The reconstruction of human-driven, Earth-shaping dynamics is important for understanding past human/environment interactions and for helping human societies that currently face global changes. However, it is often challenging to distinguish the effects of the climate from human activities on environmental changes. Here we evaluate an approach based on DNA metabarcoding used on lake sediments to provide the first high-resolution reconstruction of plant cover and livestock farming history since the Neolithic Period. By comparing these data with a previous reconstruction of erosive event frequency, we show that the most intense erosion period was caused by deforestation and overgrazing by sheep and cowherds during the Late Iron Age and Roman Period. Tracking plants and domestic mammals using lake sediment DNA (lake sedDNA) is a new, promising method for tracing past human practices, and it provides a new outlook of the effects of anthropogenic factors on landscape-scale changes. Humans have influenced the shaping of the landscape for generations, yet disentangling these influences from those of climate is a challenge. Giguet-Covex et al.take the novel approach of using lake sediment DNA to reconstruct a detailed picture of human land use since the Neolithic Period.

Large lakes of the world are habitats for diverse species, including endemic taxa, and are valuable resources that provide humanity with many ecosystem services. They are also sentinels of global and local change, and recent studies in limnology and paleolimnology have demonstrated disturbing evidence of their collective degradation in terms of depletion of resources (water and food), rapid warming and loss of ice, destruction of habitats and ecosystems, loss of species, and accelerating pollution. Large lakes are particularly exposed to anthropogenic and climatic stressors. The Second Warning to Humanity provides a framework to assess the dangers now threatening the world's large lake ecosystems and to evaluate pathways of sustainable development that are more respectful of their ongoing provision of services. Here we review current and emerging threats to the large lakes of the world, including iconic examples of lake management failures and successes, from which we identify priorities and approaches for future conservation efforts. The review underscores the extent of lake resource degradation, which is a result of cumulative perturbation through time by long-term human impacts combined with other emerging stressors. Decades of degradation of large lakes have resulted in major challenges for restoration and management and a legacy of ecological and economic costs for future generations. Large lakes will require more intense conservation efforts in a warmer, increasingly populated world to achieve sustainable, high-quality waters. This Warning to Humanity is also an opportunity to highlight the value of a long-term lake observatory network to monitor and report on environmental changes in large lake ecosystems.

Abstract. Understanding past and present hydrosystem feedbacks to global ocean–atmospheric interactions represents one of the main challenges to preventing droughts, extreme events, and related human catastrophes in the face of global warming, especially in arid and semiarid environments. In eastern Africa, the El Niño–Southern Oscillation (ENSO) was identified as one of the primary drivers of precipitation variability affecting water availability. However, the northern East African Rift System (EARS) still suffers from the underrepresentation of predictive and ENSO teleconnection models because of the scarcity of local to regional historical or palaeo-data. In this paper, we provide a 50-year seasonal flood and drought chronicle of the Awash River catchment from the study of laminated sediment from Gemeri and Afambo lakes (central Afar region, Ethiopia) with the aim of reconstructing the magnitude of regional hydroclimatic events. Pluricentimetric micro-laminated lithogenic facies alternating with plurimillimetric carbonate-enriched facies are investigated in both lakes. We couple dating methods including radiocarbon, short-lived radionuclides, palaeomagnetic field variations, and varve counting on both lake deposits to build a high-resolution age model and to discuss the regional hydrosedimentary dynamics of the Awash River over the last ∼ 700 years with a focus on the last 50 years. Using a multiproxy approach, we observe that following a multicentennial enhanced hydrological period, the two lakes have experienced a gradual decrease in river load inflow since 1979 CE, attaining extreme drought and high evaporative conditions between 1991 and 1997 CE. In 2014, the construction of a dam and increased agricultural water management in the lower Awash River plain impacted the erodibility of local soils and the hydrosedimentary balance of the lake basins, as evidenced by a disproportionate sediment accumulation rate. Comparison of our quantitative reconstruction with (i) lake water surface evolution, (ii) the interannual Awash River flow rates, and (iii) the El Niño 3.4 model highlights the intermittent connections between ENSO sea surface temperature anomalies, regional droughts, and hydrological conditions in the northern EARS.

Human land use changes have altered soil erosion for millennia with extensive consequences on terrestrial and aquatic ecosystems as well as on biogeochemical cycles along the land-ocean continuum. Despite their great importance, past erosion trends have high uncertainties limiting quantitative estimates of long-term erosion dynamics. Here, we applied a new approach combining well-dated paleo-records of soil erosion from lake sediments and a spatially distributed semi-empirical model to simulate annual soil erosion in six lake watershed systems in the Northwestern Alps during the Holocene. Progressive and abrupt changes in soil erosion are detected in the six watersheds. Progressive erosion explains most of the soil exports observed during the Early to Mid-Holocene period (from 11,700 to 3000 cal. yr. BP), while transient erosion crises (i.e., periods of abrupt increase in the erosion rates spanning approximately 1000 ± 500 years) led to massive soil losses during the Late-Holocene period (from 3000 to 1000 cal. yr. BP). Our coupled approach of proxy-model reconstruction shows that the transient erosion crises represent the half of the total soil erosion exports during the Holocene. These estimates defy current representations of large-scale soil erosion during the Holocene that do not consider transient erosion crises, hence potentially underestimating the anthropogenic perturbation of lateral fluxes and fate along the land-ocean continuum. Our results further suggest that erosion and/or land cover proxies need to be consistently integrated into model approaches when attempting to estimate past variations in mass exports from terrestrial to aquatic ecosystems over centennial to millennial timescales.

Although it is well known that humans substantially altered the Malagasy ecosystems, the timing of the human arrival as well as the extension of their environmental impact is yet not well understood. This research aims to study the influence of early human impact and climate change on rainforests and wildlife in northern Madagascar during the past millennia. Results obtained from the lake sediment in a montane environment showed significant changes in vegetation within the lake catchment associated with a major drought that started approximately 1100 years ago. Human impact, revealed by fires, began at roughly the same time and occurred outside the lake catchment. Although this does not dismiss the impacts that humans had at a regional scale, this result demonstrates that the late Holocene natural drought also significantly impacted the ecosystems independently of anthropogenic activities. At a regional scale, a review of species demographic history revealed a substantial number of population bottlenecks during the last millennia, probably resulting from this combination of human-related impact and natural climate changes. This research highlights the importance of a multi-site and multi-proxy comparison for deciphering the nature and succession of environmental changes.

Abstract Madagascar comprises one of the Earth’s biologically richest, but also one of most endangered, terrestrial ecoregions. Although it is obvious that humans substantially altered its natural ecosystems during the past decades, the timing of arrival of humans on Madagascar as well as their environmental impact is not well resolved. In this context, this research aims to study and compare the influence of early human impact and climate change on rain forests and wildlife in northern Madagascar during the past Millennia. By using palaeoenvironmental reconstructions from lake sediment cores in a montane environment (Montagne d’Ambre), results indicate a major drought, starting approximately 1,100 years ago. This drought caused significant changes in lake levels and vegetation dynamics. Human impact, evidenced by fires, started a few decades later. Anthropogenic burning, limited to the low-altitude areas, was therefore not the driving force behind these early changes observed in the lake catchment areas. Although this does not dismiss the strong impacts humans had subsequently on these ecosystems, this work demonstrates that the late Holocene natural drought that intensified regionally about one thousand years ago, significantly impacted the ecosystems independently and prior to anthropogenic activities. At a regional scale, a review of demographic studies revealed a substantial number of inferred population bottlenecks in various wildlife species during the last millennia, likely resulting from this combination of both human-related impact and natural environmental changes (i.e., precipitation decline). This research highlights that the current state of ecosystems in northern Madagascar results from both human impact and natural climate changes. It also points to the importance of a multi-site and multi-proxy comparison for deciphering the nature and succession of past environmental changes.