Nicolas Steno & Quy tắc Địa chất học hiện đại

Vào ngày 11/1/1638, Niels Stensen chào đời. Ông là con trai của một thợ kim hoàn, được rửa tội theo đạo Luther tại Nhà thờ St. Nikolai ở Copenhagen, Đan Mạch. Từ năm 1648 đến năm 1656, ông theo học tại trường Latin gần Liebfrauenkirche ở quê nhà, ngôi trường danh giá nhất nước vào thời điểm đó.

Vào khoảng năm 1660, ông rời Đan Mạch và đi học y tại Đại học Leiden (Hà Lan). Sau bốn năm học hành tại đây, ông tìm kiếm một chức vụ tại Copenhagen nhưng không được. Thay vào đó, ông đã tới Paris. Ở Kinh đô Ánh sáng, ông được tiếp xúc với những bác sĩ hàng đầu thời đại và đưa ra những nhận định quan trọng về giải phẫu của bộ não. Stensen không đồng tình với ý kiến cho rằng tuyến tùng liên quan tới bản chất tinh thần của con người, bằng cách chứng minh động vật cũng có thể tùng. Ngoài ra, khi mổ xẻ đầu cừu để nghiên cứu, ông còn khám phá ra ống bài tiết của tuyến mang tai. Các bài giảng và minh họa giải phẫu khiến tên tuổi của ông vang danh khắp châu Âu. Vào năm 1661, Stensen viết và bảo vệ luận án về ống bài tiết của tuyến mang tai mà ông đã khám phá ra.

Vào năm 1663, sau khi biết cha đã qua đời, ông quay lại Copenhagen. Ở quê nhà, ông xuất bản cuốn sách “Observations on Muscles and Glands” (Các quan sát về cơ và tuyến) bằng tiếng Latin, trong đây ông đã chứng minh rằng trái tim cấu tạo từ cơ tim, gồm hai chiếc “bơm” tương đối độc lập. Chẳng bao lâu sau, mẹ ông cũng qua đời, ông rời Copenhagen và du hành tới Paris. Trong thời gian này, ông được Đại học Leiden phong danh hiệu Tiến sĩ y học vắng mặt.

Năm 1666, Steno đi qua Pisa và Rome để tới Florence (Ý). Tại đây, ông được Đại công tước xứ Tuscany, Ferdinand II chú ý tới, và được ngài bổ nhiệm làm ngự y. Lúc này, ông cải danh từ Niels Stensen sang cái tên Latin là Nicolas Steno.

May mắn cho Steno, Đại công tước là một người hào phóng và dễ tính, ngài cho phép ông tiến hành các nghiên cứu khoa học bên cạnh việc hành nghề y. Ban đầu, các nghiên cứu của ông tập trung vào hệ cơ cũng như bản chất của chứng co cơ.

Khoảng năm 1666, các ngư dân bắt được một con cá mập gần Livorno, Đại công tước Ferdinand ra lệnh cho họ phải gửi đầu con cá tới cho Steno. Ông đã mổ xẻ mẫu vật và công bố các phát hiện một năm sau đó. Ông chú ý thấy sự tương đồng giữa răng cá mập với một số mẫu vật cứng trong núi đá có hình thù như chiếc lưỡi. Các nhà khoa học đương đại đưa ra nhiều ý kiến bất đồng về nguồn gốc của những mẫu vật này. Riêng Steno tin rằng những mẫu vật cứng này chính là răng cá mập.

Thực tế, Steno không phải người đầu tiên liên kết những viên đá được gọi là “đá hình lưỡi” với răng cá mập. Trước đó, Robert Hooke và John Ray từng đặt vấn đề các hóa thạch này là hài cốt của những sinh vật sống. Tuy thế, quan trọng là Nicolas Steno tìm ra nguyên nhân vì đâu mà răng cá mập lại nằm trong hòn đá.

Là ngự y, Steno đi lại rất nhiều ở Tuscany, vùng phía Bắc nước Ý. Ông đã tận dụng cơ hội này để thực hiện một nghiên cứu địa chất chi tiết về đá trong khu vực. Ông tìm thấy rất nhiều viên đá được hình thành bởi quá trình lắng đọng trầm tích. Từ những quan sát này, ông thiết lập một số nguyên tắc cơ sở cho địa tầng học: các lớp đá được sắp xếp theo trình tự thời gian, lớp lâu đời nhất nằm ở dưới và lớp mới nhất nằm trên, trừ khi các quá trình sau này gây xáo trộn cách xếp đặt. Steno cũng đề cập tới việc những hòn đá sẽ bị các lực dưới lòng đất nâng lên. Ồng còn dành nỗ lực để phân biệt các giai đoạn thời gian khác nhau trong lịch sử Trái đất, kỹ thuật này sau đó được các nhà khoa học kế cận phát triển thêm phần chính xác trong nghiên cứu của họ.

Vào năm 1669, Steno cho ra đời tác phẩm “De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus” (Tiền đề cho luận án về chất rắn tự nhiên nằm trong chất rắn). Trong cuốn sách này, ông bàn tới những vật thể được bọc trong đá, bao gồm hóa thạch và tinh thể, và nhiều loại đá nằm trong các lớp địa tầng. Vì thế, tác phẩm của Steno bao gồm nghiên cứu về hóa thạch (cổ sinh vật học), nghiên cứu về địa tầng đá (địa tầng học) và nghiên cứu về tinh thể (tinh thể học). Không chỉ vậy, ông còn vạch ra những nguyên tắc xác định của ngành khoa học địa tầng: nguyên tắc về tính kế tục địa tầng, nguyên tắc nằm ngang nguyên thủy, nguyên tắc về tính liên tục mặt bên, nguyên tắc về mối quan hệ xuyên cắt.

Những nguyên tắc này được áp dụng rộng rãi, cho tới năm 1772 chúng được Jean-Baptiste L. Romé de l’Isle mở rộng thêm. Tuy Steno không bao giờ cho ra đời luận án mà ông đã báo trước trong chuyên luận sơ bộ, công trình của ông vẫn được ghi nhận là “một trong những đóng góp nền tảng nhất cho ngành địa chất học nhờ những quan sát, phân tích, lập luận quy nạp của ông trong thời đại nghiên cứu khoa học mới chỉ là suy đoán siêu hình”. Trên thực tế, Steno đã sử dụng phương pháp khoa học hiện đại này từ rất lâu trước khi nó được áp dụng rộng rãi.

Sau này, nhà địa chất người Scotland James Hutton đã dựa vào những nền tảng này để phát triển lý thuyết về các chu kỳ lắng đọng đáy biển, nâng lên, xói mòn và nhấn chìm lặp lại vô tận.

Steno nhận ra hóa thạch là di cốt hóa đá của các động vật và thực vật từng sống trong các thời kỳ trước. Vì thế, ông phản đối ý tưởng mà một số nhà địa chất đương thời đặt ra, cho rằng các hóa thạch chỉ là bản sao của động – thực vật mà thôi, do Chúa tạo ra trong các lớp đá. Ông cũng bác bỏ ý tưởng cho rằng hóa thạch là phần còn lại của các sinh vật sống thực sự được tạo ra trong quá trình Chúa “thực hành sáng tạo” trước khi Ngài bắt tay vào công cuộc sáng tạo thực thụ.

Steno công bố những phát hiện này trong tác phẩm Sample of the Elements of Myology (nghiên cứu khoa học về các cơ) vào năm 1667, chứng minh những chiếc răng đã được khoáng hóa như thế nào. Nicolas Steno cho rằng chất rắn bọc bên ngoài định hình theo hình thù của vật rắn nằm bên trong. Như vậy, “đá hình lưỡi” nổi tiếng chắc hẳn là những chiếc răng cá mập bị chôn vùi trong các lớp trầm tích mềm rồi sau này mới cứng lại. Đây là một đóng góp lớn lao cho nghiên cứu về hóa thạch.

Những chiếc răng cá mập dẫn Steno tới suy nghĩ về cách làm sao những hóa thạch như vậy lại nằm sâu trong các núi đá. Ông lập luận rằng vì những hài cốt đó là của các sinh vật biển, vậy khu vực phát hiện hóa thạch hẳn từng bao phủ trong nước biển. Là con người sùng đạo, ông tìm lời giải đáp ở trong Kinh thánh, rằng khi Sự sáng tạo bắt đầu và lúc trận Đại hồng thủy, mọi thứ đều bao phủ trong nước. Sử dụng khuôn khổ Kinh thánh, Steno phát triển một trong những câu chuyện địa chất sớm nhất về lịch sử sự sống và lịch sử Trái đất. Lập luận này vô cùng có ảnh hưởng trong thế kỷ 17 và 18.

Khi nghiên cứu thạch anh, Steno phát hiện thấy tuy các tinh thể này rất khác nhau về hình dáng bên ngoài, ấy vậy tất cả chúng lại có cùng góc giữa các mặt tương ứng. Tương tự, mỗi một loại tinh thể của một hóa chất hay khoáng chất đều có góc riêng của nó. Hình dạng tinh thể đơn giản nhất là hình lập phương, có sáu mặt vuông bằng nhau, tất cả đều vuông góc với nhau, chẳng hạn như tinh thể muối. Thạch anh, ngọc lục bảo, ruby, sapphire thường ở dạng tinh thể lục giác, các mặt tạo với nhau thành góc 120 độ. Quy luật về các góc bề mặt đặc trưng đối với từng loại tinh thể được gọi là Quy luật Steno. Quy luật này cũng áp dụng được cho hai tinh thể bất kỳ cùng chất liệu, bất kể kích thước, địa điểm xuất hiện, là tinh thể tự nhiên hay do con người tạo ra.

Nicolas Steno được phong chức linh mục vào năm 1675, từ đây ông rời xa thế giới khoa học. Vài năm sau, ông lên chức Giám mục và dành phần đời còn lại chăm lo cho các cộng đồng Công giáo La Mã thiểu sổ ở miền Bắc nước Đức, Đan Mạch và Na Uy. Vào ngày 5/12/1686, ông qua đời tại Schwerin ở tuổi 48, sau trận ốm kéo dài năm tuần do đau bụng trầm trọng. Người bạn Kerckring ở Hamburg của ông đã ướp xác ông thay mặt cho Đại Công tước Tuscan và chuyển thi thể tới Livorno bằng thuyền. Ông được chôn cất trong một nhà nguyện của Vương cung thánh đường San Lorenzo ở Florence.

Nguồn: scihi.org, creation.com