现在，人类所使用的能源主要是非再生能源，其中煤、石油、天然气约占能源总消费量的90%左右，再生能源如水力、植物燃料等只占10%左右。煤、石油、天然气，仍然是目前全球最主要的能源。煤、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变而形成的，它们的主要成分是碳氢化合物或其衍生物，因此被称为碳基能源。18世纪世界工业革命以来，人类依赖碳基能源创造了很多人间奇迹，人类社会发展速度在短短200年间超越以前数千年的文明史。
可以说我们的工业社会是碳基支撑起来的，人类文明的飞速发展也离不开碳基，毫不夸张地说，我们生活的社会就是一个碳基社会。石油等碳基能源就好像是现代社会的动力和血液，一直在全球能源结构中占据主导地位。但是同时它们又是一柄双刃剑，它们在燃烧过程中排放的大量有害气体，是造成大气污染，形成褐云、灰霾、酸雨和温室效应的罪魁祸首。大部分碳基能源将在本世纪内被开采殆尽。如何才能摆脱以碳基能源作为人类社会基本发展动力的状况？地球上还有哪些新能源能供人类使用？这成为当前人类必须面对的一个问题。
2.1 碳基能源与人类文明史
人类社会的存在、发展与能源的利用息息相关。人类社会进化发展的过程，就是一部人类不断向自然界索取能源的历史。
渔猎时代，火源使人类社会得以生存进化。人类对能源的认识和利用，最早就是从火开始的。火一开始是一种自然现象，原始人只是本能地用来取暖和烧烤食物，后来人类靠对能源有限的索取能力，逐步掌握了这种能源，于是有了钻木取火。火的大规模利用，使人类结束了茹毛饮血的原始生活，火不但改变了人类自身，使人类头脑更聪明、体魄更强健，而且推动了社会生产力的发展和社会结构的变革。
人类进入漫长的农业社会，柴薪和家畜是人类第一代主体能源。人类利用人力、畜力，也利用水力、风力，结合一些简单机械作为动力，从事农业生产、手工生产和交通运输活动。从远古时代直至中世纪时代，伴随充满着诗意的袅袅炊烟，人类经历了悠长的农耕文明时代。这个阶段，虽然有煤和石油的使用记录，但是柴薪牢牢占据着第一代主体能源的位置。那时的用火还谈不上环境污染，而是一种贴近自然的原始文明。
18世纪蒸汽机的发明和应用，是能源科技进步最重要的里程碑，它带来了工业革命，人类结束了刀耕火种的农业时代，跨步进入了工业时代，生产力得到了很大发展。有人把欧洲发生的工业革命时代称为蒸汽机时代，工业革命的影响是巨大的，对煤炭的利用逐步扩大。1800年，英国拥有蒸汽机321台、5210匹马力，而到1825年猛增到15000台蒸汽机，375000马力。蒸汽机的轰鸣，使煤炭一跃成为第二代主体能源。而以煤炭作燃料的蒸汽机的广泛应用，使纺织、冶金、采矿、机械加工等工业获得迅速发展。蒸汽机车、轮船的出现，使交通运输业得到巨大进步。
1831年，法拉第发现了电磁感应现象，就在第二年，受法拉第的启示，法国人皮克希应用电磁感应原理制成了最初的发电机。发电机的问世，使煤炭作为一次能源被转换成便于输送和利用的二次能源——电能。随着机器大工业的发展，煤炭地位显得日益重要。
1846年，英国煤炭年产量已经达到四千多万吨，成为全球第一大产煤国。从此英国各地到处都建立起烟囱林立的工厂，机器隆隆的轰鸣，打破了原来中世纪恬静的田园生活。
石油—天然气时代，石油内燃机使人类社会进入高速发展阶段。中国是世界上最早发现和利用石油的国家。我国地大物博，有庞大的石油储量，是世界上的石油大国。从渤海湾到北部湾，从沿海到边疆，都有石油储藏。最早提出“石油”一词的是公元977年中国北宋编著的《太平广记》。正式命名为“石油”是根据中国北宋杰出的科学家沈括（1031—1095）在所著《梦溪笔谈》中根据这种油“生于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出”而命名的。在“石油”一词出现之前，国外称石油为“魔鬼的汗珠”、“发光的水”等，中国称“石脂水”、“猛火油”、“石漆”等。
1859年8月27日，世界第一口现代油井杜雷克井（Edwin L Drake）产出石油，标志着现代石油工业的诞生，随后迎来了石油工业的第一次大发展。1860年美国宾夕法尼亚州建成了第一条石油管道。1863年，约翰·洛克菲勒在俄亥俄州建立了第一家炼油厂。1870年，John Davidson Rokefeller创建了标准石油公司（Standard Oil Company），随后俄罗斯、墨西哥、委内瑞拉、印度尼西亚等国家也开始了其石油资源的开发。在这一时期，石油主要被加工成煤油（用做点灯）、润滑油和内燃机的燃料。石油工业由此发端。19世纪末，人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机。
1908年，福特研制成功了第一辆汽车。此后，汽车、飞机、柴油机轮船、内燃机车、石油发电等，将人类飞速推进到现代文明时代。汽车工业的发展极大地带动了石油工业的成长，同时第一次世界大战和第二次世界大战证明了石油的巨大价值，各国的石油工业得到政府的大力扶持，汽油取代煤油成为最主要的石油产品。到20世纪60年代，石油工业得到了前所未有的发展，全球石油的消费量超过煤炭，石油取代煤炭成为第三代主体能源。
人类第一座原子反应堆的诞生地——美国芝加哥大学一座运动场的外墙上，醒目地写着“1942年12月2日，人类在此实现了第一次自持键式反应，从而开始了受控的核能释放”。
第二次世界大战中，核能体现了它的巨大威力。战后，核能开始被用于和平事业。1954年6月，苏联建成了世界上第一座原子能发电站，尽管它只有5000千瓦的发电功率，但它揭开了人类和平利用核能的新纪元。核能发电作为一种新能源，受到了世界各国的普遍重视。40多年来，世界核电发展史证明了核电是一种经济、清洁、安全的能源。火力发电厂的综合成本比核电站高出38%。法国的核电成本只是燃煤火电的52%，燃煤火电站会向大气排放大量污染物，而核电站不会排放任何污染物。到1995年，全世界共有432座核电站在运转发电，中间只发生过两次放射性物质泄漏事故，而且都是由于操作失误引起的。自1988年前苏联切尔诺贝利核电站事故之后，世界各国已不再使用本身欠安全的石墨堆，而且增加了安全壳保障措施，我国核电站采用的就是较为先进的压水堆。因此，核电站比以前更加安全可靠了。
据1991年统计，核电已占世界总发电量的16%。世界各国中，法国的核电站发展最快，有57座核电站，总装机容量6200万千瓦，核电占总发电量的77.8%。目前我国已有浙江秦山和深圳大亚湾核电站投入发电，今后我国建设4座核电站，到2010年使核电总量达到2000万千瓦。
众所周知，由于大量矿物能源的燃烧，造成大气污染、“酸雨”和“温室效应”。而且，现在地球的石油、煤、天然气等不可再生能源储备，将在不久的将来消耗殆尽。
20世纪60年代以来，“能源革命”的呼声日渐高涨。“能源革命”的目的，是以绿色能源，包括新能源（如核能）和可再生能源（包括水电能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等）逐步代替矿物能源。绿色能源将有望为21世纪人类社会的发展提供更为持久的原动力。
2.2 碳基能源灾害：酸雨、褐云和灰霾
碳基能源在给人类带来前所未有的工业发展和物质财富的同时，也给人类造成了难以承受的环境压力。除了温室效应外，还有各种污染，包括酸雨、褐云和灰霾等重要的副产品。
近十几年来，不少国家发现酸雨，雨雪中酸度超标，使江河湖海、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受影响。酸雨能使大片森林和农作物死亡，能使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破碎，能使金属的防腐防锈材料失去保护作用，还会腐蚀、污染建筑物。
酸雨是指pH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水（如雾、露、霜），是一种大气污染现象。酸雨又称酸性（降）雨。
酸雨是怎样形成的呢？煤炭和石油燃烧后产生的硫氧化物和氮氧化物，上升到空中与水蒸汽相遇时，就会形成硫酸和硝酸小颗粒，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就变成了酸雨。包括中国在内，许多国家均以pH值小于5.0作为酸雨的标准。
酸雨给地球的生态环境和人类社会环境都带来了严重的影响和破坏。由于酸雨的出现，破坏了森林生态系统，改变了土壤性质与结构，破坏了水生生态系统，腐蚀了建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。
酸雨对土壤、水源、森林、建筑、名胜古迹等均带来了严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展。酸雨使土壤酸化，肥力降低，有害物质导致作物发育不良或死亡。酸雨还能令水中的浮游生物大量死亡，减少鱼类食物来源，破坏水生生态系统；酸雨污染河流、湖泊和地下水，直接或间接危害人体健康；酸雨对森林的危害更不容忽视，酸雨淋在植物表面，可以直接伤害或通过土壤间接伤害植物，促使森林衰亡。酸雨对金属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用，因而对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害。
在酸雨区，酸雨造成的破坏比比皆是，触目惊心，如在瑞典的现存的9万多个湖泊中，已有2万多个遭到酸雨危害，4千多个成为无鱼湖。美国和加拿大的许多湖泊已成为死水，鱼类、浮游生物、甚至水草和藻类均一扫而光。北美酸雨区的大片森林死于酸雨。德、法、瑞典、丹麦等国已有700多万公顷森林正在衰亡，我国四川、广西等省有10多万公顷森林也正在衰亡。世界上许多古建筑和石雕艺术品遭酸雨腐蚀而严重损坏，如我国的乐山大佛、加拿大的议会大厦等。北京卢沟桥上的石狮子和附近的石碑，五塔寺的金刚宝塔等均遭酸雨侵蚀而严重损毁。根据气候监测显示，2009年广东省21个地级以上市酸雨频率达48.5%，比2007年上升了高达3.8个百分点。珠三角地区除江门外，其他八市都处于酸雨重灾区，佛山酸雨频率上升了14.6%。
中国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤形成的，此外，机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。
据估计，人为排入大气中的SO2约为13000万吨/年，其中9000万吨来自煤的燃烧，约占76%。大量SO2进入大气中后，在合适的氧化剂、催化剂存在时，就会发生化学反应而生成硫酸。形成大气污染的NOx主要是NO和NO2.人为排放的NOx主要是化石燃料在高温下燃烧产生的。在化石燃料燃烧过程中，NO占95%以上，但一进入大气后，NO又大部分转化为NO2，从而加速酸雨的形成。
我国目前有三大酸雨重灾区，近1/3的国土已经被酸雨污染，其中，华中酸雨区已成为全国酸雨污染范围最大、强度最高的酸雨污染区。第二大的是西南酸雨区。第三大酸雨重灾区是华东沿海酸雨区。
在欧洲15个国家中有近700万公顷森林受到酸雨的威胁，森林在遭到死亡综合征的侵蚀；在瑞典北部地区，因受酸雨影响，土壤酸化、肥力减退，河湖酸化而影响水生生物的生长和繁殖。此外，还有因酸雨水渗入地下，使地下水酸化而造成地下水污染的事例。在世界上酸雨分布的地区较广，有时飘越国境影响别国，所以它不仅是环境问题，也是国家间的政治问题。
美国科学家在《自然》杂志上报告说，在南部亚洲的天空，悬浮于空气中的微小污染颗粒对气候变暖的危害不亚于温室气体。而且，由于这些褐色云层正好位于喜马拉雅山上空，它们对喜马拉雅山冰川即将出现的灾难性融化具有重要影响。“褐云”是指以细颗粒物为主，悬浮在大气对流层中的大片污染物，成分包括含碳颗粒物、有机颗粒物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐及沙尘等。
由于环境污染日益加重，亚洲南部的上空时常笼罩着污浊不堪的空气层，被称为“亚洲褐云”。这层令人窒息的烟雾已阻挡住了10%～15%射向地面的阳光，而且已经改变了南亚地区的气候，使得地面温度下降而大气温度升高。科学家警告说这种情况如果迟迟得不到解决，将造成亚洲地区上百万人丧生，同时还会对全世界的环境造成严重威胁。
这种褐云的成因是因燃烧生态物质和化石燃料的烟雾所形成的直接或间接灾害。印度尼西亚传统农业都是采取放火烧山取得耕地，再利用雨水扑灭火势的方法。但1997年是厄尔尼诺年，当印尼的农民放火烧山时，雨并没有出现，天气却异常干燥，结果火势一发不可收拾，于是褐云的阴霾就产生了。浓烟因气候的异常而无法扩散，停留在距地表数公里处，浓厚的烟雾显出灰蒙蒙的黯淡色彩，阻挡了东南亚的蓝天。
2002年9月，联合国首次公布东南亚上空有一层厚达3公里的“亚洲褐云”，并指出这可能是造成东南亚每年15万人健康受损、某些地区旱洪灾害甚至导致生命面临威胁的重要原因。之后，美国国家环境保护计划开始资助一项运作至今的“亚洲褐云”研究项目。
从当年11月到次年4月，“亚洲褐云”每年都会覆盖南亚、阿拉伯海和孟加拉湾的部分天空。从全球范围看，因为将太阳光反射回太空，来自生物质和化石燃料燃烧所形成的褐云会降低周围大气层的温度。但是，这些浮质颗粒也能吸引太阳辐射，因此，在某种程度上提高了周围大气层的温度。3月中下旬是南亚污染逐渐加剧的时候，该区域大气的热量比平常增加了2倍多。
利用穿越印度洋上空“亚洲褐云”的飞机所采集的数据，研究人员发现该地区云层中含有更高的热量积蓄，相比较于全球每10年增加0.1℃的基准，这里云层的温度增加了0.25℃。喜马拉雅山和这些云层刚好处于同一位置，因此，过热的云层将大大加速冰川的融化。
根据从1950年至今的大气变暖模拟数据显示，研究小组发现该地区倾向于每十年就要增加0.25℃，他们认为其中0.15℃是“亚洲褐云”和温室气体共同“贡献”的。美国斯克里普斯海洋研究所的气候学家Veerabhadran Ramanathan是本次研究的负责人，他说：“数据显示，褐云对所在地区大气变暖的贡献在一半以上。冰河学家早已指出，喜马拉雅山地区每10年变暖0.25℃，这几乎是全球气候变暖趋势的2倍。”英国利兹大学的地球科学家Piers Forster说：“越来越清楚的事实表明，大气中悬浮颗粒的作用并不如我们以前想象的那么简单。它们不仅将大气变冷，而且正在对所在区域造成更为复杂的影响。”
中国的北京、上海和深圳，以及孟买、德黑兰、曼谷、开罗等13个城市被定义为褐云覆盖的城市，这些城市的煤灰飞尘占所有人造微粒总量的10%。在北京、上海、广州、深圳和香港等中国东部沿海大都市，天空经常是灰蒙蒙的一片，大气能见度很低。在城市中，我们肉眼所及的朦胧，十之八九都是灰霾。
造成灰霾天气的正是我们头顶上的这片褐色云团，不过霾与褐色云团所反映的大气状况有着细微的差别：一次灰霾天气，可能以城市为中心扩大到周围区域；而成片的褐色云团则是一个区域性问题，对包括我国在内的广大地区乃至全球气候和环境都会产生很大影响。
气象部门检测显示，广州曾遭遇最严重的灰霾天气：在广州市区道路内录得的能见度只有3～4公里，其中番禺短时最低能见度只有900米左右。环保局指出，空气污染指数高达129，已属于“不适合人类居住”空气质量等级。广州全城一片灰霾，不仅令视野模糊，连呼吸都觉得不顺畅。
灰霾又称大气棕色云，中国气象局在《地面气象观测规范》中这样定义：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色”。灰霾污染物主要为二氧化氮和可吸入颗粒物。灰霾作为一种自然现象，其形成有三方面因素。
一是水平方向静风现象。近年来随着城市建设的迅速发展，高楼大厦越建越高，增大了地面摩擦系数，使风流速明显减弱。静风现象增多，不利于大气污染物向城区外围扩展稀释，并容易在城区内积累高浓度污染。
二是垂直方向的逆温现象。逆温层好比在城市上空覆盖着一个锅盖，使城市上空出现了高空比低空气温更高的逆温现象。在逆温现象下，低空的气温反而更低，导致污染物的停留，不能及时排放出去。
三是悬浮颗粒物的增加。近些年来随着工业的发展，机动车辆的增多，污染物排放和城市悬浮物大量增加，直接导致了能见度降低，使得整个城市看起来灰蒙蒙一片。
目前，在我国的部分区域存在着4个灰霾严重地区：黄淮海地区、长江河谷、四川盆地和珠江三角洲。地处珠江三角洲的广州，横跨北回归线，拥有宜人的亚热带气候，看上去总是郁郁葱葱、繁花似锦。这个地理书中介绍的“温暖多雨、光照充足、夏季漫长、无霜期短”的城市，如今却被许多市民形容为：广州只有两种天气——晴天与“灰天”。所说的“灰天”，就是灰霾天。“灰霾”，已经成为大家十分关注的字眼。几年前，“灰霾”这个新字眼对于广州人还比较陌生，如今，市民们大多已耳熟能详了。
令许多人困惑的是，深圳是一座滨海城市，怎么也会出现灰霾现象呢？中国气象局研究员吴兑说：“深圳的灰霾天气不是单独的，广州、东莞等珠三角城市都受到了这种区域性灰霾的影响。这就说明灰霾污染问题不是一个孤立发展的问题，而是一个区域性的问题。工业发展超过环境负荷，珠三角从机械污染、化学污染过渡到多种污染并存的局面。发达国家完成这一污染过程花了200年，而我们只花了30年，就完成了3个污染阶段的演变。”
在珠三角、长三角以及更多的地方，近20年来城市发展很快，现在基本上隔几十公里就会有一座城市。城市密集成群，减少了以前存在于城乡接合部的空气污染缓冲区，一方面造成污染物不易扩散，另一方面也把很多城市连接成污染关联度越来越密切的整体。
“最强灰霾”的出现，让广州和珠三角再次猛敲“环保警钟”。采用空气质量综合指数（RAQI）对粤港珠三角地区城市大气质量进行评价，结果表明，臭氧污染、颗粒物细粒子污染在珠三角地区也已凸显。主要表现在：珠三角地区酸雨污染十分严重，半数以上城市属于重酸雨区，灰霾现象较为突出，臭氧、颗粒物细粒子等污染物严重超标，光化学烟雾污染时有发生，珠三角地区大气污染已呈现出区域性、复合型、压缩型特征。
据了解，目前实行的空气监测标准严重落后于形势。由于技术及条件因素制约，直径小于2.5微米的细颗粒物并没有列入监测指标，而这部分恰恰是毒性最强的颗粒物。有关专家说，国际通行的衡量空气污染的标准，是测量每立方米空气中的悬浮微细粒子，世界卫生组织的标准是20微克。中国只有1%的城市居民生活在40微克以下，有58%的城市居民生活在100微克以上的空气中。
综合743个气象台站的资料，对50年来灰霾的分布进行分析发现，20世纪80年代以前，我国城市每年灰霾的天气记录也就几天或十几天。此后，灰霾的天数猛增，有的城市1年中多达100～200天。
据医生介绍，灰霾天空气的流动性非常差，灰霾成分中的硫酸盐、二氧化硫、大气污染物及携带的各种细菌病毒易侵入人体呼吸道，使人体呼吸系统的防御功能降低，造成呼吸不畅、胸闷、干咳、咽干咽痒等不适，长期吸入易致鼻炎、咽喉炎、支气管炎等症，也容易使哮喘、慢性支气管炎、慢阻肺等慢性病急性发作。
据广州市呼吸道疾病研究所今年启动的关于全市慢阻肺发病流行病学抽样调查初步数据显示，广州44岁以上人群肺病患病率达9%。我国吸烟者数量并未明显增加，可是肺癌患者在过去30年里却增加了45.6%，这与空气污染不无关系。钟南山院士说，广东地区四十岁以上的人，无论男女如今都是“一颗红心，两叶黑肺”。
中国每年因城市大气污染而造成的呼吸系统门诊病例达35万人以上，其中急诊病例6.8万人，而且呈逐年增加之势。大气污染造成的环境与健康损失占中国GDP的7%。仅在2004年，中国城市由于大气污染共造成近35.8万人死亡。气象科学家指出，灰霾与肺癌如影随形：出现灰霾严重的年份后，相隔7年就会出现肺癌高发期。灰霾与肺癌有了“7年之痒”。
我们每个人每天大约需要吸入15～20立方米的空气，在大城市中，我们每天与空气中的这个杀手亲密接触，肺部在悄无声息中成为“吸尘器”。
2.3 我们的生活环境：空气污染、交通拥堵、人口膨胀、情绪焦躁
人类工业文明越发达，我们自身的生存环境越差；人口膨胀的无节制性，带来更为严重的空气污染、交通拥堵、情绪焦躁，难道人类走入了死胡同？
空气污染，是指空气中含有一种或多种污染物，其存在的量、性质及时间会伤害到人类、植物及动物的生命，损害财物，或干扰舒适的生活环境，如臭味的存在。换言之，只要是某一种物质其存在的量、性质及时间足够对人类或其他生物、财物产生影响者，我们就可以称其为空气污染物；而其存在造成的现象，就是空气污染。
空气污染物包括烟、蒸气、焦纸（Charred Paper）、落尘（Dust）、油烟（Soot）、煤尘（Grime）、碳熏烟（Carbon Fumes）、气体、霭（Mist）、气味（Order）、粒状物（Particulate Matter）、放射性物质（Radioactive Materials）、有毒化学物（Noxious Chemicals）、其他室外大气中含有的物质。
大气污染源就是大气污染物的来源，主要有以下几个来源。
（1）工业：工业是大气污染的最大来源。工业排放到大气中的污染物种类繁多，有烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合物等。其中有的是烟尘，有的是气体。
（2）生活炉灶与采暖锅炉：城市中大量民用生活炉灶和采暖锅炉需要消耗大量煤炭，煤炭在燃烧过程中要释放大量的灰尘、二氧化硫、一氧化碳等有害物质污染大气。特别是在每年冬季采暖时，往往使污染地区黑烟滚滚，烟雾弥漫，这也是一种不容忽视的污染源。
（3）交通运输：汽车、火车、飞机、轮船是当代的主要运输工具，它们烧煤或石油产生的废气也是重要的污染物。特别是城市中的汽车，量大而集中，排放的污染物直接侵袭人的呼吸器官，对城市的空气污染很严重，成为大城市空气的主要污染源之一。汽车排放的废气主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和碳氢化合物等，前三种物质危害性很大。
1952年12月，一场空前的灾难悄然降临了英国伦敦。地处泰晤士河河谷地带的伦敦城市上空处于高压中心，一连几日无风，风速表读数为零。大雾笼罩着伦敦城，正赶上城市冬季大量燃煤，排放的煤烟粉尘在无风状态下蓄积于大气层中，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。在这种气候条件下，飞机被迫取消航班，汽车即便白天行驶也须打开车灯，行人走路都极为困难，只能沿着人行道摸索前行。
由于大气中的污染物不断积蓄，但是不能扩散，许多人都感到呼吸困难，眼睛刺痛，流泪不止。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而爆满，伦敦城内到处都可以听到咳嗽声。仅仅4天时间，死亡人数达到4000多人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的牛也未能免于劫难：一头牛当场死亡，52头严重中毒。以后的2个月内，又有8000多人陆续丧命。这就是骇人听闻的“伦敦烟雾事件”。
事后分析酿成伦敦烟雾事件主要的凶手有两个：冬季取暖燃煤和工业排放的烟雾是元凶，逆温层现象是帮凶。伦敦工业燃料及居民冬季取暖使用煤炭，煤炭在燃烧时，会生成水（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和碳氢化合物（CH）等物质。这些物质排放到大气中后，会附着在飘尘上，凝聚在雾气上，进入人的呼吸系统后会诱发支气管炎、肺炎、心脏病。由于持续几天的“逆温”现象，加上不断排放的烟雾，使伦敦上空大气中烟尘浓度比平时高10倍，二氧化硫的浓度是以往的6倍，整个伦敦城就好像一个令人窒息的毒气室。
然而，烟雾事件在伦敦出现并不是独此一次，时隔10年后又发生了一次类似的烟雾事件，造成1200人非正常死亡。直到20世纪70年代后，伦敦市内改用烧煤气和使用电力，并把火电厂迁出城外，使城市大气污染程度降低了80%，骇人的烟雾事件才没在伦敦再度发生。
大气中污染物的浓度很高时，会造成急性污染中毒，或使病状恶化，甚至在几天内夺去几千人的生命。其实，即使大气中污染物浓度不高，但人体成年累月呼吸这种污染了的空气，也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。
大气污染对人体的危害主要表现为呼吸道疾病；对植物的危害是可使其生理机制受压抑，成长不良，抗病虫能力减弱，甚至死亡；大气污染还能对气候产生不良影响，如降低能见度，减少太阳辐射（据资料表明，城市太阳辐射强度和紫外线强度要分别比农村减少10%～30%和10%～25%）而导致城市佝偻发病率增加；大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量。
目前，困扰世界全球性大气污染的问题主要是温室效应与臭氧层破坏。这种污染所造成的伤害已经没有了国界的限制，足以威胁人类能否在地球上继续正常生活居住下去，后果十分严峻，已成为与世界各国都有切身利害关系的问题，引起了各国普遍的关注。要解决这个问题，需要各国协调一致的行动。联合国把6月5日定为世界环境日，以唤起社会各界对环境污染的关注和全世界人民对自己的生存环境的危机感与责任感。
人是生产力的主导因素，生产力扩大有利于城市发展，那么人口增长是否也有利于社会经济发展呢？大约200年前人类发展工业，人类发明了各种机器，正是由这一时期开始，人口数量剧增。近代人口迅速增长的原因是：生活条件和医疗技术全面改善，死亡率因此下降，人类平均寿命也不断提高。人口膨胀是指某个国家或地区的人口在短时间之内迅速增长而生产总值没有提高或提高很少。人口的膨胀会给社会经济和城市发展带来许多负面影响。例如资源减少，环境污染，就业及教育问题。
首先，人口膨胀对城市资源有很大的影响，人口的膨胀导致城市资源不能承受过大的使用进而短缺。例如淡水、耕地、木材。其中，淡水资源的减少最为严重。人口过多导致用水过量，水资源的浪费和农业灌溉的大量用水使水资源急剧减少，城市有时被迫停水，停电对人们生活生产都有很大的影响。在大连，部分地区利用淡海水洗手，冲厕所等。人口增长使耕地退化，大量耕地被用于建设工厂、道路、住宅等。随着人均耕地面积的缩减，将会面临失去粮食自给自足能力的危险。由此可见，人口膨胀而导致的资源匮缺对城市发展有极大的负面影响，会导致城市发展的停滞。
其次，人口过多使城市废物增多，增加了社会需要处理的废弃物——垃圾、污水和工业废料。许多工业化国家一律将废弃物倾倒入垃圾填埋场和河沟，使江河湖海及地下水源遭到污染。随着经济发展，交通更加便利，人口的增加对交通工具的需求也随之增加。然而交通工具所带来的隐患不容小视，尾气大量排放，使空气质量降低，环境遭到破坏。这意味着需要更多垃圾处理厂和尾气净化装置，政府要投入更多资金。这些原本可用于建设发展城市的资金被用于环境保护，使城市发展减缓。
最后，人口的膨胀使城市人口就业更加困难。人口数量的多少，对城市经济的发展有着重要的影响。城市化意味着城市人口的大量增加，但是，目前就多数城市来说，已经出现劳动力过剩，人口过多的局面。由于城市技术进步，加上企业深化改革、经济结构调整等各种因素的影响，全国下岗职工上千万。与此同时，由于农村剩余劳动力进城，每年有500万～600万大学生毕业，都导致城市就业的压力巨大，据统计，近年在北京市居住一天以上的外来人口为215.8万人，其中169.8万人从事务工经商，相当于北京市职工总数的37.4%。
良好的教育受教人群对一个对城市发展会起到很大的作用，人口素质的提高，会促进科学技术的发展、管理水平的提高，有利于经济的发展。反之，人口的膨胀使人口素质降低，城市发展随之减慢，经济能力下降。一般的发展中国家都是世界上的人口大国，例如中国和非洲的一些国家。
与此同时，随着生活水平的提高和医疗条件的改善，全球人口的预期寿命持续提高：1950年为46.6岁，2005年提高到68.9岁，2050年预计将达到75.5岁。其中，欠发达地区低于平均值，分别为65.6岁和74.3岁；发达地区则高于世界平均值，分别为77.1岁和82.8岁。人均寿命的不断延长使社会老龄化趋势愈加明显。
人口问题，已引起全球共同关注。
在中国，汽车正在成为继住房和教育后的家庭重要消费，工业和信息化部公布的数字显示，我国汽车产销已连续7个月跨越一百万辆。随着迅速推进的城市化及大城市人口的急剧膨胀，交通需求与交通道路的矛盾一天比一天突出。交通拥挤成为每个城市的一大久治不愈的顽症。交通拥挤与加快的城市化步伐及城市人口的增多有着密切的联系，而交通拥挤也给城市环境及出行安全带来了隐患。
首先，交通拥挤增加了市民的出行时间。对经常被困在车阵中的市民来说，平时出行是时间成本的浪费，并且会影响当天的心情和工作效率。去年有关部门做过统计，北京市经常堵车，且十分严重的路口多达90余处，可以说几乎没有哪个大路口不堵车。现在堵车时间比以前大大加长，动辄几十分钟。对几条主要公交线路速度调查表明，公交车平均时速只有十几公里，经过西单商业街的22路公车，时速仅为4公里，而早晚上下班高峰期，公共电汽车平均时速也仅为4公里，与步行速度相差无几。据统计，公交车营运速度从1990年的16.7公里/小时，迅速下降到1996年的9.2公里/小时，相当于每年损失1800部车的运力。而周末时出行车辆更多，堵车更严重，有些市民更是选择周末待在家中，久而久之，城市的活力就会大大降低。
其次，城市交通也带来了城市更多的环境问题，如大气污染、交通噪声污染及城市热岛效应。城市中大气污染的主要来源便是机动车尾气的排放，市民长期处于这种污染条件下则会损伤肺功能及呼吸系统；交通噪声则会干扰附近居民的生活质量、学校及单位的工作秩序和效率，城市热岛气候则使夏季的市区更加闷热，使人产生不适感，持续的高温还可能导致心脏、呼吸系统疾病发病率的上升。
再次，交通拥挤带来的间接危害便是事故的增多，而事故的增多又加重了交通负担，使交通更为拥挤。
环境污染、交通拥挤正越来越多地影响着我们的生活。当这类城市现象激发城市人的行动时，焦虑、严重、冲突就难免会出现。
北京大学心理学教授王登峰说：“如今社会上各类心理问题丛生，例如，讨工钱不成跳楼的农民工、报复校园的大学生、绑架人质的下岗工人，以及被焦虑症、抑郁症困扰的许多社会精英等，这些事情背后暗含着社会转型带来的人们心理压力的失衡状态，个人的不健康心理导致了许多惨剧的发生。”
美国的尤韦·吉伦教授认为，中国现在与美国20世纪60年代的社会很相似，伴随着经济的迅速发展，人口大量涌入城市，转型期的社会、经济乃至个人的不确定性因素与“焦躁”的社会心理相结合，必然导致众多的社会矛盾。
社会情绪的极端焦躁带来更为严重的社会问题，也是影响社会稳定的大隐患。如果不能及时疏导及遏制，一件小事，都可能引发整个社会的动荡不安，引爆大规模的社会报复。
联合国经济与社会事务部人口署公布的预测数据显示，世界总人口在1950年至2050年这100年间大约会翻两番：1950年为25亿，2005年为69亿，2050年将超过91亿。但全球人口增长很不平衡：欠发达地区人口增长较快，从2005年的52亿将增加到2050年的79亿；发达地区的增速缓慢，甚至停滞，2005年是12.2亿，预计2050年仅为12.8亿，其中欧洲是负增长，将从7.3亿减少到6.9亿，而美国将“例外地”从3.0亿增加到4.0亿。
所以说，如果你觉得这个世界相当拥挤，你只要再等几十年看看那个时候的情景。1800年，伦敦人口有100万，是世界上最大的城市。到了1960年，地球上有111个城市人口超过了100万，这个数字在1995年达到了280个，据联合国的人口统计数据，今天已经超过了300个。世界上千万人口大城市从1975年的5个增加到1995年的14个，预计到2015年将达到26个。毫无疑问，这些超大城市的人口将爆炸性地增长，仅孟买就达到1900万，人口的增长将带来耕地面积减少、森林衰退、过度捕捞、水资源短缺、空气污染及水污染等问题。
在如此快速和大规模的人口增长势头面前，美国中情局局长海登（Michael V Hayden）指出，世界最令人担忧的趋势不是恐怖主义而是人口问题。“今天有67亿人生活在这个地球上，”海登将军2008年4月30日在堪萨斯大学的演讲中说，“本世纪中叶世界人口将达到90亿，在今天的人口数量上再增加40%～45%，这个数量太惊人了！大部分的新增人口将出生在那些无法养活他们的国家，这将造成诸如燃料供应不足和极端主义之类的问题。”
人口膨胀不适应当今社会，将带来更严重的空气污染、更多的交通拥堵；高节奏社会下的人群，情绪焦躁的问题将更加突出。
