This article reviews key data and debates focused on relative sea-level changes since the Last Interglacial (approximately the last 132,000 years) in the Mediterranean Basin, and their implications for past human populations. Geological and geomorphological landscape studies are critical to archaeology. Coastal regions provide a wide range of resources to the populations that inhabit them. Coastal landscapes are increasingly the focus of scholarly discussions from the earliest exploitation of littoral resources and early hominin cognition, to the inundation of the earliest permanently settled fishing villages and eventually, formative centres of urbanisation. In the Mediterranean, these would become hubs of maritime transportation that gave rise to the roots of modern seaborne trade. As such, this article represents an original review of both the geo-scientific and archaeological data that specifically relate to sea-level changes and resulting impacts on both physical and cultural landscapes from the Palaeolithic until the emergence of the Classical periods. Our review highlights that the interdisciplinary links between coastal archaeology, geomorphology and sea-level changes are important to explain environmental impacts on coastal human societies and human migration. We review geological indicators of sea level and outline how archaeological features are commonly used as proxies for measuring past sea levels, both gradual changes and catastrophic events. We argue that coastal archaeologists should, as a part of their analyses, incorporate important sea-level concepts, such as indicative meaning. The interpretation of the indicative meaning of Roman fishtanks, for example, plays a critical role in reconstructions of late Holocene Mediterranean sea levels. We identify avenues for future work, which include the consideration of glacial isostatic adjustment (GIA) in addition to coastal tectonics to explain vertical movements of coastlines, more research on Palaeolithic island colonisation, broadening of Palaeolithic studies to include materials from the entire coastal landscape and not just coastal resources, a focus on rescue of archaeological sites under threat by coastal change, and expansion of underwater archaeological explorations in combination with submarine geomorphology. This article presents a collaborative synthesis of data, some of which have been collected and analysed by the authors, as the MEDFLOOD (MEDiterranean sea-level change and projection for future FLOODing) community, and highlights key sites, data, concepts and ongoing debates.

Abstract The evolution of past global ice sheets is highly uncertain. One example is the missing ice problem during the Last Glacial Maximum (LGM, 26 000-19 000 years before present) – an apparent 8-28 m discrepancy between far-field sea level indicators and modelled sea level from ice sheet reconstructions. In the absence of ice sheet reconstructions, researchers often use marine δ 18 O proxy records to infer ice volume prior to the LGM. We present a global ice sheet reconstruction for the past 80 000 years, called PaleoMIST 1.0, constructed independently of far-field sea level and δ 18 O proxy records. Our reconstruction is compatible with LGM far-field sea-level records without requiring extra ice volume, thus solving the missing ice problem. However, for Marine Isotope Stage 3 (57 000-29 000 years before present) - a pre-LGM period - our reconstruction does not match proxy-based sea level reconstructions, indicating the relationship between marine δ 18 O and sea level may be more complex than assumed.

Coral reefs are diverse ecosystems that support millions of people worldwide by providing coastal protection from waves. Climate change and human impacts are leading to degraded coral reefs and to rising sea levels, posing concerns for the protection of tropical coastal regions in the near future. We use a wave dissipation model calibrated with empirical wave data to calculate the future increase of back-reef wave height. We show that, in the near future, the structural complexity of coral reefs is more important than sea-level rise in determining the coastal protection provided by coral reefs from average waves. We also show that a significant increase in average wave heights could occur at present sea level if there is sustained degradation of benthic structural complexity. Our results highlight that maintaining the structural complexity of coral reefs is key to ensure coastal protection on tropical coastlines in the future.

Anthropogenic carbon dioxide (CO 2 ) emissions are the main driver of climate change, with global warming increasing almost linearly with cumulative CO 2 emissions. Hence, future warming will primarily result from future emissions of CO 2 with contributions from other greenhouse gases (mostly CH 4 and N 2 O) and aerosols. Climate projections of the 21st century, such as those assessed by the IPCC, are provided from comprehensive climate models, also called Earth System models, driven by scenarios of the 21st century evolution of emissions from those climate forcers. While it seems now inevitable that the world will reach 1.5°C of warming above pre-industrial levels by the early 2030s, the extent to which we exceed this warming level and how quickly we may be able to reduce temperatures again depends strongly on global activity taken now to limit emissions. In this paper, we review the current understanding on Earth system changes under two highly contrasted possible future worlds. We first focus on high-end scenarios, where anthropogenic emissions continue to increase over the course of the 21st century, leading to large warming levels, associated impacts on all components of the Earth System, and increased risks of triggering tipping points. We then assess low-end scenarios, where anthropogenic emissions rapidly decline, reaching net zero and potentially becoming net negative before the end of the 21st century. Such “overshoot” scenarios lead to a peak in global warming followed by a slow decline in global temperature, with some degree of reversibility in the global carbon cycle and key Earth system components. We also review paleoclimatic information relevant to these two contrasting future worlds. Paleoclimate evidence for geo-biosphere interactions shows that stabilizing feedbacks operate on millennial or longer timescales, whereas destabilizing feedbacks and tipping cascades occurred also on shorter timescales.

Mapping shallow-water bathymetry and morphology represents a technical challenge. In fact, acoustic surveys are limited by water depths reachable by boat, and airborne surveys have high costs. Photogrammetric approaches (either via drone or from the sea surface) have opened up the possibility to perform shallow-water surveys easily and at accessible costs. This work presents a simple, low-cost, and highly portable platform that allows gathering sequential photos and echosounder depth values of shallow-water sites (up to 5 m depth). The photos are then analysed in conjunction with photogrammetric techniques to obtain digital bathymetric models and orthomosaics of the seafloor. The workflow was tested on four repeated surveys of the same area in the Western Mediterranean and allowed obtaining digital bathymetric models with centimetric average accuracy and precision and root mean square errors within a few decimetres. The platform presented in this work can be employed to obtain first-order bathymetric products, enabling the contextual establishment of the depth accuracy of the final products.

Abstract. Global mean sea level during the mid-Pliocene epoch (∼3 Ma), when CO2 and temperatures were above present levels, was notably higher than today due to reduced global ice sheet coverage. Nevertheless, the extent to which ice sheets responded to Pliocene warmth remains in question owing to high levels of uncertainty in proxy-based sea level reconstructions as well as solid Earth dynamic models that have been used to evaluate a limited number of data constraints. Here, we present a global dataset of 10 wave-cut scarps that formed by successive Pliocene sea level oscillations and which are observed today at elevations ranging from ∼6 to 109 m above sea level. The present-day elevations of these features have been identified using a combination of high-resolution digital elevation models and field mapping. Using the MATLAB interface TerraceM, we extrapolate the cliff and platform surfaces to determine the elevation of the scarp toe, which in most settings is buried under meters of talus. We correct the scarp-toe elevations for glacial isostatic adjustment and find that this process alone cannot explain observed differences in Pliocene paleo-shoreline elevations around the globe. We next determine the signal associated with mantle dynamic topography by back-advecting the present-day three-dimensional buoyancy structure of the mantle and calculating the difference in radial surface stresses over the last 3 Myr using the convection code ASPECT. We include a wide range of present-day mantle structures (buoyancy and viscosity) constrained by seismic tomography models, geodynamic observations, and rock mechanics laboratory experiments. Finally, we identify preferred dynamic topography change predictions based on their agreement with scarp elevations and use our most confident result to estimate a Pliocene global mean sea level based on one scarp from De Hoop, South Africa. This inference (11.6 ± 5.2 m) is a downward revision and may imply that ice sheets were relatively resistant to warm Pliocene climate conditions. We also conclude, however, that more targeted model development is needed to more reliably infer mid-Pliocene global mean sea level based on all scarps mapped in this study.