In 1669 formuleerde Niels Stensen (1638-1686), toen en nu beter bekend onder zijn gelatiniseerde naam Nicolaus Steno, een weinig basisregels die hem hielpen de rotsen van Toscane en de verschillende objecten die erin zaten te begrijpen. Zijn korte voorbereidende werk, De Solido Intra Solidum Naturaliter Contento - Dissertationis Prodromus (Voorlopig rapport over vaste lichamen die van nature in andere vaste stoffen zijn ingebed), bevatte verschillende voorstellen die sindsdien fundamenteel zijn geworden voor geologen die allerlei soorten gesteenten bestuderen. Drie hiervan staan bekend als de principes van Steno en een vierde waarneming, op kristallen, staat bekend als de wet van Steno. De hier gegeven citaten zijn van de Engelse vertaling van 1916.
'Op het moment dat een bepaalde laag werd gevormd, was alle materie die erop rustte vloeibaar, en dus op het moment dat de onderste laag werd gevormd, bestond geen van de bovenste lagen.'
Tegenwoordig beperken we dit principe tot sedimentaire gesteenten, die in de tijd van Steno anders werden begrepen. Hij concludeerde in wezen dat rotsen in verticale volgorde werden neergelegd, net zoals sedimenten tegenwoordig onder water worden gelegd, met nieuw bovenop oud. Dit principe stelt ons in staat om de opeenvolging van fossiel leven dat bepalend is, samen te voegen
een groot deel van de geologische tijdschaal.'... lagen die ofwel loodrecht op de horizon stonden of er naar toe neigden, waren eens parallel aan de horizon.'
Steno redeneerde dat sterk gekantelde rotsen niet op die manier begonnen, maar werden beïnvloed door latere gebeurtenissen - ofwel onrust door vulkanische storingen of instorten van onderaf door grotten. Tegenwoordig weten we dat sommige lagen gekanteld beginnen, maar desalniettemin stelt dit principe ons in staat om onnatuurlijke hellingsgraden gemakkelijk te detecteren en te concluderen dat ze sinds hun vorming verstoord zijn. En we kennen nog veel meer oorzaken, van tektoniek tot inbraken, die rotsen kunnen kantelen en vouwen.
Dit principe is essentieel bij het bestuderen van alle soorten gesteenten, niet alleen sedimentaire. Hiermee kunnen we ingewikkelde reeksen van geologische gebeurtenissen zoals ontwarren fout, vouwen, vervorming en plaatsing van dijken en aderen.
De andere principes worden vaak Steno's wetten genoemd, maar deze staat op zichzelf als basis voor kristallografie. Het legt precies uit waar het over gaat minerale kristallen waardoor ze duidelijk en herkenbaar zijn, zelfs als hun algehele vorm kan verschillen - de hoeken tussen hun gezichten. Het gaf Steno een betrouwbaar, geometrisch middel om mineralen van elkaar te onderscheiden, evenals van rotskristallen, fossielen en andere 'vaste stoffen ingebed in vaste stoffen'.
Steno riep zijn wet en zijn principes niet als zodanig uit. Zijn eigen ideeën over wat belangrijk was, waren heel anders, maar ik denk dat ze nog steeds het overwegen waard zijn. Hij formuleerde drie stellingen, de eerste was deze:
'Als een massief lichaam aan alle kanten wordt omsloten door een ander massief lichaam, dan is dat de eerste werd hard wat in het onderlinge contact op zijn eigen oppervlak de eigenschappen van de ander uitdrukt oppervlakte."
(Dit kan duidelijker zijn als we 'uitdrukt' veranderen in 'maakt indruk' en 'eigen' vervangen door 'andere'.) Terwijl de 'officiële' principes betrekking hebben op lagen van gesteente en hun vormen en oriëntaties, Steno's eigen principes gingen strikt over 'vaste stoffen in vaste stoffen'. Welke van de twee dingen kwam er? eerste? De een werd niet beperkt door de ander. Zo kon hij dat gerust stellen fossiel schelpen bestonden vóór de rots die ze omsloot. En we kunnen bijvoorbeeld zien dat de stenen in een conglomeraat ouder zijn dan de matrix die ze omsluit.
"Als een vaste stof op een andere manier is als een andere vaste stof, niet alleen wat betreft de toestand van het oppervlak, maar ook wat betreft de innerlijke rangschikking van delen en deeltjes, het zal er ook zo uitzien wat betreft de manier en plaats van productie... "
Vandaag zouden we kunnen zeggen: 'Als het loopt als een eend en kwaakt als een eend, is het een eend.' In Steno's tijd draaide een langlopend argument tanden van fossiele haaien, bekend als glossopetrae: waren het gezwellen die ontstonden in rotsen, overblijfselen van eens levende dingen, of gewoon rare dingen die God daar had neergelegd om ons uit te dagen? Steno's antwoord was eenvoudig.
'Als een stevig lichaam is geproduceerd volgens de wetten van de natuur, is het gemaakt uit een vloeistof.'
Steno sprak hier heel algemeen en ging verder met het bespreken van de groei van dieren en planten en mineralen, en putte uit zijn diepe kennis van anatomie. Maar in het geval van mineralen zou hij kunnen beweren dat kristallen van buitenaf groeien in plaats van van binnenuit groeien. Dit is een diepgaande observatie waarvoor doorlopende toepassingen zijn stollingsgesteente en metamorfe gesteenten, niet alleen de afzettingsgesteenten van Toscane.