En 1669, Niels Stensen (1638-1686), mieux connu alors et maintenant sous son nom latinisé Nicolaus Steno, a formulé un quelques règles de base qui l'ont aidé à donner un sens aux roches de la Toscane et aux divers objets qu'ils contiennent. Son court travail préliminaire, De Solido Intra Solidum Naturaliter Contento - Dissertationis Prodromus (Rapport provisoire sur les corps solides naturellement intégrés dans d'autres solides), comprenait plusieurs propositions qui sont depuis devenues fondamentales pour les géologues qui étudient toutes sortes de roches. Trois d'entre eux sont connus sous le nom de principes de Steno, et une quatrième observation, sur les cristaux, est connue sous le nom de loi de Steno. Les citations données ici proviennent du Traduction anglaise de 1916.
"Au moment où une strate donnée se formait, toute la matière sur laquelle elle reposait était fluide et, par conséquent, au moment où la strate inférieure se formait, aucune des strates supérieures n'existait."
Aujourd'hui, nous limitons ce principe aux roches sédimentaires, qui étaient comprises différemment à l'époque de Steno. Fondamentalement, il a déduit que les roches étaient déposées dans l'ordre vertical, tout comme les sédiments sont déposés aujourd'hui, sous l'eau, avec du neuf au-dessus de l'ancien. Ce principe nous permet de reconstituer la succession de vie fossile qui définit
une grande partie de l'échelle de temps géologique."... les strates, soit perpendiculaires à l'horizon, soit inclinées vers celui-ci, étaient en même temps parallèles à l'horizon."
Steno a estimé que les roches fortement inclinées n'ont pas commencé de cette façon, mais ont été affectées par des événements ultérieurs - soit des bouleversements par des perturbations volcaniques, soit l'effondrement d'en dessous par des effondrements. Aujourd'hui, nous savons que certaines strates commencent inclinées, mais ce principe nous permet néanmoins de détecter facilement des degrés d'inclinaison artificiels et de déduire qu'elles ont été perturbées depuis leur formation. Et nous connaissons de nombreuses autres causes, de la tectonique aux intrusions, qui peuvent incliner et plier les roches.
Ce principe est essentiel pour étudier toutes sortes de roches, pas seulement les roches sédimentaires. Avec lui, nous pouvons démêler des séquences complexes d'événements géologiques tels que fautif, pliage, déformation et mise en place de digues et les veines.
Les autres principes sont souvent appelés lois de Steno, mais celui-ci est seul à la base de la cristallographie. Il explique exactement de quoi il s'agit cristaux minéraux qui les rendent distincts et identifiables même lorsque leurs formes globales peuvent différer - les angles entre leurs visages. Cela a donné à Steno un moyen géométrique fiable de distinguer les minéraux les uns des autres ainsi que des clastes de roche, des fossiles et d'autres "solides incrustés dans les solides".
Steno n'a pas appelé sa loi et ses principes en tant que tels. Ses propres idées sur ce qui était important étaient assez différentes, mais je pense qu'elles valent encore la peine d'être prises en considération. Il a avancé trois propositions, la première étant la suivante:
"Si un corps solide est enfermé de tous les côtés par un autre corps solide, des deux corps celui-là en premier est devenu dur qui, au contact mutuel, exprime sur sa propre surface les propriétés de l'autre surface."
(Cela peut être plus clair si nous remplaçons «exprime» par «impressionne» et passons de «propre» par «autre».) Bien que les principes «officiels» se rapportent à couches de roche et leurs formes et orientations, les propres principes de Steno étaient strictement sur les «solides dans les solides». Laquelle des deux choses est venue premier? Celui qui n'était pas limité par l'autre. Ainsi, il pourrait affirmer en toute confiance que fossile des obus existaient avant le rocher qui les entourait. Et nous, par exemple, pouvons voir que les pierres d'un conglomérat sont plus anciennes que la matrice qui les renferme.
"Si une substance solide ressemble de toute autre manière à une autre substance solide, non seulement en ce qui concerne les conditions de surface, mais également en ce qui concerne la disposition intérieure des parties et des particules, il en sera de même en ce qui concerne la manière et le lieu de production... "
Aujourd'hui, nous pourrions dire: «Si ça marche comme un canard et caquille comme un canard, c'est un canard». À l'époque de Steno, un argument de longue date était centré sur dents de requin fossile, connu comme glossopetrae: étaient-ils des excroissances qui ont surgi à l'intérieur de roches, des restes de choses autrefois vivantes, ou simplement des choses étranges mises là par Dieu pour nous défier? La réponse de Steno était simple.
"Si un corps solide a été produit selon les lois de la nature, il a été produit à partir d'un fluide."
Steno parlait très généralement ici, et il a ensuite discuté de la croissance des animaux et des plantes ainsi que des minéraux, en s'appuyant sur sa profonde connaissance de l'anatomie. Mais dans le cas des minéraux, il pourrait affirmer que les cristaux s'accumulent de l'extérieur plutôt que de se développer de l'intérieur. Il s'agit d'une observation profonde qui a des applications en cours pour roches ignées et métamorphiques, pas seulement les roches sédimentaires de la Toscane.