On the microstructure, growth pattern and original porosity of belemnite rostra: insights from calcitic Jurassic belemnites

Abstract

[EN] Calcitic belemnite rostra are usually employed to perform paleoenvironmental studies based on geochemical data. However, several questions, such as their original porosity and microstructure, remain open, despite they are essential to make accurate interpretations based on geochemical analyses. This paper revisits and enlightens some of these questions. Petrographic data demonstrate that calcite crystals of the rostrum solidum of belemnites grow from spherulites that successively develop along the apical line, resulting in a “regular spherulithic prismatic” microstructure. Radially arranged calcite crystals emerge and diverge from the spherulites: towards the apex, crystals grow until a new spherulite is formed; towards the external walls of the rostrum, the crystals become progressively bigger and prismatic. Adjacent crystals slightly vary in their c-axis orientation, resulting in undulose extinction. Concentric growth layering develops at different scales and is superimposed and traversed by a radial pattern, which results in the micro-fibrous texture that is observed in the calcite crystals in the rostra. Petrographic data demonstrate that single calcite crystals in the rostra have a composite nature, which strongly suggests that the belemnite rostra were originally porous. Single crystals consistently comprise two distinct zones or sectors in optical continuity: 1) the inner zone is fluorescent, has relatively low optical relief under transmitted light (TL) microscopy, a dark-grey color under backscatter electron microscopy (BSEM), a commonly triangular shape, a “patchy” appearance and relatively high Mg and Na contents; 2) the outer sector is non-fluorescent, has relatively high optical relief under TL, a light-grey color under BSEM and low Mg and Na contents. The inner and fluorescent sectors are interpreted to have formed first as a product of biologically controlled mineralization during belemnite skeletal growth and the non-fluorescent outer sectors as overgrowths of the former, filling the intra- and inter-crystalline porosity. This question has important implications for making paleoenvironmental and/or paleoclimatic interpretations based on geochemical analyses of belemnite rostra. Finally, the petrographic features of composite calcite crystals in the rostra also suggest the non-classical crystallization of belemnite rostra, as previously suggested by other authors.

[ES] Los análisis geoquímicos obtenidos en rostros de los belemnites se utilizan habitualmente para llevar a cabo estudios paleoambientales. Sin embargo, hay cuestiones esenciales, como la porosidad y la microestructura original de los belemnites, que están todavía en discusión y que hay que tener en cuenta si se quieren realizar interpretaciones geoquímicas adecuadas. Los datos petrográficos obtenidos en este trabajo demuestran que los cristales de calcita del rostrum solidum de los belemnites crecen a partir de esferulitos que sucesivamente se desarrollan a lo largo de la línea apical, dando lugar a una microestructura “esferulítica prismática regular”. Los cristales de calcita surgen y divergen radialmente desde los esferulitos: hacia el apex, hasta que se forma un nuevo esferulito y hacia los bordes externos del rostro donde los cristales se van haciendo progresivamente mayores y prismáticos. La ligera variación de la orientación del eje-c de los cristales adyacentes explica la extinción ondulante. Al patrón radial, que da lugar a la textura micro-fibrosa de southlos cristales de calcita del rostro, se le superpone un bandeado de crecimiento concéntrico. Los datos petrográficos también indican que los rostros de los belemnites eran originalmente porosos como lo demuestra la naturaleza compuesta de los cristales de calcita que están formados sistemáticamente por dos zonas distintas que están en continuidad óptica: 1) la zona interna es fluorescente, tiene relieve óptico bajo, en microscopia de luz transmitida (TL), color gris oscuro en microscopia electrónica con electrones retrodispersados (BSEM), morfología triangular y contenidos en Mg y Na relativamente altos; 2) la zona exterior no es fluorescente, tiene relieve óptico alto (TL), color gris claro (BSEM), y contenidos en Mg y Na relativamente bajos. La zona fluorescente interior se formó primero, durante el crecimiento de los belemnites y la zona no fluorescente precipitó como un cemento rellenando la porosidad intra- e intercristalina. Las características petrográficas de los cristales de calcita también sugieren que la cristalización no clásica del esqueleto de los belemnites, como han sugerido algunos autores previamente.