The Palaeocene-Eocene boundary is one of the periods which have received global attention from researchers, primarily because of its elevated temperatures. There was a significant change of biota and climate over this time, and the challenge is to recognise the primary cause, and understand how this was translated into affect around the world. Much of what is known about the on-land effects of this period is from Northern Hemisphere data. This paper looks at a sequence of mainly fluvial sediments in New Zealand that were probably deposited across the Palaeocene-Eocene boundary. The primary goal was to look for fragments of leaf cuticle, but to put these into a context of changing pollen and spore composition.

The study found rather low diversity of leaf cuticle, and an analysis of leaf impressions suggests relatively low, or modest temperatures. Of particular interest is the finding that fire seems to have been an important and consistent feature of the ecology – both before and after the boundary. In the absence of humans, fire would not be particularly important in New Zealand today. This high-lights a very different ecology in New Zealand at the time, and one that has important implications for developing global climate models.

Resumen en Español

ECOLOGÍA DE LA VEGETACIÓN DEL PALEOCENO-EOCENO DE KAKAHU, SUR DE CANTERBURY, NUEVA ZELANDA

Mike Pole

Se estudia una secuencia con restos de plantas fósiles, de edad probable Paleoceno superior a Eoceno inferior (Zonas palinológicas PM3-MH1), localizada en Kakahu, sur de la región de Canterbury, Nueva Zelanda. A los restos de hojas fósiles procedentes de esta localidad, que fueron previamente asignados al Paleoceno, les atribuimos una edad Paleoceno terminal, muy cercana probablemente al límite Paleoceno-Eoceno. Los datos palinológicos indican que hubo un importante cambio en la vegetación a lo largo de la secuencia de Kakahu, pasando de una flora dominada por coníferas a otra dominada por angiospermas (probablemente Casuarinaceae), de modo similar a lo que ocurre en otras partes de Nueva Zelanda. Se identifica una “interzona” palinológica entre las dos asociaciones extremas, que podría corresponder al rápido cambio climático y de vegetación que tuvo lugar hacia el límite Paleoceno-Eoceno. Las hojas fósiles muestran una baja diversidad, pero incluyen restos localmente abundantes de coníferas (Podocarpaceae), Gnetaceae, al menos cuatro especies de Lauraceae y posiblemente una de Aquifoliaceae. Una conclusión importante, basada en la presencia generalizada de carbón a lo largo de la secuencia, es que tuvo que haber frecuentes incendios en ese intervalo temporal. Esto se debió probablemente a las condiciones climáticas reinantes, pero también podrían estar implicadas las características de la vegetación, controladas por el tipo de suelo. Esta observación coincide con los estudios llevados a cabo en el hemisferio norte, que también registran importantes cantidades de carbón alrededor del límite Paleoceno-Eoceno. A partir de las proporciones relativas entre los distintos tipos de márgenes de hojas, basadas en las observaciones llevadas a cabo en los bosques húmedos de Australia, la temperatura media anual para dos asociaciones publicadas previamente sería bastante fría (entre 4 y 8ºC), aunque el tamaño de las hojas sugiere condiciones más cálidas (probablemente entre 12 y 20ºC).

PALABRAS CLAVE: cutícula, paleoclima, paleoecología, Paleoceno, Eoceno, Nueva Zelanda.

Traducción: Miguel Company.

Résumé en Français

Ecologie de la végétation Paléocène-Eocène de Kakahu, Sud de Canterbury, Nouvelle-Zélande.

Mike Pole

La séquence à plantes fossiles de Kakahu, sud de Canterbury, Nouvelle-Zélande, s’étend probablement du Paléocène supérieur jusqu'à l’Eocène inférieur (Zones palynologiques PM3-MH1). Les macrofossiles de feuilles déjà publiés de cette localité et supposés comme Paléocènes, sont ici considérés comme fin Paléocène et sont probablement très proches de la limite Paléocène-Eocène. La palynologie indique un changement majeur de végétation le long de la séquence de Kakahu allant d’une domination en Conifères à une domination en angiospermes (peut-être Casuarinaceae), ce qui est similaire à ce qui peut-être observé ailleurs en Nouvelle-Zélande. Dans cette étude, une « interzone » palynologique est identifiée, séparent les deux extrêmes. Elle pourrait correspondre à un changement rapide du climat/végétation couvrant la limite Paléocène-Eocène. Les cuticules de feuilles fossiles sont faiblement diversifiées, mais incluent localement des conifères Podocarpaceae communs, des Gnetaceae, et au moins quatre espèces de Lauraceae, et peut-être un Aquifoliaceae. Une conclusion importante sur la base de la présence de charbons ubiquistes est que des incendies significatifs ont affecté le paysage durant cette séquence. Cela reflète probablement les conditions climatiques, mais le caractère de la végétation, tel que contrôlé par la composition du sol, peut également être responsable. Ces observations sont consistantes avec les études effectuées dans l’hémisphère nord où une quantité significative de charbon est également trouvée autour de la limite Paléocène-Eocène. Sur la base du contour des feuilles comparées aux forets australiennes, l’estimation de température moyenne annuelle de deux assemblages précédemment publiés est notablement froide – autour de 4-8 °C – alors que la taille des feuilles, quant à elle, suggère des conditions plus chaudes, peut-être autour de 12-20 °C.

Mots clés: cuticule, paléoclimat, paléoécologie, Paléocène, Eocène, Nouvelle-Zélande

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

Ökologie der Vegetation im Paläozän/Eozän in Kakahu, South Canterbury, Neuseeland

Mike Pole

Die pflanzenfossilreiche Sequenz im Gebiet Kakahu, im südlichen Canterbury von Neuseeland, umfasst höchstwahrscheinlich Schichten aus dem späten Paläozän bis frühen Eozän (palynologische Zonen PM3-MH1). Blatt-Makrofossilien dieser Lokalität, die in bisherigen Veröffentlichungen als paläozän beschrieben wurden, werden hier als spätestes Paläozän angesehen – sie stammen sehr wahrscheinlich aus Schichten nahe der Paläozän/Eozän-Grenze. Die palynologischen Befunde weisen darauf hin, dass im Verlauf der Kakahu-Sequenz ähnlich wie in anderen Teilen Neuseelands ein großer Vegetationsumbruch stattfand, bei dem die konifere von einer angiospermen (wahrscheinlich Casuarinaceae) Dominanz abgelöst wurde. In dieser Studie wird eine palynologische „Zwischenzone“ aufgezeigt, die diese zwei Extreme separiert. Eine Korrelierbarkeit mit dem rapiden Vegetations- und Klimawechsel der Paläozän/Eozän-Grenze könnte möglich sein.

In den Kutikeln der fossilen Blätter gibt es wenig Abwechslung. Allerdings zeigen sie das Vorkommen lokal verbreiteter Podocarpacea-Koniferen, Gnetaceäen und mindestens vier verschiedene Arten von Lauraceäen, ebenso wie möglicherweise eine Aquifoliacea. Anhand häufig auftretender Holzkohlefunde gelingt der wichtige Nachweis, dass es während der Ablagerungen immer wieder zu Flächenbränden gekommen ist. Dies spiegelt wahrscheinlich die klimatischen Bedingungen wieder und lässt Rückschlüsse auf den Charakter der Vegetation zu, welche wiederum durch die Bedingungen des Bodens kontrolliert wurde. Parallelen finden sich in der nördlichen Hemisphäre, wo sich entlang der Paläozän/Eozän-Grenze ausgedehnte Kohleablagerungen finden.

Blattrand-Beziehungs-Analysen zweier früher publizierter Vergesellschaftungen, basierend auf australischen Regenwäldern, zeigen bemerkenswert kühle jährliche Durchschnittstemperaturen (um 4-8°C). Dagegen weist die Größe der Blätter auf wärmere Bedingungen hin, bei denen das Mittel um 12-20°C liegt.

Schlüsselwörter: Kutikula, Paläoklima, Paläoökologie, Paläozän, Eozän, Neuseeland

Translator: Anke Konietzka

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

Ekologia paleoceńsko-eoceńskiej roślinności Kakahu, południowe Canterbury, Nowa Zelandia

Mike Pole

Zawierająca skamieniałości roślinne sekwencja Kakahu, południowe Canterbury, Nowa Zelandia, prawdopodobnie kontynuuje się od paleocenu do wczesnego eocenu (zony palinologiczne PM3-MH1). Makroskamieniałości liści, które zostały uprzednio opisane z tego stanowiska jako paleoceńskie, są tu uznawane za pochodzące z najpóźniejszego paleocenu, bardzo blisko granicy paleocen - eocen. Palinologia wskazuje, że miała miejsce duża zmiana w roślinności w obrębie sekwencji Kakahu od zdominowanej przez iglaste do zdominowanej przez okrytonasienne (najprawdopodobniej Casuarinaceae), jak to ma miejsce wszędzie indziej na Nowej Zelandii. W niniejszym badaniu identyfikujemy palinologiczną śród-zonę między tymi dwoma ekstremami. Może ona odpowiadać gwałtownej zmianie roślinności i klimatu na granicy paleocen - eocen. Skamieniałe kutikule liści cechuje niska różnorodność, ale rozróżnialne są lokalnie pospolite iglaste Podocarpaceae, Gnetaceae, przynajmniej cztery gatunki Lauraceae i prawdopodobny przedstawiciel Aquifoliaceae. Ważną konkluzją opartą na wszechobecności węgla drzewnego jest fakt, iż w czasie odkładania warstw miały miejsce całkowite wypalanie obszaru. To zapewne odzwierciedla warunki klimatyczne, ale też i charakter roślinności kontrolowany przez warunki glebowe może tu zostać zinterpretowany. Jest to zgodne z badaniami na półkuli północnej, które też wskazują na znaczne ilości węgla drzewnego na granicy paleocen - eocen. Używając podobieństwa brzegów liści w porównaniu do australijskich lasów deszczowych, średnia temperatura roczna dla dwóch uprzednio opublikowanych zbiorowisk jest zaskakująco chłodna - około 4-8 °C; chociaż rozmiar liści sugeruje cieplejsze warunki, być może w okolicach 12-20 °C.

Słowa kluczowe: kutikula, paleoklimat, paleoekologia, paleocen, eocen, Nowa Zelandia

Translators: Dawid Mazurek and Robert Bronowicz

Riassunto in Italiano

ECOLOGIA DELLA VEGETAZIONE PALEOCENICO-EOCENICA DI KAKAHU (SOUTH CANTERBURY, NUOVA ZELANDA)

Mike Pole

E’ stata studiata una sequenza con piante fossili presso Kakahu (south Canterbury, Nuova Zelanda), che probabilmente copre l’intervallo Paleocene superiore – Eocene (zone palinologiche PM3-MH1). Macrofossili di foglie provenienti da questa località, in pubblicazioni precedenti riferiti al Paleocene, sono in questo lavoro datati al Paleocene terminale, molto probabilmente in prossimità del limite Paleocene-Eocene. Dati palinologici evidenziano un netto cambio vegetazionale lungo la sequenza: da una predominanza di conifere si passa ad una predominanza di angiosperme (probabilmente Casuarinaceae), un fenomeno che è comune in tutta la Nuova Zelanda. In questo studio viene definita una “interzona” palinologica che separa tali estremi, che potrebbe corrispondere ad un rapido cambio vegetazionale-climatico in corrispondenza del passaggio Paleocene-Eocene. La cuticola delle foglie fossili mostra una bassa diversità, ma include specie localmente comuni come conifere Podocarpaceae, Gnetaceae, almeno quattro specie di Lauraceae, e probabilmente Aquifoliaceae. La presenza di carbone lungo tutta la sequenza è un elemento molto importante poichè testimonia il succedersi di grandi incendi. E’ probabile che ciò sia legato alle condizioni climatiche, ma potrebbe essere in relazione anche con le caratteristiche della vegetazione e del suolo. Tali evidenze sono congruenti con studi effettuati nell’emisfero Nord, in cui è stata evidenziata la presenza di notevoli quantità di carbone al passaggio Paleocene-Eocene. Lo studio dei margini fogliari, con referenza alla foresta pluviale australiana, indica che la temperatura media annua risultante da due associazioni precedentemente pubblicate è notevolmente fresca (circa4-8 °C), anche se la taglia delle foglie suggerisce condizioni più temperate, verosimilmente intorno ai 12-20 °C.

Parole Chiave: cuticola, paleoclima, paleoecologia, Paleocene, Eocene, Nuova Zelanda

Translator: Chiara Angelone