År 1669 formulerade Niels Stensen (1638-1686), bättre känd då och nu med hans latiniserade namn Nicolaus Steno, en några grundläggande regler som hjälpte honom att känna till klipporna i Toscana och de olika föremål som finns i dem. Hans korta preliminära arbete, De Solido Intra Solidum Naturaliter Contento - Dissertationis Prodromus (Provisorisk rapport om fasta kroppar som naturligt är inbäddade i andra fasta ämnen) inkluderade flera förslag som sedan har blivit grundläggande för geologer som studerar alla slags bergarter. Tre av dessa är kända som Stenos principer, och en fjärde observation, på kristaller, är känd som Stenos lag. De citat som anges här är från Engelsk översättning av 1916.
"Vid den tidpunkt då ett visst skikt bildades, var allt det som vilade på det flytande, och därför vid det tidpunkt då det nedre skiktet bildades, fanns ingen av de övre skikten."
Idag begränsar vi denna princip till sedimentära bergarter, som förstås annorlunda under Stenos tid. I grund och botten drar han av att stenar läggs ned i vertikal ordning precis som sediment läggs ned idag, under vatten, med nytt ovanpå gammalt. Denna princip gör det möjligt för oss att dela ihop successionen av fossil liv som definierar
mycket av den geologiska tidsskalan."... lager antingen vinkelrätt mot horisonten eller lutade till den var på en gång parallella med horisonten."
Steno resonerade att starkt lutade stenar inte började på det sättet utan påverkades av senare händelser - antingen omvälvning av vulkaniska störningar eller kollapsar underifrån av grottinspelningar. Idag vet vi att en del skikt börjar lutas, men ändå med denna princip kan vi lätt upptäcka onaturliga lutningsgrader och dra slutsatsen att de har störts sedan deras bildning. Och vi känner till många fler orsaker, från tektonik till intrång, som kan luta och vika stenar.
Denna princip är avgörande för att studera alla typer av stenar, inte bara sedimentära. Med det kan vi ta bort intrikata sekvenser av geologiska händelser som förkastningar, vikning, deformation och placering av vallar och vener.
De andra principerna kallas ofta Stenos lagar, men denna står ensam vid grunden för kristallografi. Det förklarar precis vad det handlar om mineralkristaller som gör dem distinkta och identifierbara även om deras övergripande former kan skilja sig åt - vinklarna mellan deras ansikten. Det gav Steno ett pålitligt, geometriskt sätt att särskilja mineraler från varandra såväl som från bergsammandrag, fossiler och andra "fasta partier inbäddade i fasta ämnen."
Steno kallade inte sin lag och sina principer som sådana. Hans egna idéer om vad som var viktiga var helt annorlunda, men jag tror att de fortfarande är väl värda att överväga. Han lade fram tre förslag, varav den första var:
"Om en solid kropp är innesluten på alla sidor av en annan fast kropp, av de två kropparna som en först blev hård, vilket i ömsesidig kontakt uttrycker på sin egen yta egenskaperna hos den andra yta."
(Detta kan vara tydligare om vi ändrar "uttrycker" till "imponerar" och byter "eget" med "annat.") Medan de "officiella" principerna avser stenlager och deras former och orienteringar, Stenos egna principer handlade strikt om "fasta ämnen i fasta ämnen." Vilken av två saker kom först? Den som inte begränsades av den andra. Därmed kunde han säkert säga det fossil skal fanns före berget som omslöt dem. Och vi kan till exempel se att stenarna i ett konglomerat är äldre än matrisen som omsluter dem.
"Om ett fast ämne är på annat sätt som ett annat fast ämne, inte bara när det gäller ytans förhållanden, utan även vad gäller det inre arrangemanget av delar och partiklar, det kommer också att vara som det när det gäller sätt och plats för produktion... "
Idag kan vi säga, "Om det går som en anka och kvakar som en anka, är det en anka." På Stenos dag centrerade ett långtgående argument fossil hajens tänder, känd som glossopetrae: var det tillväxter som uppstod i stenar, rester av en gång-levande saker eller bara konstiga saker som läggs där av Gud för att utmana oss? Stenos svar var enkelt.
"Om en solid kropp har producerats enligt naturlagarna har den producerats från en vätska."
Steno talade mycket generellt här, och han fortsatte med att diskutera tillväxten av djur och växter såväl som mineraler, och utnyttjade sin djupa kunskap om anatomi. Men när det gäller mineraler, kunde han hävda att kristaller ansluter sig från utsidan snarare än att växa inifrån. Detta är en djupgående iakttagelse som har pågående applikationer för stolliga och metamorfa stenar, inte bara de sedimentära klipporna i Toscana.