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Der serielle Holzbau bietet durch seine Vorfertigungsmöglichkeit großes Potenzial zur Bewältigung der aktuellen Herausforderungen der deutschen Bauwirtschaft. Trotz dieses Potenzials verläuft der Übergang von der konventionellen Massivbauweise zum seriellen Holzbau nur langsam. Ziel dieser Arbeit ist es, die Gründe für diesen langsamen Transformationsprozess zu untersuchen. Hierzu wer- den umfassende Einblicke in die Einsatzmöglichkeiten, Chancen und Herausforderungen sowie das Marktpotenzial der seriellen Holzbauweise gegeben. Die Wertschöpfungskette des seriellen Holzbaus kann variierend modular gestaltet werden, was zu unterschiedlichen Vorfertigungsstufen führt. Diese reichen von linearen über flächige bis hin zu raumbildenden Elementen, woraus eine abgestufte Komplexitätsreduktion auf der Baustelle resul- tiert. Wenn es um den Bau im Bestand geht, erweist sich die serielle Bauweise insbesondere bei Auf- stockungsmaßnahmen und energetischen Sanierungen als geeignet. Durch sein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit weist Holz die optimalen Materialeigenschaften für diese Bautä- tigkeiten auf.:1 Einleitung 1 1.1 Ausgangslage und Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung 2 1.3 Struktur der Arbeit 2 1.4 Begriffsdefinition 2 2 Serielles Bauen 3 2.1 Begrifflichkeit 3 2.2 Fertigteilbau (Lineare Elemente) 4 2.3 Systembau (Flächige Elemente) 5 2.4 Modulares Bauen (Raumbildende Elemente) 7 3 Serielles Sanieren 9 3.1 Effizienzsteigerung des Baubestands 9 3.1.1 Energetische Sanierung 9 3.1.2 Aufstockung 11 3.1.3 Erweiterungen 12 3.2 Beispiel einer vollumfänglichen Sanierung 13 4 Chancen 14 4.1 Ökologie 14 4.1.1 CO2 -Speicher 14 4.1.2 Substitution fossiler Rohstoffe 14 4.1.3 Abfall und Transportwege 16 4.2 Ökonomie 16 4.2.1 Baukosten 16 4.2.2 Kostensicherheit 18 4.2.3 Staatliche Förderungen 18 4.3 Vorfertigung 19 4.3.1 Qualität 19 4.3.2 Fachkräftemangel 19 4.3.3 Bauzeit 20 5 Herausforderungen 21 5.1 Planungsphase 21 5.1.1 Planungsaufwand 21 5.1.2 Brandschutz 22 5.1.3 Vergabeverfahren 24 5.2 Standardisierungsgrad 25 5.3 Ausführungsphase 26 5.3.1 Transportlogistik 26 5.3.2 Produktionskapazitäten 26 6 Wirtschaftlichkeit 27 6.1 Branchenstruktur 27 6.2 Marktlage 28 6.2.1 Branchenumsätze 28 6.2.2 Holzbauquote 30 6.3 Marktpotenziale 32 7 Fazit 35 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG VI LITERATURVERZEICHNIS VII ONLINE-QUELLEN IX ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS XI ABBILDUNGSVERZEICHNIS XII TABELLENVERZEICHNIS XIII

Mit dem Bergbausymposium 2023 wollen wir und insbesondere die Beschäftigten der Wismut GmbH Ihnen unsere Erfahrungen und Fortschritte bei der Sanierung der Hinterlassenschaften des Uranbergbaus präsentieren. Kooperationspartner und Mitveranstalter des Wismut- Symposiums sind die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) sowie erstmalig der Verband für Bergbau, Geologie und Umwelt (VBGU) e.V.

Der Klimawandel fordert die Anbausysteme heraus, um das derzeitige Produktionsniveau zu verbessern oder sogar aufrechtzuerhalten. Es wird erwartet, dass zukünftige Trends bei Temperatur und Niederschlag die Ernteproduktivität beeinträchtigen. Es ist daher notwendig, möglicher Lösungen zur Anpassung der Anbausysteme an den Klimawandel zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über die Anpassung von weltweit relevanten Getreidepflanzen an den Klimawandel zu erweitern. Die zentrale Fragestellung ist, ob globale Anbausysteme an den Klimawandel angepasst werden können, indem die Phänologie der Kulturpflanzen durch Anpassung von Wachstumsperioden und Sorten gesteuert wird. Die Phänologie und die Ertragsreaktionen sowohl auf den Temperaturanstieg als auch auf die Sortenselektion werden zunächst anhand eines Ensembles von “Global Gridded Crop Models” bewertet. Anschließend wird die Komplexität der Anpassung durch phänologisches Management analysiert, insbesondere unter Berücksichtigung der bestehenden großen Wissenslücken bei der Auswahl von Pflanzensorten. Das Ergebnis der Analyse ist ein regelbasierter Algorithmus, der phänologische Zyklen der Kulturpflanzen auswählt, um die Zeit für die Ertragsbildung zu maximieren und Temperatur- und Wasserbelastungen während der Wachstumszyklen der Kulturpflanzen zu minimieren. Die berechneten Aussaatdaten und Wachstumsperioden werden verwendet, um globale Muster von Sorten zu parametrisieren, die an aktuelle und zukünftige Klimaszenarien angepasst sind. Diese Arbeit zeigt, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenproduktivität erheblich variieren können, je nachdem, welche Annahmen für das agronomische Management getroffen werden. Änderungen im Management zu vernachlässigen, liefert die pessimistischste Prognose für die zukünftige Pflanzenproduktion. Relativ einfache Ansätze zur Berechnung angepasster Aussaatdaten und Sorten bieten eine Grundlage für die Berücksichtigung autonomer Anpassungsschemata als integraler Bestandteil globaler Modellierungsrahmen. / Climate change is challenging cropping systems to enhance or even maintain current production levels. Future trends in temperature and precipitation are expected to negatively impact crop productivity. It is therefore necessary to explore adaptation options of cropping systems to changing climate. The aim of this thesis is to advance knowledge on adaptation of world-wide relevant grain crops to climate change. The central research question is whether global cropping systems can be adapted to climate change by managing crop phenology through adjusting growing periods and cultivars. Phenology and yield responses to both temperature increase and cultivar selection are first assessed making use of an ensemble of Global Gridded Crop Models. Then, the complexity of adaptation through phenological management is analysed, particularly addressing the existing large knowledge gaps on crop cultivar choice. The outcome of the analysis is a rule-based algorithm that selects crop phenological cycles aiming at maximizing the time for yield formation and minimizing temperature and water stresses during the crop growth cycles. The computed sowing dates and growing periods are used to parametrize global patterns of cultivars adapted to present and future climate scenarios. This thesis demonstrates that the impacts of climate change on crop productivity can vary substantially depending on which assumptions are made on agronomic management. Neglecting any changes in management return the most pessimistic projection on future crop production. Relatively simple approaches to compute adapted sowing dates and cultivars provide a base for considering autonomous adaptation schemes as an integral component of global scale modelling frameworks.

Die Arbeit liefert ein umfassendes Verständnis der (1) Auswirkungen auf Landnutzung und Treibhausgas (THG)-emissionen im Zusammenhang mit der deutschen Milchproduktion im Zeitraum von 2000 bis 2015 und bis 2030, (2) Unsicherheiten hinsichtlich der Bewertung der THG-emissionen der Milchproduktion und (3) Bewertung der Anwendbarkeit des zugrundeliegenden Modells für andere Länder als Deutschland. Landnutzung stellt die Anbaufläche von Futter für bestimmte Milchleistungen dar. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Landnutzungsänderung zwischen Grün- und Ackerland durch Änderung der Milchkuhrationen. Ein Ökobilanz-Modell wurde entwickelt, um die Auswirkungen der Entwicklung der deutschen Milchproduktion und -leistung (typische Rationen unter deutschen Bedingungen) bis 2030 für drei Weidesysteme (ohne Weide, Halbtags- und Ganztagsweide) zu simulieren. THG-emissionen wurden für die gesamte Produktionskette berechnet, beginnend mit dem Pflanzenbau. Eingangsdaten für Ökobilanz-Studien von Lebensmitteln werden von Variabilität und Unsicherheiten beeinflusst. Ein systematischer Ansatz (Kombination aus lokaler und globaler Sensitivitätsanalyse) wurde verwendet, um wesentliche Eingangsparameter für die Bewertung der THG-emissionen der Milchproduktion zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden drei Rationen, welche die Weidesysteme im Jahr 2030 repräsentieren, ausgewählt. Die lokale Sensitivitätsanalyse diente der Identifikation der einflussreichsten Parameter, die globale der Identifikation der wichtigsten Parameter. Die USA dienen der Prüfung der Anwendbarkeit des Modells für andere Länder. Produktionssystem, verfügbare Daten und IPCC Tier-Methoden werden mit dem deutschen System und zugehörigen Daten verglichen. Diese Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse zur künftigen Intensivierung der Milchproduktion sowie zu Klimaschutzpotenzialen in Abhängigkeit der Fütterungsstrategie. Darüber hinaus trägt sie zur Verringerung der Unsicherheiten künftiger Studien zur Milchproduktion bei. / This thesis provides an comprehensive understanding of: (1) impacts on land use and greenhouse gas (GHG) emissions related to the German milk production in the period from 2000 to 2015 and further until 2030, (2) uncertainties with regard to the assessment of GHG emissions of milk production and (3) evaluation of applicability of the underlying life cycle assessment (LCA) model for countries other than Germany. Land use represents the acreage needed to provide sufficient feed for certain milk yields. This research focusses on land use change between grassland and cropland as an effect of changing dairy cow diets. A LCA model, which reflects typical dairy cow diets under German conditions, was developed to simulate the impact of the German development of milk production and yield until 2030 for three grazing systems (zero-, restricted and unrestricted grazing). GHG emissions have been calculated for the whole production chain, beginning with crops cultivation. Input parameter of LCA studies of food products are affected by variability and uncertainty. A systematic approach (combining local and global sensitivity analysis) was used to identify essential input parameters for the assessment of GHG emissions of milk production. Three diets representing the grazing systems in the year 2030 were selected for this purpose. Local sensitivity analysis was used to identify the most influential parameters, global sensitivity analysis was used to identify the parameters which are most important. The United States of America are taken as example to verify the applicability of the LCA model for other countries. Production system, available data, and IPCC tier methods were compared with the German system and data. This thesis provides important insights on future intensification of milk production along with climate change mitigation potentials depending on the feeding strategy. Moreover, it contributes to the reduction of uncertainties of future LCA studies of milk production.

Die zunehmende Verfügbarkeit von Satellitenfernerkundungs- und Wildtier-Telemetriedaten eröffnet neue Möglichkeiten für eine verbesserte Überwachung von Wildtierhabitaten durch Habitatmodelle, doch fehlt es häufig an geeigneten Ansätzen, um dieses Potenzial voll auszuschöpfen. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit bestand in der Konzipierung und Weiterentwicklung von Ansätzen zur Nutzung des Potenzials großer Satellitenbild- und Telemetriedatensätze in Habitatmodellen. Am Beispiel von drei großen Säugetierarten in Europa (Eurasischer Luchs, Rothirsch und Reh) wurden Ansätze entwickelt, um (1) Habitatmodelle mit dem umfangreichsten global und frei verfügbaren Satellitenbildarchiv der Landsat-Satelliten zu verknüpfen und (2) Wildtier-Telemetriedaten über Wildtierpopulationen hinweg in großflächigen Analysen der Habitateignung und -nutzung zu integrieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen das enorme Potenzial von Landsat-basierten Variablen als Prädiktoren in Habitatmodellen, die es ermöglichen von statischen Habitatbeschreibungen zu einem kontinuierlichen Monitoring von Habitatdynamiken über Raum und Zeit überzugehen. Die Ergebnisse meiner Forschung zeigen darüber hinaus, wie wichtig es ist, die Kontextabhängigkeit der Lebensraumnutzung von Wildtieren in Habitatmodellen zu berücksichtigen, insbesondere auch bei der Integration von Telemetriedatensätzen über Wildtierpopulationen hinweg. Die Ergebnisse dieser Dissertation liefern neue ökologische Erkenntnisse, welche zum Management und Schutz großer Säugetiere beitragen können. Darüber hinaus zeigt meine Forschung, dass eine bessere Integration von Satellitenbild- und Telemetriedaten eine neue Generation von Habitatmodellen möglich macht, welche genauere Analysen und ein besseres Verständnis von Lebensraumdynamiken erlaubt und so Bemühungen zum Schutz von Wildtieren unterstützen kann. / The growing availability of satellite remote sensing and animal tracking data opens new opportunities for an improved monitoring of wildlife habitats based on habitat models, yet suitable approaches for making full use of this potential are commonly lacking. The overarching goal of this thesis was to develop and advance approaches for harnessing the potential of big satellite image and animal tracking data in habitat models. Specifically, using three large mammal species in Europe as an example (Eurasian lynx, red deer, and roe deer), I developed approaches for (1) linking habitat models to the largest global and freely available satellite image record, the Landsat image archive, and (2) for integrating animal tracking datasets across wildlife populations in large-area assessments of habitat suitability and use. The results of this thesis demonstrate the enormous potential of Landsat-based variables as predictors in habitat models, allowing to move from static habitat descriptions to a continuous monitoring of habitat dynamics across space and time. In addition, my research underscores the importance of considering context-dependence in species’ habitat use in habitat models, particularly also when integrating tracking datasets across wildlife populations. The findings of this thesis provide novel ecological insights that help to inform the management and conservation of large mammals and more broadly, demonstrate that a better integration of satellite image and animal tracking data will allow for a new generation of habitat models improving our ability to monitor and understand habitat dynamics, thus supporting efforts to restore and protect wildlife across the globe.

Die unkontrollierte menschliche Entwicklung beeinflusst alle Aspekte der Interaktionen und Prozesse von Ökosystemen (Ökosystemfunktionen), einschließlich derjenigen, die für Menschen von Nutzen sind und sein werden (Ökosystemdienstleistungen). In dieser Arbeit habe ich einen neuen analytischen Ansatz entwickelt, der auf der Netzwerkanalyse basiert, um die Strukturdynamik von Ökosystemen in der Tiefe zu untersuchen. Ich habe diesen Ansatz validiert, indem ich den gut untersuchten Fossilienbestand großer Säugetiere der Iberischen Halbinsel während der letzten 21 Ma verwendet habe. Das funktionelle System durchlief lange Perioden der Stabilität, unterbrochen von einer schnellen Reorganisation, die einen neuen stabilen Zustand fand. Hohe funktionelle Diversität und Reichhaltigkeit befeuert mit der Zeit zunehmende Belastbarkeit der Funktionsstruktur (Versicherungseffekt). Dann verwende ich eine Kombination aus funktionaler Diversität (fdiv) und Netzwerkanalyse über einen beispiellosen Datensatz von großen Pflanzenfressern weltweit, der sich über die letzten 65 Millionen Jahre erstreckt. Es gab einen anfänglichen Trend zur Zunahme der funktionellen Diversität, vermittelt durch einen Nettogewinn an funktionellem Reichtum, der 20 Ma erreichte, wahrscheinlich angeheizt durch die Bildung der sogenannten Gomphotherium-Landbrücke. Danach blieb der fdiv des Systems hoch und erreichte das maximale Niveau von 10 Ma, als das System viele Arten mit ähnlichen ökologischen Rollen (funktionelle Sättigung) angesammelt hatte, was letztendlich ihren funktionellen Zusammenbruch provozierte. Danach zeigte das System eine schnellere ökologische Verarmung, die während des Beginns der pleistozänen Vergletscherung um etwa 2,5 Ma zunahm. In Bezug auf die funktionelle Struktur stellen wir fest, dass känozoische große Pflanzenfressergemeinschaften lange Perioden der Stabilität durchlebten, gefolgt von der Reorganisation ihrer funktionellen Struktur in neue stabile Zustände (um 20 und 10 Ma). / Uncontrolled human development is affecting all aspects of ecosystems' interactions and processes (ecosystem functioning), including those that are, and will be, beneficial to people (ecosystem services). In this thesis I developed a new analytical approach based on network analysis to study deep time ecosystem structure dynamics. I validated this approach using the well studied large mammal fossil record of the Iberian Peninsula during the last 21 Ma. The functional system underwent long periods of stability punctuated by a rapid reorganization finding a new stable state. High functional diversity and richness fueled the time increasing resilience of the functional structure (insurance effect). Then, I use a combination of functional diversity (fdiv) and network analysis over an unprecedented dataset of worldwide large herbivores spanning the last 65 Myrs. There was an initial trend towards the increment of functional diversity, mediated by a net gain in functional richness that peaked 20 Ma, likely fueled by the formation of the so-called Gomphotherium land bridge. Thereafter, the system’s fdiv remained high reaching the maximum level 10 Ma, when the system had accumulated many species with similar ecological roles (functional saturation), which ultimately provoked their functional collapse. After that, the system showed a faster ecological impoverishment increasing around 2.5 Ma during the beginning of Pleistocene glaciations. Regarding the functional structure, we find that Cenozoic large herbivore communities experienced long periods of stability followed by the reorganization of their functional structure in new stable states (around 20 and 10 Ma).

Tropische Trockenwälder sind von großer Bedeutung für das Klima, die biologische Vielfalt und den Lebensunterhalt von Millionen von Menschen. Die Walddegradation bedroht die tropischen Trockenwälder, aber es fehlt an Wissen über ihre Muster, ihr Ausmaß und ihre Ursachen. Ziel dieser Arbeit war es, das derzeitige Verständnis der Walddegradation im argentinischen Dry Chaco mit Hilfe der Fernerkundung zu verbessern. Mithilfe des Landsat-Archivs habe ich die Störungsgeschichte des verbleibenden Waldes charakterisiert, die räumlichen und zeitlichen Muster der Störungsfaktoren bewertet und die langfristigen Auswirkungen der verschiedenen Faktoren auf die Waldstruktur untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass über 30 Jahre hinweg große Gebiete des argentinischen Dry Chaco (etwa 8 %) von Störungen betroffen waren. Meine Ergebnisse zeigen einen anthropogenen Zusammenhang mit den meisten Störungsarten, deuten aber auch auf einen komplexen indirekten Einfluss von Niederschlagsmustern hin, wobei Waldstörungen in Dürrejahren besonders verbreitet sind. Die Analyse der zeitlichen Muster der verschiedenen Einwirkungen zeigt Trends in der Landnutzung im Laufe der Zeit, wobei neue Landnutzungsformen wie silvopastorale Systeme entstehen und alte Praktiken wie die Abholzung jedes Jahr einen relativ stabilen Anteil der Flächen betreffen. Die Ergebnisse zu den langfristigen Auswirkungen von Störungen zeigen, dass sich die Waldstruktur bei den am weitesten verbreiteten Störungen über drei Jahrzehnte kaum oder gar nicht erholt, was auf eine großflächige Walddegradation schließen lässt. Diese Arbeit zeigt das Potenzial von Satellitenzeitreihen für eine robuste Charakterisierung der Walddynamik im Zusammenhang mit der Degradation auch in tropischen Trockenwäldern. Die aus dieser Arbeit resultierenden Karten, Ansätze und Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Walddegradation im Dry Chaco bei und können zu einem wirksameren Schutz der tropischen Trockenwälder beitragen. / Tropical dry forests are of great importance for climate regulation, harbour biodiversity and sustain the livelihood of millions of people. Deforestation and degradation threaten tropical dry forests but whereas our understanding of tropical deforestation has increased tremendously over the last decades, knowledge of the patterns, extent and drivers of forest degradation is lacking. This thesis aimed to advance the current understanding of forest degradation in the Dry Chaco by means of remote sensing. Using the Landsat archive, I characterized the disturbance history of the remaining Argentine Dry Chaco forest, assessed spatial and temporal patterns of disturbance agents, and investigated the long-term effect of different agents on forest structure. Results show that over 30 years large areas of the Argentine Dry Chaco (about 8%) were affected by disturbances. My findings reveal an anthropogenic link to most types of disturbances, while also suggesting complex indirect influence of precipitation patterns, with forest disturbances being particularly widespread during drought years. The analyses of temporal patterns of different agents reveals trends in land-use practices over time, with new land uses emerging, such as silvopastoral systems, and old practices such as logging, affecting a fairly stable share of areas every year. Findings on the long-term impact of disturbances indicate that for the most widespread disturbances, forest structure shows little or no recovery over three decades, which suggests forest degradation affecting large areas. This thesis demonstrates the potential of satellite time series for robust characterization of forest dynamics related to degradation also in tropical dry forests, despite the complex conditions these systems represent. The maps, approaches and knowledge resulting from this thesis contribute to a better understanding of forest degradation in the Dry Chaco and can inform more effective conservation of tropical dry forests.

Diese Dissertation ist motiviert durch die Finanzkrise im Jahre 2007-2009 und das Versagen der ökonomischen Methodologie die gestiegene Fragilität des Finanzsystems vor der Krise zu erkennen. Ich untersuche die Nützlichkeit von alternativen Ansätzen und fokussiere dabei auf methodologischen Defizite des Standardansatzes, die sich im Zuge der Finanzkrise offenbart haben. Insbesondere fokussiere ich auf ökologische Ansätze, da die Ökonomie und die Ökologie ähnliche phänomenologische Gemeinsamkeiten haben und dennoch viele gegensätzliche methodologische Doktrinen beherbergen, so dass sie sich ergänzen können. Die erste Studie betrachtet die Verbindungen zwischen Ökologie und Ökonomie und setzt sich mit der historischen Fragestellung auseinander wie Analogie-Modelle, inspiriert durch unterschiedliche Forschungsparadigmen, zu einer Entwicklung von zwei gegensätzlichen methodologischen Sichtweisen innerhalb der Ökonomie geführt haben. Dabei finde ich, dass die Finanzkrise eine Veränderung in der ökonomischen Methodologie in Richtung von Ansätzen aus den Lebenswissenschaften verursacht hat. In den letzten zwei Studien wende ich ökologische Modelle auf die Finanzwissenschaft an, indem ich Netzwerk-Ansätze mit Agenten-basierten Simulationen kombiniere, um Contangion-Effekte in Bankensystemen zu studieren. In der ersten Simulationsstudie untersuche ich den Einfluss von Unsicherheit auf die Stabilität von Bankensystemen und finde, dass Informationsasymmetrien zu einem erstaunlichen Anstieg des Risikos eines Systemkollapses nach einem Finanzschock führen können. In der zweiten Simulationsstudie untersuche ich den Zusammenhang zwischen Konzentration und Resilienz von Bankensystemen. Ich finde, kontraintuitiv, dass ein Anstieg an Konzentration, wenn von Ungleichheit entkoppelt, die Systemresilienz erhöhen kann. Zusammengefasst, zeige ich in dieser Arbeit, dass ökologische Ansätze fruchtbar gemacht werden können, um ökonomische Probleme zu beleuchten. / This dissertation is motivated by the 2007-2009 financial crisis and the failure of the mainstream economic methodology to detect the increased fragility of the pre-crisis financial system. I explore the viability of alternative approaches focusing on the methodological blind spots that were revealed by the financial crisis. In particular, I focus on ecological approaches since economics and ecology share many phenomenological similarities but harbor many opposing methodological doctrines, which make them complementary. The collection of projects presented here is my attempt at facilitating crosspollination between the two disciplines dealing with similar problems. The first project considers the connections between ecology and economics, and provides a historical account of how analogical models inspired by different research paradigms led to the development of two contrasting methodological perspectives in economics, the classical physics worldview and the life sciences worldview. I find that the recent financial crisis precipitated a shift in economic methodology towards approaches inspired by life sciences. In the remaining two projects I apply ecological models to finance by combining network approaches with agent-based simulations to study contagion in banking systems. In the first simulation study I explore the impact of uncertainty on the stability of banking networks and show that information asymmetries lead to a striking increase in the risk of system collapse after a financial shock. In the second simulation study I investigate the relationship between concentration and resilience in banking systems. I find, counterintuitively, that an increase in concentration can be beneficial for system stability in certain conditions. Specifically, when concentration is decoupled from inequality, its increase can improve system resilience. Taken together, this thesis shows that ecological approaches can be fruitfully used to illuminate economic problems.

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