene la capacidad de hacer que, tanto las partículas ionizadas del viento solar, como las radiaciones cósmicas más lejanas sean desviadas.

La falta de un campo magnético terrestre permitiría que el viento solar se acerque al planeta. Por otra parte, las radiaciones cósmicas que habitualmente están desviadas, gracias al campo magnético, llegarían a nuestra superficie en una porción extrema.

Esto significa que la vida se extinguiría, puesto que este tipo de partículas resultan dañinas genéticamente para los seres vivos. Esta ausencia de campo magnético conllevaría a una desaparición rápida de las especies existentes. Incluso en el principio de la Tierra hubiese sido imposible la aparición de alguna especie.

3. El origen del campo magnético terrestre ha sido el centro de muchas discrepancias

El astrónomo matemático Gauss indagó sobre el campo magnético, concluyendo que el componente bipolar era causado tanto dentro como fuera de la Tierra. Demostró que su función era decreciente y al mismo tiempo era inversa, proporcionalmente al cuadrado del radio del planeta.

Esta hipótesis conllevó a que los científicos especularan con relación al origen en término de ferromagnetismo, rotación y dinamo. No obstante, el ferromagnetismo y la rotación se encuentran descartadas. En el primero, por el punto de Curie: que llega a solo 20 km bajo la superficie, y en el segundo no hay relaciones entre el movimiento de masa con magnetismo.

Actualmente, la mayor parte de los expertos geomagnéticos consideran la teoría dinamo como la más real. En esta se señala una fuente energética en el centro del planeta Tierra (núcleo) provocando un campo magnético que se sostiene por sí solo.

4. Venus sin campo magnético

Asimismo, se evidencia que los planetas que sí poseen campo magnético no poseen una característica necesariamente rocosa o cuentan con un núcleo de metal. Hasta la fecha, se ha podido demostrar que los planetas en su mayoría poseen un campo magnético o una capa magnetósfera. Sin embargo, a pesar de ser rocoso, Venus es la excepción.

Capas concéntricas

La Tierra y los demás planetas tuvieron su formación a partir de los gases y el polvo que rodeaban al Sol. En este sentido, el material menos denso se hundió en la Tierra, dando lugar a lo que hoy conocemos como capas concéntricas: núcleo (endosfera), manto (mesósfera) y corteza (litósfera). Las investigaciones revelan que en estas capas predomina el hierro, aunque hay otros elementos más ligeros.

Partiendo desde lo interno a lo externo, se tienen las siguientes capas:

  • Núcleo. También se conoce con el nombre endosfera, por su parte, es la capa más interna del planeta Tierra. La endosfera contiene principalmente elementos metálicos como el níquel y el hierro, lo cual resulta muy curioso que se encuentren fundidos, por lo menos una parte (núcleo exterior).

Esto se debe a la elevada temperatura en esa área, el calor es el principal causante de estos procesos, los cuales traen serios desplazamientos en la superficie terrestre. Un ejemplo de estas manifestaciones son el vulcanismo, los terremotos y los movimientos continentales.

  • Manto. También llamada mesósfera, esta capa está localizada entre el núcleo y la corteza. A su vez, está conformada por dos silicatos, uno con mayor densidad (manto inferior) y otro con menor densidad en el exterior (manto superior).

Esta zona es muy activa, en ella se efectúa ciertos fenómenos de convección de materiales. En otras palabras, los elementos con alta temperatura ascienden desde el núcleo y alcanzan la superficie. Sin embargo, cuando enfrentan un enfriamiento descienden nuevamente hasta el interior (ciclo de convección).

Cuando estos materiales ocasionan desplazamientos continentales traen como consecuencias los terremotos, el vulcanismo, la aparición de islas, entre otros.

  • Corteza. En este orden, es la última capa en el exterior del planeta, también es conocida como litósfera. La corteza está conformada por silicatos más ligeros, óxidos y carbonatos. Una característica de ella, es que en unas zonas es más gruesa (continentes) y en otras más fina (océanos).

Geológicamente, es un área de activación, puesto que allí se originan muchos procesos por el calor terrestre. No obstante, la energía solar y la gravedad también causan fenómenos como la erosión, el transporte y la sedimentación.

¿Cuál es la importancia del campo magnético terrestre?

Habitualmente, el planeta Tierra se encuentra protegido del viento solar y de ciertas partículas con carga eléctrica emanadas por el Sol. Esta protección se debe al campo magnético terrestre, el cual se encarga de desviar la mayor porción posible de estas partículas energéticas. En su ausencia, las partículas eléctricas acabarían la capa de ozono, dejando la Tierra expuesta a las radiaciones ultravioletas.

¿Cuál es la utilidad del campo magnético terrestre?

Primeramente, posee gran importancia en la preservación del clima y la vida del planeta Tierra. Además, ayuda a preservar la capa de ozono: actuando como un protector del planeta frente a las radiaciones ultravioletas y los repentinos vientos solares.

Su existencia es ampliamente provechosa en las orientaciones de las brújulas. En este aspecto, la aguja siempre apuntará al norte magnético. Por este motivo, resulta de gran utilidad para los navegadores y aviadores desde hace muchos siglos atrás. Cabe resaltar que algunos animales están capacitados para hacer esto mismo, lo cual se conoce como magnetorrecepción o biomagnetismo.

Igualmente, es pieza fundamental de la magnetoestratigrafía: la investigación de rocas terrestres, cuya finalidad es conocer a través de sus partículas magnéticas el año de procedencia.

Propiedades del campo magnético

El campo magnético terrestre presenta algunas características, entre ellas:

  • Intenso. Posee una intensidad alta en sus polos, y otra más baja en el ecuador, no obstante, oscilan entre 0.25 y 0.65 Gauss (equivalente a 25.000 y 65.000 nT). Si consideramos que un imán magnético de un simple refrigerador llega a tener aproximadamente 100 Gauss, esto resulta bastante moderado.
  • Inclinación. En este caso, el campo magnético terrestre se encuentra inclinado en dirección al polo norte magnético (no geográfico), y apunta hacia abajo. A su vez, rota de forma progresiva hacia arriba, es decir al ecuador magnético.
  • Bipolar. Se considera un componente bipolar, ya que cuenta con dos polos (norte y sur), los cuales no concuerdan totalmente con los conocidos polos geográficos, pero se les acercan. La localización de estos componentes presenta variabilidad en el tiempo.

Capa magnética o magnetósfera

Esta es una zona magnética que se encuentra rodeando el planeta Tierra, en ella se efectúan los choques entre las partículas energéticas que emanan del Sol y el campo magnético. Se ha demostrado que los planetas que cuentan con un campo magnético, también tienen una capa magnetósfera.

Esta capa es responsable de que se produzcan las auroras australes o boreales, las cuales se visualizan en el cielo, específicamente por las noches. Cuando las partículas enérgicas del Sol chocan con los polos de la capa magnética, provocan estas incandescentes auroras, habitualmente se dan cerca de los polos.

Variaciones que experimenta el campo magnético terrestre

El campo magnético terrestre, específicamente en su norte, experimenta algunas variaciones en cuanto a su ubicación geográfica. Estas, aunque suelen ser muy lentas, siguen siendo perceptibles, ocurriendo de dos formas: en cortos y en largos plazos.

  • Variaciones en cortos plazos. En este caso, las modificaciones que tienen lugar en el campo magnético suelen ser mínimas pero continuas. Esto es en comparación a la modificación periódica del flujo magnético, que hay en el interior del planeta o de los fenómenos magnéticos que surgen en el exterior.

Por su parte, cuando estas variaciones son superiores a un período anual, dejan marcada la caracterización magnética de las rocas que se encuentran inmersas en el planeta.

  • Variaciones en largos plazos. Estas modificaciones son superiores a un año, también reciben el nombre de variaciones seculares, siendo estas mucho más evidentes que las de cortos plazos. Del mismo modo, ocurren por la gran intensidad que tienen los polos, los cuales tienen más vigor en ciertas temporadas.

¿En qué consisten las inversiones del campo?

Asimismo, como ocurren modificaciones dentro del campo, también se originan bruscas modificaciones con relación a su orientación. Un ejemplo de ello son las dramáticas inversiones del dipolo magnético, las cuales ocurren en períodos aleatorios que oscilan en 100 mil y 50 millones de años.

Evidencia de un campo magnético primitivo que rodea la Tierra

Debido a la gran importancia que posee el campo magnético de la Tierra, algunos expertos han realizado diversos estudios para indagar sobre las modificaciones que ha tenido con el tiempo.

Por su parte, se estima que con estos conocimientos se obtengan nuevas pistas que faciliten la comprensión del desarrollo evolutivo de la Tierra. De igual forma se espera que también sea útil para explicar el origen de otros planetas del sistema solar.

Una innovadora línea de investigación ha proporcionado evidencias sobre un campo magnético cuya formación está rodeando el planeta Tierra. Se advierte que es más fuerte, de lo que los expertos creían en un principio. Este hallazgo contribuye a que los científicos saquen sus propias conclusiones y/o teorías con relación al sustento del campo magnético terrestre.

No obstante, estos estudios pueden aportar información sobre si hay otros planetas pertenecientes al sistema solar que tengas la capacidad de poder alojar vidas.

Algunas pronunciaciones al respecto revelan que el fin de la investigación es saber por qué el planeta Tierra se desarrolló tanto como lo hizo. Esto arroja una mayor evidencia sobre el escudo magnético que tuvo lugar desde tiempos muy tempranos.

El campo magnético en la actualidad

El blindaje o escudo magnético se ha generado en el núcleo exterior del planeta Tierra. La intensidad en las temperaturas del núcleo interior provoca que el exterior se agite y gire, dando lugar a las corrientes eléctricas. A su vez, da origen al fenómeno denominado “geodinamo”, el cual abastece al campo magnético terrestre.

Por otra parte, vemos que por su localización y la alta temperatura de los elementos que hay en el núcleo; los expertos no logran medir de forma directa este campo magnético.

Por suerte, los minerales que flotan hacia la superficie terrestre cuentan con diminutas partículas magnéticas que se encargan de bloquear la dirección e intensidad de este campo. Esto se da justo cuando los minerales experimentan el enfriamiento en su estado fundido.

Usando las innovadoras tecnologías y los registros paleomagnéticos, los expertos han logrado datar y analizar cristales de circón. Siendo estos materiales terrestres con mayor antigüedad, tomados de algunas zonas de Australia. Un circón mide aproximadamente 0.2 milímetros y posee partículas magnéticas aún más diminutas, pero son capaces de bloquear el magnetismo terrestre cuando se forman circones.

Campo magnético en los seres vivos – biomagnetismo

Existen diversos seres vivos capaces de detectar el campo magnético terrestre. Este fenómeno también se conoce como biomagnetismo, lo cual hace referencia a que en el interior del cuerpo existe un campo magnético. También existe el caso en donde algunas zonas del cuerpo interactúan con el magnetismo terrestre.

Las palomas, tortugas y otros animales tienen esta capacidad sensorial que detecta el campo magnético de la Tierra. En este sentido, estas especies desarrollan su sensibilidad y saben hacia qué zona pueden migrar en cada estación o época.

Por otra parte, también se ha observado como los ciervos y las vacas cuando desean descansar acomodan sus cuerpos alineados en los polos norte/sur. Sin embargo, no lo hacen cuando están cercanos a líneas que tienen altos voltajes. Esto ha provocado que los científicos concluyan que el campo magnético es responsable de este efecto.

Muchos estudios han demostrado cómo influye la carga eléctrica en los nervios y en los músculos de un cuerpo. Además, la transmisión de las partículas magnéticas y los iones contribuyen a que exista la conexión de nervios en las neuronas.

Ejemplos del magnetismo en el planeta Tierra

Los ejemplos más simples que hay del campo magnético terrestre son:

  • Las brújulas. En este caso, la orientación de las brújulas está siempre apuntando hacia el norte. Allí, la reproducción de los metales magnéticos está suspendida en agua. Un instrumento que ha resultado muy útil para los aviadores y navegantes desde hace muchos siglos.
  • Rastros magnéticos geológicos en las rocas. Estos, son estudiados principalmente por científicos magnetogeólogos, con el fin de evidenciar las modificaciones que sufre el campo magnético desde su edad temprana.
  • Aurora austral y boreal. Estas incandescentes auroras se visualizan habitualmente en el cielo nocturno en territorios muy cercanos a los polos. Este fenómeno se da cuando las partículas enérgicas del Sol chocan con los polos de la capa magnética.
Campo magnético terrestre

Origen del campo magnético terrestre

Mayormente, el campo magnético terrestre se produce por las diversas corrientes de electricidad que tienen lugar en el núcleo externo. Este se compone de hierro fundido ampliamente conductor.

Este campo surge con la formación de un espiral cerrado (ley de Ampere), además, cuando el magnético es variable origina un eléctrico (ley de Faraday). Por otra parte, estos campos, tanto magnético como eléctrico se encuentran ejerciendo fuerzas sobre sus cargas en donde la corriente fluye (fuerza de Lorentz).

Partiendo de la ley de Lenz, vemos que cualquier modificación en el campo se produce por las corrientes eléctricas. Por esta razón, el flujo que transita por medio de un volumen de fluido no puede ser cambiado. Cuando un fluido hace un desplazamiento, el campo magnético, por su parte, se desplazará junto con él.

Inclusive, cuando el fluido es de conductividad finita, generalmente, es una fuente de origen para un próximo campo. Esto se da justo en el estiramiento de las líneas del campo en el desplazamiento, a medida que lo va deformando. La ciencia revela que este proceso puede darse de forma indefinida, aunque al elevar la intensidad, el desplazamiento de fluido se va oponiendo.

Fluidos en convicción

El desplazamiento realizado por el fluido se sostiene por convicción, entendiéndose este como el desplazamiento cuya base es la flotabilidad. En este orden, la temperatura aumenta a medida que va hacia el centro de la Tierra. Por lo tanto, mientras más elevada sea la temperatura del fluido en profundidad, lo transforma en uno mucho más ligero.

Por su parte, esa flotabilidad se da por una separación química. En otras palabras, cuando el núcleo sufre un enfriamiento, una porción del hierro fundido pasa al estado sólido y a su vez se apega al núcleo interior. En este proceso hay otros elementos con menor ligereza, los cuales hacen que el fluido tenga menos densidad, lo cual se conoce como convección por posición.

Como respuesta a la rotación del planeta surge la fuerza de Cariolis, la cual suele administrar el fluido en ciertos rollos cuya alineación es en dirección hacia el eje norte/sur. En este sentido, un desplazamiento en convicción de un fluido no se considera competente para asegurar el origen de un campo magnético terrestre.

De este modo, se afirma un desplazamiento en sus cargas eléctricas (específicamente de electrones con relación al núcleo atómico). Esto sugiere que es indispensable para originar un campo magnético terrestre. No obstante, no está del todo aclarado como es que ese desplazamiento de cargas se da dentro del fluido que transita en el núcleo exterior.

Mecanismo que lo explican

Probablemente haya ciertos mecanismos que abalen esa teoría, incluyendo las reacciones químicas y eléctricas en donde surge el equilibrio entre la pila que genera electricidad y el efecto termoeléctrico. Sin embargo, ambos mecanismos están de cierto modo separados.

Por su parte, los campos sobrantes de material magnético del manto, los cuales se encuentran en enfriamiento también proveen campos magnéticos en forma de un estator de inicio. De este modo, induciría la corriente necesaria en la fluidez convectora del fluido, actuando como lo que se conoce como una dinamo. Es importante resaltar que estos mecanismos han sido estudiados por William Livermore.

Cálculos entorno al magnetismo de la Tierra

En los cálculos promedio realizados en el núcleo exterior de la Tierra, se obtuvo un magnetismo de aproximadamente 25 G. En este sentido, significa que es 50 veces más supremo que el campo que hay en la superficie.

Sin embargo, las ecuaciones asociadas a la geodinamo resultan muy complicadas de solucionar, y realmente se limitan a una potencia de cálculo. En el transcurrir de los años, diversos expertos se limitaron a crear dinamos, porque la rapidez del fluido se prescribía precedentemente al cálculo de los efectos en el campo.

Básicamente, las teorías dinamo-cinemáticas requerían una demostración diferente, donde se comprobará geométricamente el flujo y se evidenciará que era adaptable a una dinamo.

Modelos pioneros

Los modelos primitivos de dinamo autoconsistente, los cuales precisan la rapidez del fluido que transita y el magnetismo existente, tuvieron su evolución en el año 1995. Los grupos responsables de ello fueron uno en Japón y el otro en EE.UU. Este último fue de gran impacto, puesto que perfectamente logró reproducir algunas características, específicamente de la inversión geomagnética.

De este modo, se pudo probar que las corrientes eléctricas inducidas en la termósfera originan campos magnéticos terrestres (zona de dinamo termosférica). A su vez, provoca algunas variaciones que pueden generar una alteración en el campo haciendo que la superficie alcance hasta 1°.

Magnetómetros

Estos artefactos se usan para detectar la desviación en el campo, las cuales son causadas por distintas estructuras de hierro, piedra, zanja o yacimiento arqueológico. Asimismo, el uso de magnetómetros se ha adaptado a los detectores aéreos desarrollados en la II Guerra Mundial, con el fin de detectar la variación magnética del suelo.

Roca rica en hierro

Si, en este caso hablamos del basalto, la cual es una roca volcánica formada por abundante hierro, además, posee un mineral cuyo componente magnético es muy fuerte (magnetita). Esta roca es capaz de distorsionar la lectura de una brújula local, esto fue detectado por algunos marineros de Islandia a final del siglo XVIII.

Es necesario resaltar que, gracias a la presencia de este elemento, el basalto tiene características magnéticas medibles, lo cual hace que el suelo oceánico sea un foco de investigación. Por su parte, cuando esta roca experimenta un enfriamiento, el material magnético deja reflejado el campo magnético de ese instante.

Historia del campo magnético

Desde tiempos muy remotos se data la existencia del magnetismo, así como también la fuerza de atracción que se origina en los imanes. Sin embargo, no fue sino en el siglo XIX cuando la estrecha relación que hay entre la electricidad y el magnetismo, fuese notable y pudiera ser analizada formalmente.

Al principio, solo se tenía en cuenta el ferromagnetismo, no fue sino hasta 1820 cuando el científico Hans logró demostrar el efecto que tiene la electricidad en las brújulas. Finalmente, descubrió lo que más tarde fue base para crear las ecuaciones de Maxwell.

Pero, ¿cómo surge el campo magnético?

Para lograr la existencia de un campo magnético se debe contar con una fuente energética de magnetismo, en otras palabras, un imán o una fuente eléctrica en movimiento.

Por su parte, la relación entre el magnetismo y la electricidad se describe en las ecuaciones de Maxwell y en la ley de Ampere. No obstante, es necesario saber que un campo magnético se detecta a través del uso de un artefacto llamado magnetómetro.

Ley de Fuerza de Lorentz

Esta es una forma matemática que define los campos magnéticos. La fuerza ejercida por la electricidad sobre un área donde hay una electricidad puntual (q) se mueve a consecuencia de una fuerza proporcional a la velocidad (v) y al campo (B). Por esa razón, la carga eléctrica percibe la fuerza calculable a través de esta ecuación:

F = q (v.B), en donde (F) es la fuerza magnética, (v) corresponde a la velocidad y (B) al campo magnético como tal. De igual forma, sabemos que esta es una fuerza vectorial, en otras palabras, tiene dirección. Por ello, la ecuación para determinar la Fuerza de Lorentz es la siguiente |F| = |q|. |v|. |B| x sen (α).

Tipos de campos magnéticos según su fuente

Un campo cuenta con ciertas cargas eléctricas que circulan a través de un metal. Basándose en la fuente de su creación, se clasifican en:

  • De imán. Suele crearse de forma natural a través de un metal o un imán. Se originan por el desplazamiento de electrones, los cuales rondan al núcleo del átomo e incluso su propio eje. A este desplazamiento se le conoce como el giro spin.
  • De corriente. Estos se generan por cargas que se mueven en una corriente eléctrica. En este caso, los electroimanes: poseen carga eléctrica que circula en un elemento metálico, el cual se imanta inmediatamente originando un campo magnético.

Líneas de inducción

Estas líneas son un tipo de representación gráfica que describe la función de la fuerza magnética. Por su parte, estas no se cruzan entre ellas, sin embargo, se juntan en zonas donde el campo tiene mayor intensidad. En este sentido, las líneas de inducción son aquellas que en matemática reciben el nombre de vectores.

El campo y su intensidad

En este sentido, la inducción magnética profundiza el magnetismo de un campo basándose en los efectos que generan sus cargas. En este orden, la intensidad que presentan estos campos magnéticos se constata en dos maneras de medir su fuerza:

  • Campo H, también conocido como excitación magnética. Su objeto es semejante a la electricidad, el cual revela la intensidad que presenta un campo magnético en un área específica del mismo. En otras palabras, estudia el campo magnético basándose en su fuente eléctrica.
  • Campo B, se conoce con el nombre de inducción magnética. Esta es ampliamente considerada como una forma de medición auténtica del campo magnético, puesto que mide las cantidades del flujo magnético en una zona específica del campo. En otras palabras, su estudio se basa en los efectos que generan las cargas.

¿Cómo se hace la medición en un campo magnético?

Si queremos medir un campo hay que otorgarles un valor a las variables existentes en él. Sabiendo que existe una fuerza vectorial en el campo, hay dos variables que son la dirección y la intensidad.

En el caso de la dirección hay diversos mecanismos simples, por ejemplo, la brújula. El agua de esta apunta hacia el polo, de igual forma sucede en el mundo, cuya dirección va hacia el norte terrestre.

Por otra parte, para medir la intensidad se debe emplear un artefacto llamado magnetómetro. Este instrumento tiene la capacidad de determinar la fuerza que tiene un electrón cuando se desplaza mediante el campo. Los artefactos primitivos se originaron en el siglo XIX, no obstante, en el año 1988 cuando se descubrió la gigantesca magnetorresistencia fueron repotenciados.

Finalmente, vemos como el campo magnético terrestre nos ha mantenido vivos; ya que se comporta como un gran escudo invisible que nos brinda protección frente a los violentos rayos magnéticos

Referencias:

www.ecured.cu/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre

www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/el-campo-magnetico-de-la-tierra-se-debilita-691403596721

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/Astro/contenido18.htm

www.caracteristicas.co/magnetismo-terrestre/#ixzz6r8QmiA9d

www.caracteristicas.co/campo-magnetico/#ixzz6rHmPQv77


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Mou D. Khamlichi

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