Nel 1669, Niels Stensen (1638-1686), meglio conosciuto allora e ora con il suo nome latinizzato Nicolaus Steno, formulò un poche regole di base che lo hanno aiutato a dare un senso alle rocce della Toscana e ai vari oggetti in esse contenuti. Il suo breve lavoro preliminare, De Solido Intra Solidum Naturaliter Contento - Dissertationis Prodromus (Rapporto provvisorio sui corpi solidi naturalmente incorporati in altri solidi), includeva diverse proposizioni che da allora sono diventate fondamentali per i geologi che studiano tutti i tipi di rocce. Tre di questi sono noti come i principi di Steno e una quarta osservazione, sui cristalli, è nota come Legge di Steno. Le citazioni fornite qui provengono dal Traduzione inglese del 1916.
"All'epoca in cui si stava formando un dato strato, tutta la materia che vi si basava era fluida e, quindi, nel momento in cui si stava formando lo strato inferiore, non esisteva nessuno degli strati superiori."
Oggi limitiamo questo principio alle rocce sedimentarie, che erano comprese in modo diverso ai tempi di Steno. Fondamentalmente, ha dedotto che le rocce sono state disposte in ordine verticale proprio come i sedimenti sono depositati oggi, sott'acqua, con nuovi sopra vecchi. Questo principio ci consente di mettere insieme la successione della vita fossile che definisce
gran parte della scala temporale geologica."... gli strati o perpendicolari all'orizzonte o inclinati ad esso, erano contemporaneamente paralleli all'orizzonte."
Steno pensò che le rocce fortemente inclinate non iniziarono in quel modo, ma furono colpite da eventi successivi - o sconvolgimento da disturbi vulcanici o crollo da sotto da grotte. Oggi sappiamo che alcuni strati iniziano inclinati, ma tuttavia questo principio ci consente di rilevare facilmente gradi di inclinazione innaturali e dedurre che sono stati disturbati dalla loro formazione. E conosciamo molte altre cause, dalla tettonica alle intrusioni, che possono inclinare e piegare le rocce.
Questo principio è essenziale nello studio di tutti i tipi di rocce, non solo di quelli sedimentari. Con esso possiamo districare sequenze intricate di eventi geologici come fagliazione, piegatura, deformazione e collocazione di dighe e vene.
Gli altri principi sono spesso chiamati Leggi di Steno, ma questo è solo alla base della cristallografia. Spiega di cosa si tratta cristalli minerali che li rendono distinti e identificabili anche quando le loro forme complessive possono differire: gli angoli tra le loro facce. Ha fornito a Steno un mezzo affidabile e geometrico per distinguere i minerali l'uno dall'altro, nonché da clasti rocciosi, fossili e altri "solidi incorporati nei solidi".
Steno non ha definito la sua Legge e i suoi Principi in quanto tali. Le sue idee su ciò che era importante erano piuttosto diverse, ma penso che valga la pena prendere in considerazione. Ha avanzato tre proposizioni, la prima è questa:
"Se un corpo solido è racchiuso su tutti i lati da un altro corpo solido, quello dei due corpi uno per primo divenne duro che, nel reciproco contatto, esprime sulla propria superficie le proprietà dell'altro superficie."
(Questo può essere più chiaro se cambiamo "express" in "impression" e cambiamo "proprio" con "altro".) Mentre i principi "ufficiali" riguardano strati di roccia e le loro forme e orientamenti, i principi di Steno riguardavano rigorosamente i "solidi all'interno dei solidi". Quale delle due cose è venuto primo? L'uno che non era limitato dall'altro. Così potrebbe affermarlo con sicurezza fossile le conchiglie esistevano prima della roccia che le racchiudeva. E ad esempio, possiamo vedere che le pietre in un conglomerato sono più vecchie della matrice che le racchiude.
"Se una sostanza solida è in ogni altro modo simile a un'altra sostanza solida, non solo per quanto riguarda le condizioni della superficie, ma anche per quanto riguarda la disposizione interna di parti e particelle, sarà anche simile per quanto riguarda il modo e il luogo di produzione... "
Oggi potremmo dire: "Se cammina come un'anatra e ciondola come un'anatra, è un'anatra". Ai giorni di Steno si concentrava una lunga discussione denti di squalo fossile, conosciuto come glossopetrae: erano escrescenze sorte all'interno di rocce, resti di esseri viventi o cose strane messe da Dio per sfidarci? La risposta di Steno fu semplice.
"Se un corpo solido è stato prodotto secondo le leggi della natura, è stato prodotto da un fluido".
Steno parlava molto in generale qui, e ha continuato a discutere della crescita di animali, piante e minerali, attingendo alla sua profonda conoscenza dell'anatomia. Ma nel caso dei minerali, potrebbe affermare che i cristalli si accumulano dall'esterno piuttosto che crescere dall'interno. Questa è un'osservazione profonda che ha applicazioni continue per rocce ignee e metamorfiche, non solo le rocce sedimentarie della Toscana.