推薦序
廿世紀初，西方人已經開始意識到經濟活動正在影響我們的環境。鮭魚再也無法在遭化學污染的水域中迴游。工業城市周圍的空氣充斥著燃燒石油燃料的粒子，並隨風吹送至田野。每年有數千人因煙霧造成的呼吸道問題失去性命。自然景觀被鑿出大片裂縫以取得煤炭，往昔風景宜人的鄉間也點綴著一堆堆醜陋礦渣。
這場環境浩劫背後的兩個源頭，連1900年的觀察家都能看得出來。首先，過去將近四百萬年來持續緩慢增加的全球人口，到了十八世紀末開始加速成長，而且這股趨勢仍無趨緩跡象。其次，自1760年發生工業革命後，使得無生命能源（inanimate energy）得以替代有生命能源（animate energy），人類經濟活動因此加快腳步。這所有現象讓古巴的馬蒂（Jose Marti）、英國H.G.威爾斯（H.G. Wells）等知識份子開始懷疑，這種人類活動大規模增加的現象，是否能持續數十年而不造成大自然退化。
倘若這些作家再多活一百年，一定會對廿世紀加速變化的狀況感到訝異。這段期間內全球人口成長四倍，經濟規模則擴張十四倍，能源用量增加十六倍，工業產出則翻了四十倍之多。但二氧化碳排放也上升了十三倍，水用量增加九倍。這些並非全然壞事──廿世紀生產力的提升，的確提高了數億人的生活水準，讓他們脫離先人的赤貧狀態──但這轉變過程的規模與強度，同時意味著就環境的觀點來看，廿世紀歷史的確與過去所有時代大不相同。
全球有識之士目前所面臨的雙重挑戰，首先是要了解過去一個世紀以來環境變遷的規模（及諸多後果）；第二則是必須理智地思考，如何在人類不智的集體行為跨越危險門檻之前處理這些問題。作者麥克尼爾教授精闢又準確地檢視廿世紀，呼籲人類必須先行了解環境變遷並有所回應。本書書名說得相當明白，《傳道書》中「日光之下並無新事」的說法已不盡然正確。麥克尼爾透過本書第一部的七個章節，說明我們四周的各種「圈」（sphere）──包括岩石圈（lithosphere）和土壤圈（pedosphere）、大氣圈（atmosphere）、水文圈（hydrosphere）和生物圈（biosphere）──在廿世紀受人類影響已遠遠超越先前歷史總和。有項數據說明了一切：根據麥克尼爾（粗略）的估計，廿世紀人類使用能源量，是1900年前一千年間用量加總的十倍。
不過麥克尼爾教授不只是紀錄環境變遷。他真正感興趣的，是他口中「地球歷史與人類歷史」之間的互動──這是為何本書第二部也同樣重要，甚至更為重要。在這部分他巧妙地分析了人口成長、遷移、科技變革、工業化、國際政治、觀念等各種要素──還有它們在環境政策領域所造成的諸多「反饋迴路」（feedback loop）。
麥克尼爾不是盧德運動份子 （Luddite），也不是主張「一成不變」的獨斷環保主義者。但他確實警告我們必須謹慎，並採取行動，以免全球社會以比我們想像中更快的速度，逐漸逼近生態門檻。
《太陽底下的新鮮事》是一本條理清晰且具真知灼見的著作。它所傳遞的訊息有如當頭棒喝，不論大眾或政客都應予以關注。
保羅．甘迺迪（Paul Kennedy）
導讀
普羅米修斯式的成長思維與生態反思
本書是一本環境史的巨著，討論了工業革命之後，人類所做所為對環境造成的變遷。作者身為人文社會科學領域的史學家，為了充分展現環境史跨學科的特性，他以兩大部分組成本書。「第一部：星球運行的律動」對土壤、大氣、水文、和生物圈等環境要件細做分析，每一環境要項都有歷史狀態的追溯和現狀改變的討論。第二部則在歷史脈絡中，從「能源系統的改變」、「人口的劇增和移動」、及「追求經濟成長的意識形態」等三個角度，解析他對廿世紀影響環境變遷動力的「答案」，最後點出：如果要讓人類社會「永續發展」，條件就是我們要能夠掌握過去、現在與未來的事務，並且將「生態」和「歷史」加以結合。
「生態」和「歷史」的結合，正是「環境史」的研究宗旨。當1976年美國環境史學會成立之時，宣告新的歷史學研究領域──「環境史」開始在學界中插旗行走；而新歷史學疆域開啟之際，正逢人類環境危機日亟的時刻。哈佛大學經濟史家大衛．藍迪斯（David Landes）曾譬喻1750年代工業革命之後的歷史像是「解除束縛的普羅米修斯」（Unbound Prometheus），因為普羅米修斯向上帝盜火之後，人類獲取了發展的能量，而工業革命正意味著類似的成長能量與無限進步之可能。
第二次世界大戰之後，出現「1950年代症候群」，表示科技與工業成長對環境的衝擊已經顯現，所以從1960到1970年代，無論是瑞秋．卡森（Rachel Carson）著作引發的環境意識，還是賈瑞特．哈丁（Garret Hardin）、林．懷特（Lynn White）、 路宜斯．蒙克里夫（Lewis Moncrief）、貝瑞．康芒納（Barry Commoner）等人對於危機根源的辯論，抑或激進派與改革派環境主義（environmentalism）興起，從生態中心論或人類中心論的立場，各自提出對環境危機的解決之道，顯示環境課題的熱潮性；且國際環境政治也展開折衝，聯合國環境高峰會先後召開，京都議定書和永續發展觀念同時在1987年推上歷史的舞台，這些都意味著廿世紀末期是人類歷史的轉捩時刻。
廿世紀環境保護運動幾乎已經全面開啟，我們不免要問：究竟人類應該如何理解「環境」在歷史中的角色？作者在本書中，為我們提供了怎樣的背景知識和答案？
作者旁徵博引，書寫出這本兼含「科學」與「人文」層面的環境史專書，且藉由圖與表的統計和呈現，讓文字更具穿透力。討論的議題多元，涉及的地域遍及全球，部分內容或許還有深入探討的空間，但是做為引領入門的閱讀書籍角色，本書留下了許多可供參酌與發展的線索，這也是本書的重要貢獻之一。特別是它重視「時間概念」的掌握和運用，讓讀者可以更清晰的瞭解「環境變遷」何以產生，以及所蘊含的意義。
環境污染和生命代價的關係，如果僅從常識宣導著手，恐怕不起作用。透過作者之筆，讓我們具體的領略到此一「事實」的存在。作者指出：上一個世紀因為空氣污染而造成的死亡人數，有2500至4000萬人，此數不低於兩次世界大戰死亡的總人數；水源汙染則在二十世紀奪走了數千萬的人命，「汙染」在人類歷史上的代價真是非常的高。反觀今日，南北集團因為貧富差距與環境責任的承擔而產生爭議時，這些「幾千萬」的數字，是否能夠讓我們更真實地理解「環境正義」的意義？
本書對「國家角色」所扮演的政治勢力，含有批判與反省的意識。作者指出，舉凡殖民勢力、國家追求經濟成果的熱切心理、甚至民族主義的思想等，都曾造成環境破壞。他細數由國家主導的「人口遷移」行動與墾拓，在南非、中國、蘇聯、巴西和印尼，都因此而改變地貌。這一點，讓我深感政治史，有時也等同於環境史頁。
作者對「歷史」和「環境史」所做的關係提比，值得注意。蘇聯在1917年因為共產革命成功而建立，1989年東歐民主化浪潮風起雲湧，1990蘇聯勢力瓦解而成為歷史名詞。作者主張環境變遷是促使蘇聯與東歐共產世界解體的動力之一，因為共產主義追求「巨型發展模式」的意識形態，使其成為高耗能且汙染集中的「煤炭城經濟」區域。
有趣的是，作者說除了歷史學家沒有人會記得「蘇聯」，但是壓倒蘇聯的最後一根稻草──車諾比核災事件所留下來的環境印記，卻揮之不去，因為二萬四千年之後，它仍會對人類的健康和環境具有致命影響，所以車諾比事件是「廿世紀人類所留下的最持久的標記」（頁319-320）。我認為忘記「蘇聯」是因為人常有遺忘歷史記憶的共通性，但作者指出環境災難的持久性，正是環境史要為歷史記憶負起記錄責任之所在。作者的論點，是環境歷史的經典之語。
本書成書時間是廿世紀末期，所以部分資料有待後者更新。書中指出1995年IPCC尚未對氣候變遷達成結論，2007年IPCC獲得諾貝爾和平獎，其研究指出人類是造成暖化的重要因素。氣候變遷意味急劇變化的天候，這種極冷極熱、雨澇乾旱的現象，本世紀已普遍出現在各大洲。所以本書為我們鋪陳的是歷史轉變的軌跡，是今日討論環境問題時不可或缺與遺忘的有價值資料。
本書所提的部分觀念，在環境史領域的其他著作中也甚受關切。「生物入侵」涉及「環境跨越疆界」的課題，作者認為它和歐洲人開始跨洲探險有關，並特別強調勞工移民因素的混入，對生物入侵有所影響。作者著墨了許多引發生態體系變遷的生物圈故事，讀來令人不勝唏噓。讀者可以拿來和克羅斯比（Alfred W. Crosby）的《哥倫布大交換》（The Columbian Exchange: Biological and Cultural Consequences of 1492）與《生態帝國主義》（Ecological Imperialism: The Biological Expansion of Europe, 900-1900）相互驗證。
「永續發展」（Sustainable Development）是廿世紀非常重要的革命性思想，雖然這個名詞究竟是指經濟永續還是生態永續，在解讀上容易造成爭議，但這個觀念終究拓展了我們對生態系的珍視，也對「跨世代」的環境價值重做評估。作者在本書並未對此細加分析，但字裡行間已然直指此一觀念的意義，顯示作者並未忽略永續發展對人類環境存續的價值。
如果我們要求一本跨領域、時間軸長達百年以上的環境史專書，要能夠一如學術論文般申論各項議題，那是不切實際，也沒有意義。作者在本書中，從歷史面為讀者建構了他自己詮釋這段環境變遷的理論，也留下不少值得發展的線索，更將人文、社會與科學領域之間的鴻溝，搭起連結的橋樑。在歷經工業革命一個半世紀之後，倘若我們自問，要理解廿世紀人類在歷史發展上承接了什麼，以及自己又做了什麼，方才導致今日的環境變遷如此令人憂心，那麼麥克尼爾的這本著作，是讓我們認知這些問題根源的一本有價值的歷史大作。
如果缺乏環境史實的記錄，我們對環境保育反省的立基，將會不踏實。「太陽底下的新鮮事」指的正是人類在廿世紀的作為和促使環境變遷的緣由。倘若人類的社會與文明要能夠存續往前，那麼確保環境永續是必要的，而這有待各領域的攜手合作、共進。麥可尼爾的著作，為我們提供了環境議題的人文與科技的背景知識，以及可資思考的線索，更免除我們遺忘歷史的記憶，本書的價值具現於前。
長庚大學特聘教授暨「永續環境學苑」主持人 曾華璧教授
2012年8月19日
前言
一個揮霍世紀的怪象
人對過去無知的壞處在於無法看清現狀。
—卻斯特頓（G..K. Chesterton），1933年
環境變遷的歷史和地球一樣悠久，約略有四十億年。約四百萬年前人類物種出現後，便不斷改變地球環境。不過情況卻從未像廿世紀這般嚴重。
小行星和火山等天文與地質因素所產生的環境變遷，或許比我們有生之年眼見的更為嚴重。但人類所造成的環境變遷並非如此。我們改變生態系統的程度、規模與速度均為人類史上首見。這也是地球有史以來，少數幾次歷經如此大範圍與快速的變遷。愛因斯坦曾說過「上帝不擲骰子」的名言。 但在廿世紀，人類已經開始拿地球的未來擲骰子，而且對遊戲規則全然無知。
原本無意造成此等禍害的人類，已對地球展開一場失控的大型實驗，而我認為這終究會成為廿世紀歷史最重要的面向，重要性甚至超越二次世界大戰、共產企業、識字率上升、民主普及或女性解放運動。為了解廿世紀到底有多麼揮霍又奇特，就必須深入回顧歷史。
在環境史中，廿世紀堪稱環境史上相當奇特的一百年，這是因為有許多足以造成生態變遷的現象，以驚人的速度出現。這些現象大多並非首次出現：長久以來人類早已開始砍伐樹木、開採礦石、製造廢棄物、種植作物及獵捕動物。到了現代，我們從事這些活動的頻率更甚以往，1945年後情況更是嚴重。儘管少數幾種環境變遷直到廿世紀才首次出現（例如人為造成臭氧層逐漸稀薄），廿世紀的生態獨特性主要仍在於規模與強度。
數量上的差異，有時可能成為質量上的差異。廿世紀的環境變遷亦然。變遷的規模與強度之大，讓許多在過去千年僅限於地方性的問題，成了全球共同關注的焦點。空氣污染即為一例。自五十萬年前人類知道使用火之後，就造成區域性的汙染問題。羅馬時期地中海人提煉鉛，甚至造成北極地區污染。在這之後，空氣污染問題擴大到足以影響全球大氣化學的根基（請見第三章）。因此，規模的改變足以導致條件的改變。
除此之外，不論是大自然體系或人類事務，都有臨界點與及所謂的非線性效應（nonlinear effects）。1930年代，希特勒帶領德國佔領奧地利、蘇台德地區（Sudetenland）及捷克斯洛伐克（Czechoslovakia）境內其他地區，當時並未激起太多反應。1939年9月希特勒試圖將波蘭納入版圖，卻陷入一場長達六年的戰爭，讓希特勒本人、他所發起的運動還有德國（暫時地）都因此毀滅。雖然他知道其中的風險，卻不自覺地跨越了臨界點並激起非線性效應。同樣地，熱帶地區大西洋水溫越來越高，可能尚未造成任何颶風。不過水溫一旦超過攝氏二十六度便會啟動颶風：只要逐漸遞增就會越過臨界點，啟動開關。廿世紀環境史和過往的差異，不僅因為生態變遷來得更大更快，也因為強度大增，啟動了某些開關。例如，捕魚活動的遞增會造成某些海洋漁業全面崩解。強度逐漸增加，便可能啟動某些重要開關，讓地球產生重大的基本變化。在事情開始爆發之前，沒有人知道會發生什麼事。
本章將就長期觀點檢視人類行為改變環境的歷史。主要因為資訊取得的狀況有所差異，長期的定義也視個案而有所不同。書中內容討論的行為與過程，有的很容易測量，有時並非如此。資料的正確度也有待商榷。儘管有這些問題，我們還是可以大略評斷廿世紀的情況有多奇特，還有究竟在哪些面向迥異於過去的模式。
西元1500年之後的經濟成長
足以改變環境的人類行為，均可稱為經濟活動。經濟學家習慣以市場中貨品與服務的總值或正式紀錄來測量經濟規模。加總之後得出的數字就是國內生產總值（GDP）。這個程序極度不完美，尤其是大量生產（以及服務）發生在市場之外的時候。經濟歷史學家深知這種測量方法的缺陷，已著手嘗試對應調整相關數據。
五百年前全球GDP（換算為1990年代美元幣值）總計約為2,400億美元，略高於波蘭或巴基斯坦今日GDP，並略低於台灣或土耳其。 直到西元1500年，全球經濟一直都以緩慢速度成長，以今日標準來看生產技術的進步也相當緩慢。西元1500年後，先進科技應用在美洲及其他地區，海上貨運大行其道，國際貿易活絡。到了1820年，全球GDP已達6,950億美元（超過1990年加拿大或西班牙的數據，並低於巴西）。工業革命、運輸方式不斷進步，再加上不斷開發邊境，都帶動了1820年後經濟快速成長，以致於1900年全球GDP高達1.98兆美元（低於1990年日本的GDP）。1870年到1913年期間，確實是全球經濟史上成長噴出的時期之一，不但比過去任何時期都快，其後也少有時期能夠超越。經過三十年的成長壓抑期（1914至1945年），全球經濟再度起飛，到1950年全球GDP達5.37兆美元（相當於1991年美國經濟規模）。隨著國際貿易更加開放，接下來全球經濟進入長期經濟繁榮期，科技快速發展，人口也迅速成長。到了1992年全球GDP約28兆美元。這段人類經濟史上堪稱奇蹟的時期，它的動盪、誕生、形成與壓抑，都濃縮在表1.1的指數與成長率數據中。
廿世紀末的全球經濟規模，大約是1500年的120倍以上。成長力道主要集中在1820年後。最快速的經濟成長出現在1950到1973年間，二戰後的經濟成長速度，可謂人類史上前所未見。
經濟擴張主要由人口成長所帶動。其他則歸功於科技與組織（或許還加上勤奮工作）提升了生產力。人均數據（表1.2）顯示，西元1500年以來全球經濟雖然成長120倍，但個人平均收入卻只成長9倍。 當然這只是全球平均值，看不出各地區、國家與個人之間的極大差異。
平均來說，我們的人均收入是西元1500年祖先們的9倍，1900年的4倍。儘管收入成長分配極度不均──現今莫三比克人民收入仍遠不及1500年全球平均值的一半──過去五百年，特別是廿世紀，仍可算得上是人類的一大成就。這樣的成就自然有其代價。社會所付出的代價何其之大，人們遭到奴役、剝削或殺害，以「創造式破壞」（creative destruction）為經濟成長鋪路。 環境也付出了極大代價。過去三十年來歷史學家已注意到經濟成長與現代化所造成的社會代價；而環境的代價其實同樣需要關注。
西元前一萬年之後的人口成長
人口比經濟活動更容易測量，因此儘管1900年前的估計數據必須小心處理，但以下的重建數據應比前面的經濟成長數字更為可靠。
人類首次發明農業（約為西元前8000年）之時，全球人口大概在200萬到2,000萬之間。 我們的數量甚至比有些靈長類還少，例如狒狒。但有了農業後，人類數量首次大幅躍升。人口成長可能比過去快了10到1,000倍，但每年遠低於1%仍是十分緩慢。到了西元一年，全球供養了大約二到三億人口（約當於今日印尼或美國人口）。到了1500年，全球人口已達四到五億。全球人口歷經大約1500年才增加一倍，年成長率遠不及0.1%。西元1500年之後，全球人口持續緩慢成長，約在1730年達到七億人口。此時增加速度才開始上揚，開啟了一段至今仍持續進行的人口成長高峰期。 到1820年人口達到十億左右。自此人類在生物方面取得驚人優勢，從表1.3的數據可見一斑。
十八世紀後，人口成長的速度與先前相比可謂極度快速。1950年以來，人口增加的速度大約是農業發明之前的一萬倍，以及農業發明之後的50到100倍。如果農業發明後人口便持續以廿世紀的人口成長率增加，地球會被滿滿的人類包覆，直徑高達數千光年，並以光速倍數的逕向速度向外擴散。 廿世紀這種成長速度明顯不會維持太久。我們處於人口史上第二次大暴增的最後階段。廿世紀全球人口史的獨特性不僅是對過去而言，也相應於未來。
觀察現代歷史上獨特人口特性的另一種方式，就是計算有多少人曾經活著，以及（根據平均壽命預估值）他們曾經活過多少年。這樣的預估當然需要特別小心。有些歐洲人口歷史學家已大膽假設並據此估算。 他們認為過去400萬年來約有800億人出生，總計這800億人一共活了2.16兆年。令人吃驚的部份來了：這2.16兆年中，有28%出現1750年之後，20%在1900年後，13%在1950後。雖然廿世紀僅占人類歷史0.00025%（400萬年中的100年），在人類活過的所有年份中卻占了大約五分之一。
如同長期經濟成長，人口史也代表著人類物種的勝利。這當然也是要付出代價。無論如何這是一項驚人的發展，完全脫離過去的模式──讓我們總是將現有經驗視為理所當然，認為現代的成長率很是自然。任何持續時間超過人類一生壽命的特殊事件，很容易遭到誤解。
經濟成長與人口成長的長期進程，在過去千年來緊緊相隨，直到1820年左右才開始明顯分流，由於經濟成長大幅凌駕人口成長，因此造成人均收入上揚。這背後原因包括新科技，還有帶動人類增加能源利用的經濟組織系統。
西元一萬年之後的能源史
在工業革命開始前，我們利用的是自己的身體與部分馴養家畜的肌力、風力與水力（但效率不高），以及木材與其他生質能（biomass）中儲存的化學能（利用其熱能而非電力）。工業革命改變了一切，因為它帶來了能將數億年來地表所累積的生質能儲量，亦即化石燃料，轉化為機械力的引擎。
物理學家同意宇宙中能量不變的理論。地球上的能量呈現大致平衡的狀態：來自太陽的輻射能，相當於消散到太空中的熱能。我們可以創造能量，也能毀滅能量。但我們大多只會提到能量的產生或消耗。「能量」一詞並不精確，是一種很難測量的東西。以下重建數據的目的是要準確呈現能量的意義，但它在數量方面的元素，也像上述經濟成長數據一樣必須小心處理。
因為來自太陽的核聚變反應，所有能源終究都屬於核能。 地球上的核能有好幾種形式，對人類較重要的包括機械能（或動能）、化學能、熱能與輻射能。我們的問題在於，如何針對我們想做的所有事情，在適當的地點與時間取得有用的能源。我們透過轉換器達到此一目的，將某種能源轉換為另一種形式，使其易於儲存、運送或運用在工作上。許多經濟運作都得利用好幾種轉換工具。每一次轉換都牽涉到某種實用面的損失，因為有部份事先轉換的能源浪費掉或變成無用的形式，因而無法保留。因此轉換器有所謂的效率評價（efficiency ratings）。舉例來說，人類的效率約為18%：即每吃下100卡路里的食物（化學能），只有18卡路里會轉換為機械能，剩下的都因一些實用目的（主要為熱能）而消失。馬的效率更只有10%。
在工業革命前，唯一重要的轉換就是生物轉換。 最早人類社會只知道利用肌力，源於儲存在植物與動物肉類中的化學能量。後來有了少數幾種工具輔助，使肌力的運用更有效率。火的使用自然對取得熱能大有幫助，而且在烹飪發明之後，一些原本不可食用的能量也變得可以食用。但直到約一萬年前，我們的祖先仍依賴自身的機械能（或可稱之為「體內能機制」somatic energy regime）。
農業讓人類更能控制我們稱之為糧食作物的植物轉換。和狩獵或採集相比，移動農業（shifting agriculture）讓能源的可用性增加了可能有十倍之多，定居農業（settled agriculture）又增加了十倍，造成更高的人口密度。接下來，隨著大型動物被馴化，人類需要更多的肌力、更多的機械力，且其形式更為集中。用牛來拖曳、以馬或駱駝來運輸，都是相當重大的進步。牛可以在難耕的土地上耕田，在糧食方面開拓新的可能性，進而將更多的人與牛導入一個能夠延伸並強化體內能機制的正面回饋循環（positive energy regime）。未能馴化大型動物的社會，在勞動方面處於不利地位。在隨後的一千年裡，新作物、輪子及馬項圈改善了人類社會的能源效率，但即使在工業革命初期的歐洲（約為西元1800年），人們所使用的機械能中仍有超過七成由人類的肌力供應。 可耕地與種植作物所需的水源不足，仍從根本上限制了能源的發展。
農業與動物的馴養確實造成能源過剩。控制過剩能源，任意加以應用，並享受其回報，這構成了政治的精髓──也就是掌控了體內能機制。如應用得當，例如在戰爭或灌溉上，能源過剩可能有提高報酬率的意外收穫，讓人致富或大權在握──埃及法老即為一例。將化學能轉換為機械能時，由於人類比馬更有效率，與牛相比更高，因此大型馴養動物在工業化之前可謂奢侈品。奴隸制度是最有效率的手段，有野心並大權在握的人可藉此變得更為有錢有權。這也是解決能源短缺的答案。奴隸制度在體內能機制下相當普遍，尤其在缺少役用動物的社會當中。除了匯集人力，他們沒有實際堪用的其他選擇來集中能源。
體內能機制有一個有趣的特點，在於能成功地儲存能源。以熱或光甚至電的形式存在的能源很難儲存。即使是廿世紀末的新技術，仍難以儲存風力和直接太陽能（direct solar energy）。植物形式的化學能也很難儲存，即使在有利的條件與適當的技術下，某些作物能儲存長達數年（不過仍會造成大量耗損）。
在工業化前的社會中，氣候與害蟲變化難以預測，使得每季、每年的食物供給量都大不相同。這造成了整體社會問題，而對於統治者而言，問題在於能源供給波動的狀況隨著時間越來越無法控制與預測。對於統治者來說，人口與牲口數量就等於能源儲量，是社會能源體系中的一個調速輪（flywheel）。不論主要的能源來源──亦即作物──數量豐盛或稀少，都可以派上用場。時機好時可累積儲量，時機不好就降低，不論什麼時代，統治者都會為了經營而干預人口與牲口。
對於一般人來說，牲畜也有同樣的功用。牠們儲存了能源，因此儘管主食供應量免不了時高時低，必要時牲畜可供人類利用，使能源流動更為平均。這也為每個家庭的能源體系提供了一個調速輪，大小則與家庭擁有的動物數量（必要時可以購買方式取得）成比例。
體內能機制有相當嚴格的限制。如果突然使力，人體可以使出1000瓦（watt）的力量。 針對挖掘壕溝、建築水壩或打鬥等任務，過去任何一個社會所能奉獻的只有數十萬瓦（以人力及動物為主要的機械能來源）。中國明朝皇帝及埃及法老王所能支配的力量，並不比現代一名推土機駕駛或指揮坦克的軍官更高。過去人類積極追求領土擴張，因為這可能增加統治者的整體能源供給量，但通常很難為了工程或戰爭而聚集數千人以上的人力，因此統治者在單一任務上所能支配的能源總量還是無法提升。
工業革命起先提升了人類肌力，後來很快便超越了。這股風潮所到之處，莫不終結了體內能機制，取而代之的是一套更遠為複雜的安排。這套安排或可稱為「體外能機制」（exosomatic energy regime），但最好還是稱之為化石燃料時代：從1800年至今，人類使用的能源絕大多數來自化石燃料。
從古時期開始，尤其是在波斯，中國與歐洲，風帆、風車和水車稍微增加了農業社會的體內能供給量。 接下來好幾個世紀仍不斷進展。但在十八世紀，蒸汽機開發了數億年光合作用的價值，藉由燃燒煤炭將化學能轉換為機械能。人類發現煤炭用途已有數百年，主要做為熱能燃料。但蒸汽機能將熱轉換為機械能，也因此增加了更多新的可能用途。
早期蒸氣機的效率是出了名的差，製造出的動力中有99%會流失。不過隨著技術逐漸進步，到1800年效率約為5%，一具蒸汽機能產生20瓦動力，相當於200名人力。到了1900年，工程師們已經知道如何控制高壓蒸汽，蒸汽機所能產生的動力變成1800年的30倍。除此之外，蒸汽機不像水車或風車那樣受限於一地，甚至可以放置在船上或火車頭。這產生了另一個正面回饋循環，因為可藉此運送大量煤炭，將這種燃料提供給更多的蒸汽機。十九世紀工業化便是仰賴這一點。1800年全球煤炭產量約為1,000萬噸，到1900年則爆增100倍。
到了1900年開始出現另一項重大偏離：使用精煉油的內燃機。蘇格蘭人楊恩（James Young）在1850年代想出如何精煉原油的方法，美國人德瑞克（Edwin Drake）則在1859年證明，開鑽進入深層岩石可開採出石油。儘管當時規模不大，但石油時代就此展開。由於德國於1880年後開發出內燃機，更進一步帶動這股轉變。內燃機比燒煤炭的蒸汽機更輕，效率也遠超過蒸汽機，特別是就小型機種而言。大型機種所能產生的動力也遠超過蒸汽機。要供電就必須有大量電力，而汽車也需要輕型有效率的引擎。
因此自1990年以降，生質能、煤炭與石油提供了大量的能源。自1890年代以降，即使世上大部分人口並未直接使用化石燃料，從有用能源的角度來看，化石燃料仍使生質能相形失色。這三種燃料的生產與使用在廿世紀持續成長，不過因為石油成長速度大幅領先，按比例來看另兩種其實算是成長下滑。表1.4與1.5列出了一些全球燃料生產及其產生之有用能源的估計數據。石油燃料不只大幅取代了生質能在廿世紀能源組合中的地位 ，整體的能源產量也隨之暴增。全球電氣化始於1890年且至今仍在進行中，刺激了能源的需求及使用。電動馬達更有彈性，用途簡直數不清。電力還能提供光與熱。列寧甚至有句名言，定義共產主義就是蘇維埃政權加上電氣化，此外美國小羅斯福總統任內主要政績之一，就是鄉村電氣化。
在蒸汽與煤炭的影響下，十九世紀的全球能源產量增加了大約五倍，但到了廿世紀，因為石油、天然氣（1950年以後）及核能 （重要性較低）再增加了十六倍。人類歷史上沒有任何一個世紀──就算是以每一千年的角度來看──在能源使用的成長超越廿世紀。自1900年以來所使用的能源，總量可能超過之前人類史上所有加總。我大略計算後發現，廿世紀全球所使用的能源，是1900年之前一千年間的十倍。農業出現初期直到1900年之間的一百個世紀，人類使用的能源只有廿世紀用量大約三分之二。
這種令人訝異的揮霍行為，同樣也算得上是人類物種的一種勝利，從無盡的體能勞動這種苦差事中解脫，並在肌力所能及的範圍之外開啟許多新的可能性。即使以人均的角度來看，能源使用的成長同樣可觀，在廿世
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