人間活動による環境改変は、いわゆる「産業革命」(industrial revolution) あるいは「工業化」(industrialization) によって大きくなった。
この用語がさすのは、人間が、動力を得るために、 熱機関をつかうことができるようになったことと、 その熱を得るために、化石燃料を大量につかうようになったことである。
熱機関とは、(物理用語でいう) 仕事 (の一部) を熱に変える機関である。 ([(地学 II) エネルギー保存 (conservation of energy) の法則、エネルギーの流れ] のページの「熱機関」のところを参照。)
熱機関の代表として、蒸気機関がある。 蒸気を作業物質として熱から仕事をとりだす技術は、古代からあるにはあったが、 産業の実用につかえるようになったのは、 18世紀末ごろのイギリス (スコットランド)の James Watt による発明が重要だった。
それまで、動力源は、人力、畜力、水力、風力などにかぎられていた。 化石燃料の利用としては、西暦 1000年ごろの中国 (宋) で石炭の利用がはじまっているが、 それは炊事などの熱源としてである。
19世紀はじめから、蒸気機関は、石炭をおもな燃料として、 ポンプ、鉄道、船、工場の機械など、さかんにつかわれていき、 それにともなって石炭の燃焼もふえた。
熱機関には、蒸気タービンも、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関もふくむ。 その高温熱源を得る方法としては、バイオマス燃料、化石燃料、核エネルギーがある。 (小さい温度差でよければほかにもあるが。)
バイオマス燃料と化石燃料は、いずれも、炭素・水素をふくむ化合物で、 空気中の酸素と化学反応 (燃焼) することによって熱を出す。
バイオマス燃料とは、最近の植物の光合成によってできた有機物である。 その代表は薪である。 古代から、薪は熱を得るために利用されてきた。それが森林の衰退をまねいたことが多い。 したがって、熱機関の燃料としてあまり多くを期待できない。
化石燃料には石炭、石油、天然ガスがふくまれる。 石炭と石油は地質学的な過去に植物 (プランクトンをふくむ) の光合成によってできた 有機物が埋没して変質したものと考えられている。 天然ガスにもそのような生物起源のものが多いが、そうでないものもあるかもしれない。 生物起源でないものも、 人間の歴史よりも古い蓄積を人間が短期に消費しているという意味で、 広い意味の「化石資源」ということができるだろう。
核エネルギーは、原子核を構成する陽子と中性子の結合のエネルギーである。 これまでに実用化されたのは、ウランの原子核の核分裂によって熱をとりだし、 熱機関 (蒸気タービン) をまわして電力をおこすことである。 しかし、化石燃料にとってかわるにはいたっておらず、その見こみもなさそうだ。
燃焼の前後で質量の保存がなりたっている。 (厳密にいうと質量からエネルギーへの変換があるが、 それは反応にかかわる質量からみてわずかである。) 反応生成物がある。
化石燃料の主要な元素である炭素は二酸化炭素 (CO2) に、 水素は水 (H2O) になる。
化石燃料の燃焼によって生じる水は、ローカルには霧などをもたらすかもしれないが、 地球の水循環にくらべれば少量であり、環境問題として重要ではないだろう。 (ただし、成層圏では水蒸気は微量成分なので、 成層圏で水蒸気を排出することはその場の環境の大きな改変になりうる。)
化石燃料の燃焼によって生じる二酸化炭素は、大気中の二酸化炭素濃度を変え、 温室効果をつよめ、「地球温暖化」とよばれる気候変化の主要原因となる。 化石燃料を消費しながら二酸化炭素を大気中に出さないことは困難であり、 できるとしても、エネルギー資源をよけいに消費することになる。
石炭や石油には元素としての イオウ (硫黄、S) がふくまれている。 そのまま燃焼すると、 イオウは 二酸化イオウ (SO2) の気体として大気中に出る。 それが大気中で酸素および水と反応して、硫酸 (H2SO4)の液滴になる ことがある。
二酸化イオウや硫酸は、人体や多くの生物にとって直接に有害な大気汚染物質であり、 酸性雨の原因ともなる。 そこで、その発生をへらす対策 (排煙脱硫、燃料の脱硫など) がすすめられてきた。 化石燃料からの SO2 の量は CO2 の量よりもけたちがいに少なく、 また回収したイオウや硫酸を資源として利用可能なので、排出はだいぶへってきた。
なお、気候にとっては、硫酸液滴のエーロゾルは、太陽放射の反射をふやし、 気候を寒冷化する効果をもっている。 SO2排出規制は、温暖化をいくらか強化しているが、 環境保全を総合的にかんがえたとき、のぞましい方向への変化だろう。
窒素酸化物 (ここでは NO2 と NO) や、それが水と反応してできた硝酸 (HNO3) も、有害な大気汚染物質であり、酸性雨の原因ともなる。 これはおもに、高温での燃焼で、大気中の窒素と酸素が化合してできる。 化石燃料起源とはいいがたいが、 化石燃料を大量に消費する工業化文明の産物とはいえるだろう。 イオウのばあいよりはむずかしいが、発生源で分解してしまうこと (「脱硝」) の 技術開発がすすめられ、それが導入された国では排出はへってきている。