Globālās izmaiņas ir izmaiņas globālajā vidē (klimatā, zemes produktivitātē, okeānu un citos ūdens resursos, polārajos reģionos, atmosfērā, ekosistēmās, sabiedrībā), kas var mainīt Zemes nestspēju, kas nepieciešama, lai uzturētu dzīvības procesus.

Globālo pārmaiņu zinātne ietver pārmaiņu pētījumus, kas attiecas uz zemes, mežu un ūdens izmantošanu, bioloģiskās daudzveidības mazināšanos, klimata pārmaiņām, piesārņojuma palielināšanos, kā arī uz vispārīgiem globalizācijas procesiem (jaunievedumu izplatīšanos, starptautisko kooperāciju un darba dalīšanu, brīvu preču un pakalpojumu plūsmu, ideju un kapitāla kustību). Šo pārmaiņu norise notiek vienlaicīgi vairākās jomās un dažādos veidos, kas rada vides apdraudējumus un negatīvu ietekmi uz cilvēku veselību un ekosistēmu vitalitāti.

Globālo pārmaiņu zinātnei ir izšķiroša nozīme cilvēces turpmākas labklājības un ekonomiskās aktivitātes nodrošināšanā. Pētniecība balstās uz plašu sarežģītu datu vākšanu un analīzi; sniedz zināšanas, kas palīdz adekvāti reaģēt uz globālo pārmaiņu izpausmēm: stratosfēras ozona koncentrācijas samazināšanos, vides piesārņojuma palielināšanos, “skābajiem nokrišņiem”, bioloģiskās daudzveidības samazināšanos, klimata pārmaiņām (jūras līmeņa celšanos, okeānu paskābināšanos, karstuma viļņiem, sausumu, vētrām) un citiem notikumiem, kas rada arvien pieaugošus riskus dzīvībai, veselībai, īpašumam, lauksaimniecībai un dabas resursu izmantošanai.

Ekstremālu laika apstākļu pieaugums, gaisa kvalitātes pasliktināšanās, jaunu kukaiņu pārnēsājamu slimību parādīšanās, pārtikas un ūdens resursu mazināšanās negatīvi ietekmē cilvēku veselību un labsajūtu. Ekosistēmu (mežu, piekrastes joslas, mitrāju) aizsargspējas pret ekstremālu notikumu ietekmi (ugunsgrēkiem, plūdiem, spēcīgām vētrām) krasi samazinās. Globālo pārmaiņu izraisītie apgrūtinājumi lauksaimniecībai ik gadu palielinās, un tiek prognozēts, ka 21. gs. tie kļūs nopietnāki, ar tendenci samazināties pasaules pārtikas piegādes drošībai.

Globālo pārmaiņu zinātne ir vides zinātnes sastāvdaļa.

Globālo pārmaiņu virzošie spēki ir iedzīvotāju skaita un patēriņa pieaugums, enerģijas un zemes izmantošanas izmaiņas un vides piesārņojums.

Pēdējo 100 gadu laikā vērojams lielākais iedzīvotāju skaita pieaugums cilvēces vēsturē. Demogrāfi prognozē, ka pasaules iedzīvotāju skaits pieaugs līdz deviņiem miljardiem (2050) un sasniegs 12 miljardus 21. gs. beigās. Lielāks cilvēku skaits prasa vairāk resursu (jūras veltes, meža un lauku produktus, fosilo kurināmo un minerālvielas), kā arī arvien lielāku izejvielu plūsmu. Pasaules enerģijas patēriņā dominē fosilais kurināmais (nafta, akmeņogles, dabasgāze), kas veido 85 % no izmantotās enerģijas. Pēdējo 150 gadu laikā enerģijas patēriņš uz vienu cilvēku palielinājās apmēram 100 reizes. Oglekļa savienojumu emisijas, sadedzinot fosilo kurināmo, pārsniedz 10 miljardus tonnu gadā. Tā rezultātā kopš 1880. gada vidējā globālā gaisa temperatūra pieaugusi aptuveni par 0,9° C. Būvējot pilsētas un veicot lauksaimnieciskās un mežsaimnieciskās darbības, notiek zemes izmantošanas izmaiņas – dabiskās zemes (meži, pļavas, purvi, tuksneši) tiek pārvērstas par cilvēku veidotām sistēmām (pilsētām, tīrumiem, plantācijām). Laika periodā no 2000. līdz 2010. gadam ik gadu aptuveni 13 miljoni hektāru zemes (apmēram Grieķijas platība) pārvērsts par cilvēku veidotām sistēmām. Zaudējumi mežu platību samazināšanās dēļ pārsniedz divus triljonus eiro gadā. Ražošanas radītā piesārņojuma (emisijas un atkritumu) pieaugums saistīts ar jaunu sintētisku produktu (plastmasas, pesticīdu, šķīdinātāju un citu ķīmisku vielu) ražošanu. Dažādu produktu (akumulatoru, bateriju, krāsu, ierīču, aparātu) ražošanā plaši izmanto smagos metālus (dzīvsudrabu, svinu, kadmiju, arsēnu) un to savienojumus, kas var kaitīgi ietekmēt cilvēku veselību.

Notiek sugu migrācijas izmaiņas un sugu adaptācija. Reaģējot uz vides pārmaiņām, dzīvie organismi pārvietojas uz vietām, kas tiem fizioloģiski vairāk piemērotas. Vairāku koku sugu (piemēram, egļu, ozolu) areāli pakāpeniski nobīdās uz ziemeļiem un augstāk kalnos. Temperatūras paaugstināšanās ietekmē arī sezonas un gadalaikus. Agrāka pavasara iestāšanās liek atsevišķām putnu un tauriņu sugām migrēt uz ziemeļiem, bet atsevišķām augu sugām – ātrāk uzziedēt. Cilvēku radītās izmaiņas vidē veicina arī sugu adaptāciju (pielāgošanos) jaunajiem apstākļiem. Tomēr zinātnieki uzskata, ka daudzas savvaļas sugas (līdz pat 15–37 % no kopējā sugu skaita) nevarēs pielāgoties jaunajiem vides apstākļiem pietiekami ātri un, iespējams, izmirs.

Globālo pārmaiņu izvērtēšanā pielieto sistēmpieeju – ikviens objekts tiek apskatīts kā no atsevišķām daļām veidots vienots veselums. Piemēram, planēta Zeme tiek uzskatīta par lielu sistēmu, kas ietilpst vēl lielākā Saules sistēmā, savukārt pati Zeme sastāv no vairākām apakšsistēmām – atmosfēras, hidrosfēras, litosfēras un biosfēras. Tā no biosfēras varam nonākt līdz cilvēkam, kas arī sastāv no daudzām apakšsistēmām, un tālāk – līdz pat atomam un vēl sīkākām sistēmām. Ekoloģisko un bioģeoķīmisko procesu, kā arī bioloģiskās daudzveidības izmaiņu pētniecībā izmanto asimilācijas datus reģionālā un kontinentālā mērogā. Tiek pētīti vielu (oglekļa, slāpekļa, fosfora, ūdens) aprites cikli, šo ciklu mijiedarbība un ietekme uz dabas sistēmām. Sistēmpieeju izmanto arī ekosistēmu adaptācijas pētījumos.

Globālo pārmaiņu zinātnē mērījumi tiek veikti globāli, veidojot pasaules novērojumu datu bāzi. Šī bāze ietver visu, kas notiek Zemes sistēmās. Pētījumos par vēsturiskajām izmaiņām izmanto ģeoloģiskos datus un fosilijas, bet nākotnes prognozes izstrādā, izmantojot Zemes sistēmu kvantitatīvos modeļus. Globālo pārmaiņu zinātniskos novērtējumus gatavo periodiski (ne retāk kā ik pēc četriem gadiem).

Starpdisciplināras zinātnieku grupas (biologi, ekologi, fiziķi, sociālantropologi), izmantojot valsts vai reģiona datus par augsnēm, virsmas apaugumu un klimata pārmaiņām, izstrādā varbūtīgos Zemes sistēmu nākotnes attīstības scenārijus. Modelēšanā integrē dažādas Zemes sistēmu sastāvdaļas, ieskaitot atmosfēru, okeānus, ar ledu klātās teritorijas, zemes virsmu, hidroloģiskās sistēmas, veģetāciju, bioģeoķīmiskos ciklus, kā arī sociālās un ekonomiskās sistēmas. Modelēšanai raksturīga sistēmas elementu mijiedarbības izvērtēšana, Zemes apakšsistēmu vispārināšana un sintēze. Lai novērtētu politikas alternatīvas un īstenošanas iespējas, kā arī neskaidrības, riskus, izmaksas un ieguvumus, Zemes sistēmu modeļi tiek savietoti ar cilvēka darbības un ekonomikas modeļiem. Lai izsekotu procesu tendencēm, izmanto globālo pārmaiņu indikatorus (piemēram, ikgadējo siltumnīcefekta gāzu indeksu, arktiskā ledus platību, oglekļa dioksīda (CO₂) koncentrāciju atmosfērā, kopējo mežu platību, globālo virsmas temperatūru, bezsala perioda dienu skaitu).

Globālo pārmaiņu pētniecība aizsākās 1950. gadā, kad tika nodibināts Globālo pārmaiņu institūts (Aspen Global Change Institute) Aspenā, Kolorādo, Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV). Institūts apvienoja dabas un sociālo zinātņu zinātniekus, lai pētītu globālo pārmaiņu virzītājspēkus, Zemes sistēmu reakciju, dabas un cilvēka sistēmu ietekmi un risku pārvaldības iespējas. Pētījumi ietver pilsētu attīstību, ekosistēmu iespēju robežas, ekoloģisko procesu intensifikāciju pārtikas apgādē, pielāgošanās stratēģijas, atbildību un pienākumus saistībā ar starppaaudžu taisnīgumu.

ASV Kongress 1990. gadā pieņēma Globālo pārmaiņu pētniecības likumu (Global Change Research Act), kura mērķis bija izveidot ASV Globālo pārmaiņu pētniecības programmu (U.S. Global Change Research Program) un īstenot Nacionālo globālo pārmaiņu pētniecības plānus (National Global Change Research Plan). Jaunākais pētniecības plāns ietver laika periodu no 2012. gada līdz 2021. gadam.

Mūsdienās tiek veidotas efektīvas globālo pārmaiņu pētniecības programmas; notiek cieša starpresoru koordinācija un sadarbība starp zinātniekiem, valsts un privāto sektoru, starptautiskām struktūrām. No politiskā viedokļa svarīgs ir piesardzības princips, kura mērķis ir panākt vienotu izpratni par to, kā noteikt, novērtēt, pārvaldīt un izziņot riskus, ko zinātne vēl nespēj pilnībā novērtēt. Globālo pārmaiņu pētniecībā īpaša uzmanība tiek pievērsta jaunu likumdošanas un ekonomikas līdzekļu izmantošanai. Zinātnieku un ekspertu grupa Starpvaldību klimata pārmaiņu padomē (Intergovernmental Panel on Climate Change, 1988), pamatojoties uz plašiem pētījumiem, izvērtē cilvēka radītās ietekmes riskus un prognozē klimata pārmaiņas un to ietekmi līdz 2100. gadam.

Starptautiskā Ieinteresēto zinātnieku savienība (Union of Concerned Scientists) Kembridžā, ASV – bezpeļņas organizācija, kas seko līdzi valdības politikai un iesaka pētniecības programmas vides un sociālo problēmu risināšanai. Globālo pārmaiņu zinātnes centrs (Center for Global Change Science) Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā (Massachusetts Institute of Technology) ASV risina svarīgus globālās vides jautājumus, izmantojot starpdisciplināru pieeju. Starpvaldību klimata pārmaiņu padome (Intergovernmental Panel on Climate Change) Ženēvā, Šveicē nodrošina objektīvu zinātnisku informāciju par klimata pārmaiņām un to politisko un ekonomisko ietekmi. Eiropas globālo pārmaiņu pētniecības komiteju tīkls “Eiropas alianse” (European Alliance) veicina zinātnē balstītu darbību par Eiropas interesēm un prioritātēm globālo pārmaiņu pētniecībā, kā arī veicina Eiropas līmeņa ieinteresēto personu iesaistīšanos globālo pārmaiņu iniciatīvās.

Nozīmīgākie periodiskie izdevumi: Global Environmental Change (kopš 1990. gada, Elsevier), Chemosphere – Global Change Science (kopš 1999. gada, Elsevier), International Journal of Disaster Risk Science (kopš 2010. gada, Springer), Global Change Biology (kopš 1995. gada, Wiley-Blackwell).

Globālo pārmaiņu pētniecībā iesaistītas daudzas atsevišķu tematu pētnieku grupas, piemēram, vairāki tūkstoši zinātnieku klimata pārmaiņu jomā. Viens no Ievērojamākajiem pētniekiem ir zviedru meteorologs Berts Bolins (Bert Rickard Johannes Bolin). 1980. gadā viņš kopā ar zinātnieku grupu aizsāka Pasaules klimata pētniecības programmu (World Climate Research Programme). Nobela prēmijas laureāts nīderlandiešu atmosfēras ķīmiķis Pauls Krutcens (Paul Jozef Crutzen) strādājis klimata pārmaiņu jomā, popularizējis ideju par jaunu ģeoloģisko ēru – antropocēnu.