Paleoclimate records from the tropical Pacific suggest the early to mid-Holocene was a period of reduced El Niño/Southern Oscillation (ENSO) variability, with a transition to modern, increased ENSO frequency occurring some time in the last few thousand years. However, the nature and timing of this shift remains uncertain due to the discontinuous nature and/or coarse resolution of many ENSO proxies, as well as a lack of agreement between previously published records. A new, continuous, climate record from El Junco Crater Lake in the Galápagos Islands reveals several abrupt changes in lake level and precipitation through the Holocene. Hydroclimatic model simulations suggest that El Junco lake level responds sensitively to increases in precipitation associated with El Niño events, rising during wet El Niño events and falling during the intervening dry periods. Grain size data from El Junco sediment cores indicate past lake level variability, likely associated with changing seasonal precipitation and ENSO frequency. The grain size data suggest increased precipitation intensity prior to 9000±120 cal years BP, and after 4200±130 cal years BP, as well as a two-step increase in precipitation at 3200±160 and 2000±100 cal years BP. Maximum Holocene precipitation and inferred ENSO variability occurred between 2000±100 and 1500±70 cal years BP, during the same period that six other independent proxy records suggest higher ENSO frequency and longer, stronger El Niño events. Decreasing sediment carbon/nitrogen (C/N) ratios in El Junco sediments indicate rising lake levels from the early Holocene to present, corroborating the grain size data. The inferred increase in precipitation at 4200±130 cal years BP and at 2000±100 cal years BP coincides with decreasing Southwest Asian and East Asian Monsoon intensity, suggesting tropical Pacific climate and the Asian monsoon were interconnected systems at centennial to millennial timescales during the Holocene. A weakening trend in the Asian monsoon and the trend toward wetter conditions at El Junco also coincide with a trend toward cooler and drier conditions inferred from Cariaco Basin sediment proxies from the mid-Holocene to present, suggesting the migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) likely influenced hydrological changes in both the eastern tropical Pacific and the Asian Monsoon region during the Holocene.

The environmental backdrop to the evolution and spread of early Homo sapiens in East Africa is known mainly from isolated outcrops and distant marine sediment cores. Here we present results from new scientific drill cores from Lake Malawi, the first long and continuous, high-fidelity records of tropical climate change from the continent itself. Our record shows periods of severe aridity between 135 and 75 thousand years (kyr) ago, when the lake's water volume was reduced by at least 95%. Surprisingly, these intervals of pronounced tropical African aridity in the early late-Pleistocene were much more severe than the Last Glacial Maximum (LGM), the period previously recognized as one of the most arid of the Quaternary. From these cores and from records from Lakes Tanganyika (East Africa) and Bosumtwi (West Africa), we document a major rise in water levels and a shift to more humid conditions over much of tropical Africa after ≈70 kyr ago. This transition to wetter, more stable conditions coincides with diminished orbital eccentricity, and a reduction in precession-dominated climatic extremes. The observed climate mode switch to decreased environmental variability is consistent with terrestrial and marine records from in and around tropical Africa, but our records provide evidence for dramatically wetter conditions after 70 kyr ago. Such climate change may have stimulated the expansion and migrations of early modern human populations.

Although persistent drought in West Africa is well documented from the instrumental record and has been primarily attributed to changing Atlantic sea surface temperatures, little is known about the length, severity, and origin of drought before the 20th century. We combined geomorphic, isotopic, and geochemical evidence from the sediments of Lake Bosumtwi, Ghana, to reconstruct natural variability in the African monsoon over the past three millennia. We find that intervals of severe drought lasting for periods ranging from decades to centuries are characteristic of the monsoon and are linked to natural variations in Atlantic temperatures. Thus the severe drought of recent decades is not anomalous in the context of the past three millennia, indicating that the monsoon is capable of longer and more severe future droughts.