Collage: Ein Mensch besprüht mit einer Dose einen Globus.
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Gutes CO2 - schlechtes CO2 Mensch. Macht. Klimawandel.

US-Präsident Donald Trump hat sich per Dekret von den Klimaschutzzielen seines Vorgängers Barack Obama getrennt und baut wieder auf fossile Energiegewinnung. Damit stellt er sich gegen die dringende Empfehlung der Klimaforscher auf der ganzen Welt.
Was bedeutet das? Wir haben vier der renommiertesten Klimaforscher Deutschlands unabhängig voneinander befragt, welche Folgen Kohlendioxid-Emissionen auf das Klima haben, um ein möglichst seriöses Bild der komplexen Zusammenhänge zu bekommen.

Collage: Ein Mensch besprüht mit einer Dose einen Globus.
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Interviewpartner

Dr. Mathias Goeckede
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Dr. Mathias Goeckede, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena ist Leiter einer Forschungsgruppe des MPI in Jena, die den Gasaustausch der Erdoberfläche und der Atmosphäre untersucht. -Keine politischen Bindungen, finanzielle Abhängigkeiten oder Interessenskonflikte-

Prof. Andreas Huth
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Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ - Ökologische Systemanalyse, Leipzig entwickelt Modelle, die Wachstum, Entwicklung und Biodiversität komplexer Biotope wie Wälder beschreiben.
-Keine politischen Bindungen, finanzielle Abhängigkeiten oder Interessenskonflikte-

Prof. Heimann, MPI Jena
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Prof. Dr. Martin Heimann, Emeritus Director Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena Prof. Heimann untersucht auf lokaler, regionaler und globaler Ebene die Biogeochemie des Kohlenstoffzyklus.
-Keine politischen Bindungen, finanzielle Abhängigkeiten oder Interessenskonflikte-

Dr. Georg Feulner, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
Bildrechte: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Dr. Georg Feulner, stellv. Leiter Forschungsbereich Erdsystemanalyse am Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung Dr. Georg Feulner hat in Potsdam ein neues umfassendes Erdmodell entwickelt, dass systemische Pozesse und Wirkungsmechanismen beschreibt.
-Keine politischen Bindungen, finanzielle Abhängigkeiten oder Interessenskonflikte-

Was ist CO2 und welche chemischen und physikalischen Eigenschaften es?

Dr. Mathias Goeckede: "Es ist ein natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre und wichtiger Bestandteil des Lebens auf der Erde. Dieser Bestandteil verändert sich aber permanent. Innerhalb der letzten zwei Jahrhunderte hat sich sein Anteil an der Atmosphäre deutlich erhöht. Das CO2-Niveau vor Beginn der Industrialisierung im Jahr 1750 lag bei 260- 280 ppm, also 280 Teile CO2 auf eine Millionen Teile Luft. Inzwischen sind wir im Mittel bei etwa 390 ppm angekommen.

Es ist ein farbloses, geruchloses Gas, ein Treibhausgas, das gut wasserlöslich ist. Es hat ein Molekülgewicht von 44 Gramm. Es ist ein natürlicher Anteil der Luft und in diesem Sinne erst einmal absolut ungiftig. Es könnte nur dann giftig werden, sollte es den Sauerstoff soweit verdrängen, dass wir nicht mehr atmen können."

Dr. Georg Feulner: "CO2 gab es sicher von Stunde Null der Erdgeschichte an. Das Gas hat auf der frühen Erde wahrscheinlich sogar eine sehr wichtige Rolle gespielt. Damals, vor etwa vier Mrd. Jahren, war die Sonne etwa um 25 Prozent schwächer als heute. Und das CO2 hat mit seinem sehr starken Treibhauseffekt die schwache Sonneneinstrahlung kompensiert und damit zu moderaten Temperaturen beigetragen. Letztlich hat damals also das CO2 für die Bedingungen gesorgt, um Leben auf der Erde überhaupt möglich zu machen."

Wo kommt CO2 überall vor?

Dr. Mathias Goeckede: "CO2 ist ein Gas und das finden wir nur in der Atmosphäre oder gelöst im Wasser. Wenn CO2 von Pflanzen aufgenommen wird, ist es nicht als CO2 gespeichert, sondern als Kohlenstoff. Diesen Kohlenstoff gibt es überall auf unserer Erde. Der größte Speicher ist der Ozean und dann gibt es auch große Kohlenstoffvorräte im Boden. Gefroren gibt es Kohlenstoff in den Polargebieten im sogenannten Permafrostboden und dann noch in der Atmosphäre und in der Biomasse."

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Kohlenstoff kommt in verschiedenen "Pools“ vor. Ein großer Pool bildet die Atmosphäre. Dort sind derzeit etwa 830 Mrd. Tonnen (830 Gigatonnen) Kohlenstoff enthalten, das entspricht den berühmten 400 ppm CO2 (parts per million - Teile pro Million). Dann gibt es große Mengen von Kohlenstoff, die in der Vegetation gespeichert sind. Das sind etwa 600 Mrd. Tonnen Kohlenstoff – das weiß man nicht ganz genau. Hierzu sind verschiedene Satellitenprojekte geplant. Und es gibt riesige Mengen Kohlenstoff, die im Meer gebunden sind, ähnlich wie in einer Sprudelflasche. Dort sind schätzungsweise 40.000 Gigatonnen Kohlenstoff gespeichert. Außerdem gibt es größere Kohlenstoffmengen im Boden – hierzu gibt es auch Schätzungen .

Diese Pools können ihren Kohlenstoff  austauschen. Beispielsweise gelangt durch Verbrennen Kohlenstoff in Form von CO2 von der Vegetation die Atmosphäre.  Durch das Verbrennen von Erdöl und Kohle bspw. holen wir Kohlenstoff aus der Vergangenheit - das wäre auch ein weiterer Art Pool - zurück in die gegenwärtige Atmosphäre." 

Prof. Dr. Martin Heimann: "Der Austausch zwischen den Pools findet in der Regel über kurze historische Zeiträume statt. Der größte Teil des Kohlenstoffs auf unserer Erde ist allerdings in geologischen Formationen, im Gestein gespeichert.
Bei der Verwitterung wird CO2 der Atmosphäre entnommen und der Vulkanismus setzt CO2 durch Gase wieder in der Atmosphäre frei. Diese geologischen Kreisläufe finden auf Zeitskalen von hunderttausenden von Jahren statt. Wenn man die heutige Situation betrachtet, kann man das vernachlässigen. Die Mengen spielen nur dann eine Rolle, wenn man extrem lange Zeiträume betrachtet."

Wieviel entsteht natürlich, wieviel produziert der Mensch?

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe bringt der Mensch zusätzlich pro Jahr ca. neun Mrd. Tonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre. Das Meer und die Biosphäre nehmen zwar einen Teil des Kohlenstoffs wieder auf. Netto bleiben von den neun Milliarden Tonnen Kohelnstoffeintrag vier Mrd. Tonnen in unserer Atmosphäre (jährlicher Anstieg). Die weltweite Abholzung hat auch einen relevanten Einfluss. Dadurch werden etwa jährlich eine Mrd. Tonnen Kohlenstoff  an die Atmosphäre abgegeben.
Die Hälfte unseres CO2-Ausstoßes in Deutschland, also der größte Teil, entsteht durch das Heizen von Wohnungen im Winter.

Der Kohlenstoffumsatz eines Menschen entspricht dem einer alten Glühbirne von etwa 100 Watt - wenn er nichts Besonderes macht, wenn er z.B. nur liegt (Grundumsatz). Das entspricht etwa 100 kg Kohlenstoffemissionen pro Jahr. Selbst wenn wir die Emissionen aller Menschen und Tiere hochrechnen, dann sind die Emissionen durch die Verbrennung der fossilen Energieträger wesentlich höher. Bei Tieren und Menschen kommt hinzu, dass die CO2-Bilanz als ausgeglichen betrachtet wird. Denn dass CO2, welches wir in die Atmosphäre entlassen, wird durch den Anbau von Nahrungsmitteln vorher gebunden."  

Dr. Mathias Goeckede: "Der Mensch produziert Emissionen im Bereich von 9 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr. Alle Landflächen der Erde zusammen genommen geben pro Jahr 120 Gigatonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre ab. Der Anteil ist also um ein vielfacher höher als das, was der Mensch produziert. Allerdings gleichen sich die natürlichen Systeme aus. Überall dort, wo etwas abgegeben wird, wird auch etwas aufgenommen. Was jetzt die menschlichen Emissionen in Bezug auf den Kohlenstoff-Kreislauf wichtig macht ist, dass es dieses natürliche Gleichgewicht aus der Bilanz bringt."

Dr. Georg Feulner: "Von dem, was der Mensch an CO2 in die Atmosphäre bringt, nimmt die Landvegetation nur 17 Prozent auf. Nur ein ganz kleiner Teil, nur 1/6 von dem, was wir in die Luft blasen, wird also von den Pflanzen auf dem Land aufgenommen. 27 Prozent, also etwas mehr als ein Viertel, gehen in die Ozeane, werden dort gelöst und führen dort zur Ozeanversauerung. Der überwiegende Teil, nämlich 56 Prozent unserer CO2-Emissionen, bleiben also in der Atmosphäre zurück und verstärken den Treibhauseffekt.
Dazu kommt, dass CO2 ein sehr stabiles Treibhausgas ist. Die Prozesse, die CO2 langfristig der Atmosphäre entziehen, sind sehr langsam, so verbleibt es auf Zeitskalen von Jahrhunderten, ein Teil sogar für viele Jahrtausende in der Atmosphäre.

Wenn wir das 20. Jahrhundert betrachten und nur die natürlichen Klimafaktoren ohne die menschlichen Prozesse, dann wäre die Temperaturentwicklung im Wesentlichen flach. Da würde nicht viel passieren. Es gäbe natürlich Schwankungen. Aber die starke Erwärmung, die wir sehen, die ist tatsächlich mensch-gemacht. Wenn wir den Effekt von CO2 auf unser Klima leugnen oder kleinreden würden, dann könnten wir die gesamte Klimageschichte der Erde nicht mehr erklären."

Welche Wirkung hat CO2 in der Atmosphäre und auf das Leben auf der Erde?

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "CO2 hat unter anderem die Eigenschaft, dass es Infrarotstrahlung nicht durchlässt. Das ist die Eigenschaft von CO2, die dazu führt, dass es zu einer Erwärmung an der Erdoberfläche kommt. Das ist vergleichbar mit einem Treibhaus aus Glas. Dort haben Glasscheiben etwa ähnliche Eigenschaften wie CO2 nämlich die Wärmestrahlung, die innerhalb des Treibhauses entsteht, nicht mehr durchzulassen. Und dadurch heizt sich das Glashaus auf. Und das Gleiche passiert durch die CO2-Schicht, die wir um die Erde haben."

Dr. Georg Feulner: "Für jüngere Epochen in der Erdgeschichte, in denen wir den CO2-Gehalt in der Atmosphäre abschätzen können, sehen wir einen ganz klaren Zusammenhang. Immer dann, wenn die CO2-Konzentration in der Atmosphäre hoch war, beobachten wir eine Warmzeit in der Klimageschichte. Wohingegen wir in Zeiten mit niedrigem CO2-Gehalt in der Atmosphäre große Eiszeitalter haben. Diese Korrelation gibt es ganz klar in der Erdgeschichte."

Wieviel CO2 wäre eigentlich in unserer Atmosphäre ohne den Menschen normal?

Dr. Mathias Goeckede: "Normal wäre das Niveau vor Beginn der Industrialisierung. Messungen mit Eisbohrkernen zeigen, dass es im Laufe der letzten 7.000 Jahre Schwankungen in der atmosphärischen CO2-Konzentration von 260 – 280 ppm gegeben hat. Bis zu Beginn der Industrialisierung waren aber in den letzten 100.000 Jahren nie mehr als 300 ppm CO2 in der Atmosphäre."

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Man weiß aus der Untersuchung von Eis-Bohrkernen, dass die Kohlenstoffkonzentration früher um 200-280 ppm lag (letzten 500.000 Jahre). Der CO2-Level, den wir heute haben, ist in etwa 50 Prozent höher im Vergleich zu einer früheren Warmzeit.

Wenn wir die Pools kennen, in denen Kohlenstoff gespeichert ist, dann kann man mit relativ einfachen Simulationsmodellen vorhersagen, wie sich die Kohlenstoffkonzentrationen entwickeln werden. Dann stellt man fest, dass die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre drastisch weiter steigen wird, weil der Eintrag derzeit so groß ist. Das CO2 in der Atmosphäre würde sich nur langsam reduzieren, selbst wenn wir sofort aufhören würden fossile Energieträger zu verbrennen."

Welche Rolle spielt die Sonnenaktivität?

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Was die Eiszeiten betrifft, ist es relativ klar, dass sie durch die Umlaufbahnen der Erde um die Sonne verursacht werden. Das ist gut verstanden.
Aber wir können damit nicht erklären, was wir an Temperaturentwicklung in den letzten Jahrzehnten sehen."

Prof. Dr. Martin Heimann: "Wir müssen unterscheiden zwischen dem Grundzustand und den Faktoren, die sich verändern. Natürlich ist die Sonne primärer Energielieferant für unser Klima. Wie sich aber die Temperatur auf der Erde derzeit verändert, dafür sind eigentlich nur die Treibhausgase verantwortlich. Natürlich spielt auch der Wasserdampf eine Rolle, aber der hat sich nicht wesentlich verändert. Das einzige, was sich wirklich massiv verändert hat, sind die Treibhausgase, vor allem das CO2."

Wie sicher sind wir uns dabei, dass CO2 der entscheidende Treiber für die Prozesse ist, die wir heute beobachten?

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Wir sind uns sehr sicher. Das liegt an den Riesenmengen an CO2. 830 Mrd. Tonnen Kohlenstoff sind in der Atmosphäre enthalten. Die Stickoxide sind Spurengase, die haben nur geringe Anteile in der Atmosphäre. Wasserdampf hat natürlich auch einen Einfluss.

Es ist eine Herausforderung, Szenarien zur Frage zu rechnen, wie sich die Situation in den nächsten zehn oder 50 Jahren entwickeln wird. Da spielen dann selbstverstärkende Effekte eine Rolle, wie Pflanzen auf die CO2-Erhöhungen reagieren, wie sich der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre entwickelt, und da kennt man nicht alle Details. Deshalb rechnet die Gemeinschaft der Klimawissenschaftler verschiedene Modellvarianten.

Wir können anhand verschiedener Modelle den Zusammenhang von steigenden Temperaturen und CO2-Konzentration ganz klar nachweisen. Dabei vergleichen wir nicht nur Temperaturen und CO2-Konzentration, weil das noch nichts über Kausalitäten aussagt, genauso wenig wie der Anstieg der Anzahl der Klapperstörche über den Anstieg der Geburtenrate. Wir beziehen andere Prozesse mit ein, um Ursachen und Wirkungen in klare Zusammenhänge zu bringen. Das ist nicht einfach. Und man muss sorgfältig sein. Aber dynamische Modelle, mit denen wir arbeiten, machen das möglich.

Wir versuchen diese Größen zu beschreiben, in dem man verschiedene Hypothesen über die Zusammenhänge in dynamische Gleichungen einbaut und dann verschiedene Varianten testet. Die Variante, die die Zeitreihen am besten wiedergibt, liefert dann die Erklärung."

Dr. Georg Feulner: "Da sind wir uns sehr sicher, weil wir das auch im Labor messen können. Das ist sogar schon im 19. Jahrhundert erfolgt, als man untersucht hat, wie Wärmestrahlung/ Infrarotstrahlung von verschiedenen Substanzen absorbiert wird. Schon damals hat man festgestellt, dass CO2 Wärmestrahlung „verschluckt“. Und genau das passiert in der Atmosphäre. Die Sonneneinstrahlung erwärmt die Erdoberfläche, die dann Wärmestrahlung abstrahlt. Das CO2 wirkt wie eine Bettdecke, die verhindert, dass ein Teil dieser Wärmestrahlung ins Weltall entweicht. Sie können diesen Effekt im Labor nachvollziehen und sie können berechnen, wie stark dieser Effekt in der Atmosphäre ist. Das alles stimmt mit dem überein, was wir beobachten.

Das klappt für die letzten 150 Jahre, wo wir sehr genaue instrumentelle Messungen haben. Das klappt aber auch auf erdgeschichtlichen Zeitskalen, wo wir mit unseren Modellen auch die Temperaturen reproduzieren können, die wir in den Temperaturrekonstruktionen sehen."

Dr. Mathias Goeckede: "Aus dem Weltklimabericht geht hervor, dass wir momentan einen enormen Anstieg der globalen Temperaturen erleben. Das sehen wir einerseits an Temperatur-Messreihen, andererseits an solchen Phänomenen wie dem Rückgang der Gletscher. Gleichzeitig können wir nachweisen, dass es der größte Anstieg von Treibhausgas-Konzentrationen in den letzten 10.000 Jahren ist. Letztendlich kommen Modelle ins Spiel, in denen man versucht hat zu erklären, ob der Temperaturanstieg, der Treibhauseffekt, den wir beobachten, anders zu erklären ist als durch menschliche Einflüsse. Letztendlich ist man zu dem Schluss gekommen: Es gibt keine andere Erklärung."

Prof. Dr. Martin Heimann: "Es gibt in der Physik elementare  Gesetze zur Energiebilanz, um den Treibhauseffekt zu zeigen. Es gibt Berechnungen aus dem 19. Jahrhundert zum Treibhauseffekt von CO2 und die sind grundsätzlich richtig. Es geht letztlich nur um die Frage, wie stark wirkt sich das aus, wenn sich das CO2 zum Beispiel verdoppelt. Das ist die zentrale Frage!
In Computermodellen kann man  alle Faktoren, alle Variablen einspielen und wieder wegnehmen bspw. die Änderung der Sonneneinstrahlung. Letztlich führte das alles dazu, dass man die Erwärmung, die wir derzeit beobachten, nur dadurch erklären kann, dass die Treibhausgase zugenommen haben."

Verschneite Landschaft
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Würde sich die Erde auch ohne unser Zutun derzeit erwärmen?

Dr. Mathias Goeckede: "Es gab immer schon Schwankungen der globalen Temperatur auch der Treibhausgasbilanzen in der Atmosphäre. Sowas kommt auch im natürlichen System vor, allerdings nicht in dem Maße und nicht in der Geschwindigkeit, wie wir das in den letzten Jahrzehnten und letzten Jahrhunderten erlebt haben."

Prof. Dr. Martin Heimann: "Es kommt nicht nur darauf an, die CO2-Emission zu reduzieren, sondern auch auf den zeitlichen Verlauf. Also wenn wir zum Beispiel die Emissionen reduzieren und damit den Anstieg in der Atmosphäre verlangsamen, dann gewinnen wir mehr Zeit. Dann geben wir zum Beispiel den Ozeanen und der Landbiosphäre mehr Zeit CO2 aufzunehmen, so dass wir einen doppelten Gewinn daraus ziehen könnten.
Das CO2, das wir heute in die Atmosphäre blasen, wird in tausenden von Jahren völlig verteilt sein zwischen den Ozeanen, Land und Atmosphäre. Der Ozean wird über die langen Zeiträume dabei extrem viel mehr speichern können als heute, so dass in der Atmosphäre höchstens 10 Prozent CO2 verbleiben, heute bleiben jedoch 50Prozent von dem CO2, das wir ausstoßen in der Atmosphäre.
Wenn wir das ganze etwas verlangsamen, gewinnen wir dabei etwas."

Woher wissen wir so genau, wieviel CO2 weniger in die Atmosphäre darf, um eine Erwärmung um mehr als zwei Grad zu verhinderen?

Dr. Mathias Goeckede: "Man kann direkt berechnen welcher Anteil der Sonnenstrahlung von CO2 durch den Treibhauseffekt zurückgehalten wird und damit welchen Einfluss es als Treibhausgas hat. Außerdem kann man physikalisch nachweisen, welche Zusammenhänge zwischen der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre und der steigenden Temperatur herrschen.

Man spricht von diesem Schwellenwert, weil darüber hinaus die Folgen des Klimawandels nicht mehr kontrolliert werden können. Folgen wären Wetterextreme und Klimaereignisse, die ein gefährliches Maß annehmen und hohe gesellschaftliche und ökonomische Kosten verursachen würden.
Die Dimension des Problems ist enorm. Zurzeit ist in den Permafrostböden der Arktis  geschätzt etwa doppelt so viel Kohlenstoff gespeichert wie in der gesamten globalen Atmosphäre zurzeit an CO2 vorhanden ist. Wenn sich auch nur ein Teil davon freisetzen würde, käme es zu enormen Veränderungen in den Ökosystemen und in der Atmosphäre.

Die Menge des Kohlenstoffs, der im Moment in den Dauerfrostböden quasi weggeschlossen ist, ist definitiv höher als das, was an fossilen Brennstoffen vom Menschen ausgebeutet werden könnte.

Wenn sich das Klima so verändern würde, dass die Kohlenstoffressourcen bspw. aus den Permafrostböden freigesetzt würden, dann spielen die menschlichen Emissionen keine große Rolle mehr. Dann wird der Klimawandel zum Selbstläufer. Unter anderem ist es deshalb so wichtig, dass wir das 2-Grad-Ziel erreichen."

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Huth: "Das kommt daher, dass man vermeiden will, dass es zu verstärkenden Effekten kommt, zusätzlich zu unserem CO2-Eintrag in die Atmosphäre. Effekte, die man nicht mehr beeinflussen kann. Z.B. die Entstehung von Wasserdampf durch die Erwärmung der Ozeane, durch das Freisetzen von CO2 und Methan aus dem Dauerfrostboden. Solche Rückkopplungsprozesse, die einen Temperaturanstieg nochmal beschleunigen würden, will man dadurch verhindern."

Dr. Georg Feulner: Die zwei Grad sind also eher ein politisches als ein wissenschaftliches Ziel. Denn eigentlich wird es mit jedem 1/10 Grad Erwärmung immer schlimmer. Dazu kommt, dass wir nicht wissen, wie hoch die exakte Temperaturerhöhung mit einer bestimmten CO2-Konzentration in der Atmosphäre tatsächlich sein wird.  Das ist mit einer gewissen Unsicherheit verbunden und ist der Komplexität des Systems geschuldet.

Dabei spielen auch Rückkopplungseffekte eine Rolle, die Effekte zusätzlich noch verstärken. Ein Beispiel ist Eis. Wenn das schmilzt, dann kommt unter dem Meereis dunklerer Ozean zum Vorschein. Der verschluckt dann noch mehr Sonneneinstrahlung und das führt zu einer zusätzlichen Erwärmung. Das ist eine klassische positive Rückkopplungsschleife.

Ein Problem ist, dass wir wichtige Kipp-Punkte im Klimasystem nicht genau bestimmen können: wir wissen nicht ganz genau, ab welcher Temperatur der Eisschild auf Grönland verschwindet, wir wissen nicht genau, ob ab einer bestimmten Erwärmung der Amazonas-Regenwald komplett zusammenbrechen könnte, weil die Niederschläge ausbleiben. Das Golfstromsystem im Nordatlantik ist noch ein anderes Beispiel für ein Kipp-Element im Klimasystem. Und da gibt es eine gewisse Unsicherheit, wo man eigentlich im Sinne der Risikovorsorge bei der Klimapolitik am liebsten noch ein bisschen vorsichtiger wäre."

Über dieses Thema berichtete LexiTV im Fernsehen | 28.03.2017 | 15:00 Uhr

Gewitterwolke
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Zuletzt aktualisiert: 13. April 2017, 09:11 Uhr