Związek między narażeniem na zanieczyszczenia powietrza a umieralnością został zauważony już przynajmniej w latach trzydziestych XX wieku. Początkowo jednak uwaga lekarzy i opinii publicznej koncentrowała się na wyjątkowych, szczególnie tragicznych w skutkach zdarzeniach.
W grudniu 1930 r. w dolinie Mozy (wschodnia Belgia, okolice miasta Liège) utrzymujące się przez kilka dni wysokie stężenia zanieczyszczeń powietrza spowodowały śmierć ok. 60 osób (zaledwie po kilku godzinach od wystąpienia objawów), zaś u kilkuset osób wystąpiły poważne dolegliwości ze strony układu oddechowego [Firket 1936]. Kiedy ostatecznie mgła się rozproszyła, objawy ustąpiły. Firket, analizując parę lat później ten tragiczny incydent ostrzegał, że gdyby podobna sytuacja wystąpiła w Londynie, ofiar byłoby proporcjonalnie więcej, tj. ok. 3200 [Firket 1936]. Była to iście prorocza przepowiednia.
Prawie dokładnie 22 lata po wydarzeniach w Belgii, 5 grudnia 1952 r. wyjątkowo gęsta mgła spowiła obszar tzw. Wielkiego Londynu (zamieszkany wtedy przez ok 8.5 mln ludzi), utrzymując się do 9 grudnia. Występujące przez te kilka dni bardzo wysokie stężenia pyłu zawieszonego i dwutlenku siarki{Według Bell i Davisa [Bell, Davis 2001], w czasie Wielkiego Smogu Londyńskiego najwyższa dobowa średnia całkowitego stężenia pyłu zawieszonego była równa 1620 µg/m3, zaś średnia dla całego epizodu wynosiła 1400 µg/m3. Autorzy ci zwracają też uwagę, że podobne stężenia zanieczyszczeń pyłowych wciąż występują w niektórych miejscach na świecie. Jednak inne źródła podają, że w dniach 5-9 grudnia 1952 w Londynie występowały znacznie wyższe stężenia pyłu zawieszonego i dwutlenku siarki, ok. czterech tysięcy µg/m3 w przypadku każdego z tych zanieczyszczeń, patrz np. [GLA 2002]. Być może rozbieżności te wynikają z użycia różnych miar zanieczyszczenia pyłem zawieszonym; w latach pięćdziesiątych w Wielkiej Brytanii stężenia pyłu zawieszonego mierzono metodą reflektometryczną i wyrażano jako tzw. British Smoke albo British Shade; nie mierzono natomiast stężeń pyłów o określonej średnicy aerodynamicznej, takich jak PM10 czy PM2.5} stały się przyczyną ok. 4000 zgonów [Logan 1953], przy czym znaczący wzrost liczby zgonów odnotowano już 5 grudnia.
Większość przypadków zgonu dotyczyła osób w wieku powyżej 45 lat, ale zwiększoną umieralność odnotowano we wszystkich grupach wiekowych. Prawie dwukrotnie wyższa niż zwykle była liczba zgonów wśród noworodków, ponad dwukrotnie wyższa – w przypadku dzieci w wieku od 4 tygodni do jednego roku, zaś w każdej z trzech grup wiekowych (45-64, 65-74 i powyżej 75 lat) liczba zgonów zwiększyła się prawie trzykrotnie. Szczególny wzrost odnotowano jeśli chodzi o liczbę zgonów z powodu zapalenia oskrzeli (ponad ośmiokrotny), zapalenia płuc (prawie trzykrotny) i chorób układu krążenia. Zauważalnie podwyższona umieralność związana z tymi chorobami utrzymywała się jeszcze przez kilka tygodni [Logan 1953]. Obecnie szacuje się, że całkowita liczba ofiar Wielkiego Smogu Londyńskiego to ok. 12 tys. osób [Bell, Davis 2001].
Wielki Smog nie był ani pierwszym tego typu epizodem odnotowanym w Londynie (Logan wymienia cztery podobne zdarzenia z lat 1873, 1880, 1892 i 1948), ani też ostatnim (epizod wyjątkowo wysokich stężeń zanieczyszczeń pyłowych wystąpił jeszcze w roku 1962), jednak ten z 1952 r.był najpoważniejszy jeśli chodzi o liczbę ofiar. Niemniej zarówno w roku 1948, jak i w 1962 w wyniku podwyższonych stężeń zanieczyszczeń zmarło ponad 300 osób [Logan 1953; Schwartz, Marcus 1990; Brunekreef, Holgate 2002]. Inny znany epizod wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza i związanej z tym znacząco podwyższonej umieralności miał miejsce w 1948 r. mieście Donora (USA) [Vallero 2008].
Do wymienionych zdarzeń doszło w półroczu chłodnym (w sezonie grzewczym); wydaje się też, że we wszystkich przypadkach kluczowe było występowanie na stosunkowo niewielkiej wysokości tzw. warstwy inwersyjnej (w przypadku której obserwuje się nietypowe zjawisko wzrostu temperatury powietrza wraz z wysokością od poziomu terenu), uniemożliwiającej rozpraszanie się zanieczyszczeń {Sytuacja taka ma też często miejsce w Polsce, w szczególności w przypadku miejscowości położonych w dolinach i kotlinach.}.
W przypadku tak ekstremalnie wysokich stężeń zanieczyszczeń powietrza, jakie występowały w czasie Wielkiego Smogu w Londynie czy też w trakcie innych podobnych incydentów, nie ma raczej wątpliwości co do przyczynowo-skutkowego charakteru związku pomiędzy ekspozycją na zanieczyszczenia powietrza a efektami zdrowotnymi (w tym podwyższoną umieralnością). Jednak od lat pięćdziesiątych jakość powietrza w zachodniej Europie i Stanach Zjednoczonych ulegała systematycznej poprawie {W szczególności, w Wielkiej Brytanii poprawa jakości powietrza wiązała się między innymi z ograniczeniami w stosowaniu paliw stałych w gospodarstwach domowych, wprowadzonymi w roku 1956 w reakcji na dramat z roku 1952 (tzw. Clean Air Act, patrz [Clean Air Act 1956]). Dane dotyczące stężeń rocznych w Londynie z lat 1958-1971 znajdzie czytelnik w pracy [Schwartz, Marcus 1990].}, i nie było oczywiste, jaki jest wpływ zdrowotny ekspozycji przy niższych stężeniach zanieczyszczeń. Na przykład, Lawther i wsp. sugerowali, że wpływ zanieczyszczeń powietrza na zdrowie jest istotny dopiero kiedy stężenia pyłu zawieszonego i SO2 przekraczają kilkaset µg/m3 [Lawther et al. 1970; Schwartz, Marcus 1990].
Jednak Schwartz i Marcus, analizując dane z Londynu z lat 1958-1972, pokazali nie tylko istnienie silnego związku pomiędzy stężeniami zanieczyszczeń powietrza a umieralnością w tym okresie, ale także istnienie silnej korelacji pomiędzy poziomem zanieczyszczeń a liczbą zgonów w okresie po roku 1965, kiedy stężenia zanieczyszczeń były znacząco niższe niż wcześniej {Samo już tylko wyrysowanie na jednym wykresie zależności między liczbą zgonów a stężeniami pyłu zawieszonego, bez odwoływania się do jakichkolwiek metod statystycznych, ujawnia istnienie wyraźnego związku między tymi wielkościami, i to nawet przy najniższych obserwowanych stężeniach (patrz Rys. 1 i 2 w pracy [Schwartz, Marcus 1990]).} [Schwartz, Marcus 1990].
Schwartz i Marcus wykazali też, że wpływ pyłu zawieszonego na podwyższenie umieralności jest istotniejszy niż wpływ dwutlenku siarki (a także niezależny od wpływu SO2). Na przykład, podczas epizodu smogowego, który miał miejsce w Londynie w roku 1962 stężenia dwutlenku siarki były podobne jak w czasie Wielkiego Smogu z roku 1952, ale stężenia pyłu były już ok. pięciokrotnie mniejsze, zaś zgonów przypisywanych zanieczyszczeniu powietrza było „jedynie” 350, czyli ponad jedenastokrotnie mniej niż w roku 1952. Do podobnych wniosków prowadzi także analiza danych z lat 1963-1972 dla Nowego Jorku, gdzie w okresie 1970-72 stężenie SO2 było ok. trzykrotnie niższe niż w latach 1963-66, podczas gdy zarówno stężenia pyłu zawieszonego, jak i liczba zgonów przypisywanych zanieczyszczeniu powietrza różniły się między tymi dwoma okresami jedynie w niewielkim stopniu, patrz [Schwartz, Dockery 1992 a].
Zależności między poziomami zanieczyszczeń a umieralnością, podobne do tych występujących w Londynie zostały zaobserwowane na początku lat dziewięćdziesiątych także w USA.
Analizując dane z kilku amerykańskich miast, Schwartz i wsp. pokazali że wzrost dobowych stężeń TSP {Od ang. Total Suspended Particulate, grawimetryczna miara stężenia pyłu zawieszonego używana do lat osiemdziesiątych lub dziewięćdziesiątych w wielu miejscach na świecie, w tym w Polsce. W USA TSP zostało zastąpione w roku 1987 przez PM10, (cząstki pyłu zawieszonego o średnicy aerodynamicznej poniżej 10 µm; wtedy też wprowadzono normy określające dopuszczalne stężenia PM10 [EPA NAAQS]. PM10 zazwyczaj stanowi ok. połowy masy TSP.} o 100 µg/m3 zwiększa umieralność następnego dnia o kilka procent (4-7%, w zależności od konkretnego miasta), [Schwartz 1991; Schwartz, Dockery 1992 a; Schwartz, Dockery 1992 b; Pope et al. 1992]. Inaczej mówiąc, współczynnik ryzyka, ang. risk ratio (lub ryzyko względne, ang. relative risk) dla zgonu związanego z krótkoterminową ekspozycją na pył zawieszony był równy od 1.04 do 1.07 na każde 100 µg/m3 TSP. Do podobnych wartości współczynników ryzyka prowadziły także badania niemieckie [Wichman et al. 1989] i wspomniana wyżej analiza danych z Londynu z lat 1958-1972 [Schwartz, Marcus 1990].
Choć, jak zauważają autorzy Schwartz i Dockery, żadne badanie epidemiologiczne nie może udowodnić niezbicie związku przyczynowo-skutkowego, zbliżone wyniki badań prowadzonych w miejscach o bardzo różnym klimacie wyraźnie sugerują istnienie takiego związku pomiędzy ekspozycją na zanieczyszczenia pyłowe i umieralnością [Pope et al. 1992]. Wydaje się bowiem mało prawdopodobne, by obserwowane korelacje można było przypisać pogodzie; wpływ czynników meteorologicznych jest zresztą w podobnych badaniach rutynowo uwzględniany.
Przytoczone powyżej badania wpływu ekspozycji krótkoterminowej zostały wkrótce uzupełnione o wyniki dwóch dużych badań kohortowych, w których analizowano wpływ narażenia długoterminowego [Dockery et al. 1993; Pope et al. 1995]. W szczególności, Dockery i wsp. pokazali, że umieralność w najbardziej zanieczyszczonym z sześciu badanych przez nich miast (Steubenville) była o 26% wyższa niż w miejscowości o najniższym, spośród badanych miast, poziomie zanieczyszczeń pyłowych {Warto zwrócić uwagę, że już od roku 1983 w Steubenville średnie roczne stężenie PM2.5 utrzymywało się poniżej 30 µg/m3, czyli było niższe niż stężenia występujące obecnie w wielu polskich miejscowościach.}.
