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联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，人类活动的规模已开始对全球气候系统产生干扰。1850年以来的全球地表温度器测资料显示，目前全球平均气温和海温的升高都毋庸置疑地证明了全球气候在暖化。在一个较长的历史时期，全球平均气温经历了由冷变暖转冷后再次变暖的波动过程。20世纪90年代以来，地球大气和海洋温度明显上升，人们普遍认为人为因素构成了当前全球暖化过程中的重要影响因子。人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时，产生了CO 2 等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，形成了常说的“温室效应”，因而导致了全球气候的暖化。
人类的现代文明得益于工业化，特别是工业革命时期的跨越式发展，极大地释放了生产力并提高了生产效率，使人类进入了现代化社会。欧洲是第一次和第二次工业革命的发源地，工业革命的洗礼使西欧国家成为世界上最早完成工业化的国家。工业革命加速了工业化的进程，机器大工业在国民经济中快速发展并取得了优势地位。工业化的一个显著特点是机器化大生产的生产方式取代了手工生产的方式，另外，各产业的电气化和自动化也是传统工业化的重要标志。伴随着工业化过程，产业链条不断延伸和拓展，新的产业相继涌现，产业结构沿着农业、轻工业、重工业、第三产业的方向依次升级。
化石能源对人类的工业化过程发挥了难以估量的推动作用。工业进步和生活质量提高反过来又对化石能源的产量和能效提出了更高的要求。在工业化过程中，大气中累积了大量燃烧化石能源产生的CO 2 。从1750年第一次工业革命开始到1950年，发达国家的CO 2 排放量占到了全球累计排放量的95%；1950—2000年，发达国家碳排放量也占到了全球的77%。欧洲主要工业国家排放的CO 2 在其中占有重要的份额。根据相关统计，1850—2005年，德国CO 2 累计排放量为790.33亿吨，排在全球第4位；英国为677.77亿吨，排在第5位；法国为320.32亿吨，排在第7位；意大利为184.09亿吨，排在第12位。（注：参见潘家华、郑艳：《基于人际公平的碳排放概念及其理论含义》，载《世界经济与政治》，2009（10）。）
第一次工业革命发端于英国，并成为英国工业化的起点，在欧洲大陆工业革命开始之时，英国已基本上完成了从农业社会到工业社会的转型。第一次工业革命是资本主义工业化的早期阶段，工业化的重点在以纺织业为代表的轻工业部门中。以机器生产代替手工劳动，以蒸汽动力机械代替人力、兽力、水力和风力，生产力发生巨大飞跃，这是第一次工业革命的显著特点。工业革命之所以在英国破茧而出，其重要原因之一就是新能源——煤的广泛使用使制造业得到了极大的发展。例如，纺织业和制铁业的规模和产能因采用煤为动力能源而发生了革命性的提升。工业革命前，工业生产的动力来源大多为水力，直到16世纪中叶，英国的主要一次能源都还是木材。17世纪初，煤炭成为英国的主要燃料。人口增长和工业发展不断提高对煤炭的需求，推动煤炭开采领域中出现新的发明以解决生产效率提高问题。例如，为解决采矿中的抽水问题，蒸汽机被设计出来；为解决原煤运输问题，火车机车又被设计出来。技术发明让焦炭取代了木炭，大规模的钢铁冶炼得以发展。围绕新能源的利用，煤炭领域中的技术创新为英国工业化提供了动力，制造业的发展增加了对新能源的需求，反过来又进一步刺激煤炭的大规模使用。
工业革命带来了社会生产力的迅速发展。工业化水平的提升使得能源的生产和使用效率得到提升，并为人类开始使用其他更有效率的化石资源奠定了工业基础。（注：参见蔡历：《能源利用与工业化进展之间的关系》，见http://gongdaozhanlue.blog.hexun.com/42372785_d.html，2009-12-18。）蒸汽动力的逐渐普及、蒸汽机车的发明和铁路的兴建，使英国经济进入高速发展的轨道。1830年，英国铁路通车里程只有97英里，到1841年已增加到1775英里，1861年则达到9446英里。铁路引发了人们对煤、铁、建筑材料的巨大需求。1830年，英国的生铁产量为67.8万吨，到1852年增至270.1万吨；英国的煤产量从1800年的1000万吨增至1865年的1亿吨。（注：参见邱建群：《生态危机与能源转化——英国首先发生工业革命原因之新解》，载《辽宁大学学报（哲学社会科学版）》，2010，38（2）。）第一次工业革命使英国的经济结构发生了重大变化，农业在国民生产总值中的比重从1770年的45%下降到1841年的22%；工业相应地从24%上升到34%。（注：参见王章辉：《欧美大国工业革命对世界历史进程的影响》，载《世界历史》，1994（5）。）
工业革命还使欧洲人口迅速增长。工业革命之前，欧洲人口增长缓慢，且平均寿命仅有30岁左右。1750年，全世界人口约为7.3亿，欧洲为1.4亿，约占19%；1800年欧洲人口约为1.92亿，1900年达到4.23亿，百年间增长了1.2倍，欧洲人口占世界人口的比例也从21%上升到25%。（注：参见王荣声：《19世纪欧洲大陆工业革命的特点及其社会后果》，载《晋阳学刊》，1999（1）。）
第一次工业革命后期，随着英国过剩资本与技术流入欧洲大陆，欧洲大陆的工业革命在先进技术的带动下逐步展开，并由西向东迅速推进。一般认为，法国工业革命始于1830年，至1870年基本完成工业化；德国工业革命的起讫时间为1834—1870年。1914年前，欧洲大部分地区，除东欧一部分地区和南欧三大半岛外，都完成了工业革命。煤铁资源丰富的地区，如比利时的瑟兰、法国的勒克勒佐、德国的鲁尔迅速发展成为重工业中心。1830—1870年，世界煤产量增长了7倍，德、比、法的产量占到了1/4。（注：参见王荣声：《19世纪欧洲大陆工业革命的特点及其社会后果》，载《晋阳学刊》，1999（1）。）法国工业革命期间，特别是在19世纪五六十年代，法国工业总产值以及煤、生铁的产量都增加了2倍，铁路建筑增加了4倍。德国在1850年后的20年间，工业生产增长1.5倍。其中，煤产量增长4倍，铁产量增长5.5倍，钢产量增长近2倍，铁路里程增长2.5倍。（注：参见庄解忧：《世界上第一次工业革命的经济社会影响》，载《厦门大学学报（哲学社会科学版）》，1985（4）。）欧洲大陆国家不断吸收第一次工业革命产生的技术创新成果并消化利用，为其在19世纪后期超越英国、迈向工业社会积累了实力。
煤炭利用、工业化发展以及人口的增长使得第一次工业革命期间西欧的碳排放量快速增长（见图1—1、图1—2）。根据美国橡树岭国家实验室二氧化碳信息分析中心（CDIAC）提供的1750—2008年化石燃料燃烧、水泥生产和天然气燃除（gas flaring）产生CO 2 的基础数据（注：T.A.Boden，G.Marland，and R.J.Andres，Global，Regional，and National Fossil-Fuel CO 2 Emissions，Carbon Dioxide Information Analysis Center，Oak Ridge National Laboratory，U.S.Department of Energy，Oak Ridge，Tenn.，U.S.A.doi 10.3334/CDIAC/00001_V2011.），经计算得出西欧地区在1750—1870年第一次工业革命中，CO 2 排放增长率达到3388.40%，年平均增长率为28.24%。120年间，只有12个年份的增长率为负，大部分年份的增长率都在10%左右；增长最快的年份为1830年，增速达到35%（见图1—3）。根据CDIAC基础数据，经计算得出1792—1870年，德国CO 2 排放增长率达到16241.41%，年平均增长率为205.59%。近80年间，有20个年份的增长率为负，31个年份的增长率在10%以内，15个年份的增长率在11%~20%，10个年份的增长率在20%以上；增长最快的1807年，增速高达186.72%（见图1—4）。
图1—1 1750—2004年西欧地区化石燃料CO 2 排放量
说明：本表数据来自CDIAC。本表中的西欧是指不包括德国在内的西欧、南欧、北欧和巴尔干地区的大部分国家。具体包括英国、法国、荷兰、比利时、卢森堡、列支敦士登、摩纳哥、西班牙、葡萄牙、意大利、希腊、奥地利、瑞士、丹麦、瑞典、挪威、芬兰、冰岛、爱尔兰、克罗地亚、马其顿、马耳他、斯洛文尼亚、波斯尼亚黑塞哥维那、安道尔、直布罗陀、圣马力诺等。下文凡涉及CDIAC数据的部分，西欧地区均不包括德国。
图1—2 1871—2008年德国化石燃料CO 2 排放量
图1—3 1750—1870年西欧地区CO 2 排放及其年增长率
图1—4 1792—1870年德国CO 2 排放及其年增长率
（注：关于第二次工业革命这个称谓在学界尚有争论。有学者指出，称之为“第二次产业革命”更加科学。参见张跃发：《英国工业革命以来西方产业结构的两次转化》，载《世界历史》，1996（1）。）
19世纪晚期，欧洲大陆发生了新一轮的工业革命，资本主义工业化进入了以重工业为发展重点的新阶段，钢铁、化学和电力成为这一时期具有突破性意义的关键产业。第二次工业革命实现了动力技术的转换，内燃机取代了蒸汽机成为机器生产的动力设备。煤气制造、发电技术和石油提炼方法的发明为人类提供了新型热源和动力。第二次工业革命还实现了能源结构的转换，电力和石油制品等二次能源的消费量超出了以燃烧煤炭为主的一次能源。（注：参见张跃发：《英国工业革命以来西方产业结构的两次转化》，载《世界历史》，1996（1）。）这一时期，经济增长的幅度让人印象深刻。1860—1913年，世界工业生产量增长了7倍，世界贸易额从1851年的6.41亿英镑增至1913年的78.4亿英镑，增长11.2倍。（注：参见王章辉：《欧美大国工业革命对世界历史进程的影响》，载《世界历史》，1994（5）。）工业发达国家（主要为西欧国家和美国）在世界工业和贸易增长中占有很大份额。第二次工业革命通过设备更新、技术升级强化了工业在三大产业中的支配地位，工业产业内部趋向重型化。第二次工业革命期间，通信业成为第三产业中的新兴部门。
在英国，第二产业在国民经济中的地位日益凸显。第一次工业革命晚期，英国逐渐放松了对技术的垄断和输出限制。英国在1824年解除了机器出口和技工出国禁令，1843年又取消了机器出口税。同时，由于19世纪30年代欧美地区兴起了修建铁路的热潮，英国开始大量出口机器、军火、铁路设备，大量的出口需求和内部需求带动了英国机械、冶金等工艺的迅速发展。1740年，英国生产资料与消费品工业净产值比为16：84；1851年，该比值上升为40：60；到1924年，进一步上升为53：47。1901年，英国农业在国民生产总值中的比重下降至6%，工业则提高至40%。英国第二产业在1850年左右基本完成了从轻工业（棉纺织为主）向重工业的转型。（注：参见张跃发：《英国工业革命以来西方产业结构的两次转化》，载《世界历史》，1996（1）。）
在第二次工业革命时期，欧洲大陆上的德国、法国、比利时等国家的工业得到了飞速发展。工业化浪潮从西欧个别国家扩大到东欧地区。1861年，英国、德国、法国和比利时的钢产量合计约为12.5万吨，1870年为38.5万吨，到1913年时猛增至3202万吨，在43年内增长了83倍（年均增长10.8%）。德国的炼钢工业在19世纪末迅速发展。（注：参见裘元伦：《欧洲国家工业化过程中的技术创新与扩散》，载《中国经贸导刊》，2005（23）。）1850年，德国的工商业产值占国民生产总值的29%，1913年达60%，而同期农业产值所占比重则从47%降到23%。德国在工业实力方面赶上甚至超过了英国。法国1789年的工商业产值（未包括建筑业和交通运输业）占国民生产总值的30%，1909年达43%；同期农业产值所占的比重从49%下降到35%。瑞典和意大利1861年的工商业产值占国民生产总值的比例分别为44%和39%，1913年分别达63%和45%；而同期两国农业产值所占的比重分别从38%和57%下降到23%和45%。（注：参见王荣声：《19世纪欧洲大陆工业革命的特点及其社会后果》，载《晋阳学刊》，1999（1）。）
伴随产业结构改变而来的是就业结构的改变。尽管各国就业结构的变化受其产业发展状况、政府产业政策、人口压力及出路等多种因素的影响而各有不同，但到19世纪七八十年代，欧洲大陆国家，如法国和德国，在工业和服务业部门的劳动力比例已超过了农业部门，意大利和瑞典在工业和服务业部门的劳动力比例也已接近农业部门。此后，第一产业的劳动力构成比例逐年递减，而第二、第三产业劳动力构成比例则逐年上升。
工业革命推动了城市化进程。伴随着西欧国家迈入工业化社会的步伐，新兴的工业城市不断涌现，人口迅速在城市集中，柏林、巴黎、维也纳等城市的人口显著增加。到1891年，德国城市人口已经超过农村人口，成为继英国之后又一个初步实现城市化的国家。（注：参见王荣声：《19世纪欧洲大陆工业革命的特点及其社会后果》，载《晋阳学刊》，1999（1）。）
第二次工业革命使西欧地区和德国进入了重工业时代，其碳排放量继续快速增长。根据CDIAC基础数据，经计算得出西欧地区1871—1914年的CO 2 排放量增长了136.45%，43年的平均增长率为3.17%。其中，11个年份的增长率为负，30个年份的增长率在10%以内，2个年份的增长率在11%~20%；增长最快的年份是1880年，增速达到13.57%（见图1—5）。同一时期，德国的CO 2 排放量增长了483.40%，43年的平均增长率为10.99%。其中，9个年份的增长率为负，31个年份的增长率在10%以内，3个年份的增长率超过了10%；增长最快的年份是1875年，其增速达到41.80%（见图1—6）。
图1—5 1871—1914年西欧地区CO 2 排放及其年增长率
图1—6 1871—1914年德国CO 2 排放及其年增长率
1914—1950年，世界经济受到两次世界大战的破坏和30年代大萧条的打击，其间只在20年代有过短暂的增长。1952年，欧洲工业生产恢复到战前水平，随后开始迅速增长。1958年前的十年中，欧洲国家工业生产平均增长速度普遍达到了较高水平，联邦德国达到14.4%，法国达到6.5%，意大利达到8.7%。（注：参见薛彦平：《欧洲工业创新体制与政策分析》，29页，北京，中国社会科学出版社，2009。）
20世纪50年代，第三次技术革命浪潮开始，技术创新使工业化国家的产业结构出现了第二次大升级，第三产业取代工业成为国民经济的支柱。这次技术革命的主导技术包括核能技术、信息技术、生物技术和新材料技术等。与前两次技术革命确立了大机器、标准化生产模式相比，第三次技术革命给工业生产带来的改变主要体现在：高附加值的生产模式要求更高的教育投入及智力支持。这一时期，主要工业国家进入了“后工业化”时代，服务业成为经济和就业增长的主要来源。1960年，英国第三产业产值占国内生产总值的比重达到53.0%；1966年，英国第三产业的就业人数已经超过全国就业总人数的一半，达到67.46%。（注：参见张跃发：《英国工业革命以来西方产业结构的两次转化》，载《世界历史》，1996（1）。）能源结构在这期间也发生了重要变化，1965年，石油在世界能源结构中的重要性开始超越煤炭，其在世界能源中的消费比重为39.4%，而煤炭的比重为38.7%。10年后的1975年，石油消费量进一步上升到44.1%，而煤炭则下降为32.8%。
当前，西欧地区（不含德国）有4个国家的化石燃料CO 2 排放量在全球位居前20名，它们分别是英国、意大利、法国和西班牙。这4个国家的化石燃料CO 2 排放量占整个西欧地区的64%。2008年，西欧地区的碳排放量达到7.12亿吨，比1990年增长了5.5%，比2000年增长了2.8%。自1970年起，气体燃料在西欧地区越来越被普遍使用，到2008年，使用气体燃料排放的CO 2 已在总排放量中占到了28.1%。统一后的德国2008年化石燃料CO 2 排放量为2.15亿吨，比1990年下降了22.4%。2008年西欧地区人均排放量为2.61吨，与20世纪50年代早期的水平相当。尽管排放的最大来源（39.8%）仍为固体燃料，但是总的来说，煤炭的使用量相对于1950年（煤炭排放量高达97.3%）已大幅下降。1968年，天然气燃烧产生的排放量仅占总排放量的1%，2008年这一数字已上升到22.3%。（注：T.A.Boden，G.Marland，and R.J.Andres，Global，Regional，and National Fossil-Fuel CO 2 Emissions，Carbon Dioxide Information Analysis Center，Oak Ridge National Laboratory，U.S.Department of Energy，Oak Ridge，Tenn.，U.S.A.doi 10.3334/CDIAC/00001_V2011.）
这一时期，西欧地区和德国的碳排放量仍在增长，但涨幅与第一次工业革命时期相比已大为降低。根据CDIAC基础数据，经计算得出西欧地区1951—2008年的CO 2 排放量增长了125.88%，57年间平均增幅为2.17%。其中，20个年份的增长率为负，其余年份的增长率均未超过9%；增长最快的年份是1970年，增速达到8.11%（见图1—7）。同一时期，德国CO 2 排放量增长了36.24%，年均增幅为0.62%。其中，30个年份的增长率为负，其余年份的增长率均在10%以内；增长最快的年份1955年，增速达到9.66%（见图1—8）。
图1—7 1951—2008年西欧地区CO 2 排放及其年增长率
图1—8 1951—2008年德国CO 2 排放及其年增长率
污染排放和收入增长存在倒U形曲线关系，即环境库茨涅茨曲线（environmental Kuznets curve）。污染排放首先会随着国家经济增长而加剧，二者呈正相关关系；当经济发展达到一定层次，越过临界点后，经济增长与排放脱钩，随着经济的进一步发展，污染排放反而出现下降的趋势。纵观西欧国家200多年的产业发展史，可以发现工业化水平与能源碳排放之间也存在倒U形变化关系。
从产业发展视角可以解释这种倒U形现象的存在。工业化国家的经济发展都经历了由工业化和城市化向现代化递进的过程，随着人均GDP增加，第一产业所占比重逐渐减小，第二产业所占比重先增加后缩小，第三产业比重逐渐增加。同时，产业内遵循了从轻工业主导到重工业主导，而后进入高加工组合化的发展规律。欧洲国家从18世纪中叶第一次工业革命开始，逐步走上了工业化道路，并在第一次世界大战前基本完成了工业化进程。伴随着工业化的进程，欧洲国家主要经历了两次产业升级，即从国民经济以第一产业农业为主过渡到以第二产业工业为主，以及又从工业为主导升级为以服务业为国民经济支柱。工业化过程中也出现了先轻工业化后重工业化，再到高附加值化的转型。研究表明，第二产业比重与碳排放强度（单位GDP的CO 2 排放量）存在正相关关系。大部分西欧国家在工业化初期时碳排放强度不断增加，直至达到峰值，当高耗能产业逐步转换或被低耗能产业替代时，碳排放强度开始不断下降。英国、法国、德国和意大利等西欧国家第二产业附加值占GDP的比重到2008年已下降到20%~30%。（注：参见张志强、曾静静、曲建升：《世界主要国家碳排放强度历史变化趋势及相关关系研究》，载《地球科学进展》，2011，26（8）。）尚未实现碳脱钩的经济发展模式的另一个规律是，人均收入和碳排放强度之间的关系存在着一个由人均收入低、单位GDP碳排放低，向人均收入低、单位GDP碳排放高过渡，再向人均收入高、单位GDP碳排放高推进，最后转变为人均收入高、单位GDP碳排放低的演进过程。当前，西欧地区的英国、法国、德国和意大利均已进入人均收入高、单位GDP碳排放低的阶段。（注：参见张志强、曾静静、曲建升：《世界主要国家碳排放强度历史变化趋势及相关关系研究》，载《地球科学进展》，2011，26（8）。）
从具体国家来看，英国于1883年最先达到库茨涅茨曲线倒U形的顶点，此后碳排放强度开始逐步下降。德国于1917年、法国于1930年达到顶点，荷兰和西班牙达到峰值的时间分别是1973年和1976年。一般而言，一个国家的工业化进程开始时间越早，其碳排放强度峰值年出现就越早，且峰值较大。英国和德国的历史峰值均达到700千克/千美元，可以归类为高碳排放强度国家；法国的历史峰值达到300千克/千美元，荷兰为257千克/千美元，西班牙为174.5千克/千美元，可以归类为低碳排放强度国家。同样，工业化开始越早的国家碳排放强度回落的周期往往更长。工业化开始最早的英国和法国的碳排放强度恢复到发展初期水平的周期在200年左右，德国的周期约为100年，西班牙在130年左右，荷兰大致为90年。（注：参见张晨栋、宋德勇：《工业化进程中碳排放变化趋势研究——基于主要发达国家1850—2005年的经验启示》，载《生态经济》，2011（10）。）英国碳排放强度下降最快的10年（1916—1926年）出现在第一次世界大战后期，年均降幅为4.2%；法国（1979—1989年）和意大利（1976—1986年）为20世纪70年代石油危机和经济萧条之后，年均降幅分别为4.17%和2.33%；德国（1990—2000年）开始于民主德国和联邦德国合并之后，年均降幅为3.37%。（注：参见张志强、曾静静、曲建升：《世界主要国家碳排放强度历史变化趋势及相关关系研究》，载《地球科学进展》，2011，26（8）。）
经过两个半世纪的发展，西欧国家经历了从农业社会到工业社会的过程，直到进入后工业化时代，其碳排放强度才进入了稳中有降的通道，人均碳排放和碳排放总量也处于高峰末期或回落初期。2011年相比1990年水平，欧盟15国（EU15，2005年前加入欧盟的成员国）在GDP增长43%的情况下，碳排放量降低了14%；欧盟27国（EU27）在GDP增长48%的情况下，碳排放量降低了17.5%。（注：http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-12-888_el.htm，2012-12-12.）综上，通过对西欧国家的碳排放发展历史分析，可以发现欧盟已经在一定程度上具备了向低碳经济过渡的必要的经济和社会条件。