James Hutton là một nông dân, nhà hóa học và nhà tự nhiên học người Scotland. Với khả năng quan sát tuyệt vời về thế giới xung quanh, ông đã khởi xướng một trong những nguyên tắc cơ bản của địa chất – học thuyết đồng nhất – nhằm giải thích đặc điểm của vỏ Trái đất bằng các quá trình tự nhiên theo thời gian địa chất.
James Hutton (1726–1797) tin rằng Trái đất không phải là một thực thể tĩnh lặng mà đang liên tục trải qua các thay đổi và quá trình hình thành mới. Ông nhận thấy chúng ta có thể nghiên cứu lịch sử Trái đất thông qua việc tìm hiểu cách thức hoạt động của các quá trình như xói mòn và bồi lắng trong thời đại ngày nay. Ý tưởng và cách tiếp cận của ông để nghiên cứu Trái đất đã thiết lập địa chất như một ngành khoa học hiện đại.
Vào cuối thế kỷ 18, khi Hutton tiến hành nghiên cứu các loại đá, người ta tin rằng Trái đất chỉ mới hình thành khoảng 6.000 năm trước (chính xác là vào ngày 22/10/4004 trước Công nguyên, theo phân tích học thuật về Kinh thánh của Tổng Giám mục James Ussher ở Ireland vào thế kỷ 17) và các hóa thạch mà con người tìm thấy ngày nay là phần còn sót lại của những động vật đã chết trong trận lụt kinh hoàng được ghi chép trong Kinh thánh.
Đối với cấu trúc Trái đất, Hutton phát hiện phần lớn đá gốc (đá nguyên khối, chưa bị phong hóa) bao gồm các lớp trải dài, nằm song song với nhau ở nhiều góc độ, và các trầm tích do nước lắng đọng đã bị nén lại để tạo thành đá. Theo cách nói của ông: “quá trình lắng đọng diễn ra chậm đến mức ngay cả những tảng đá lâu đời nhất cũng hình thànhtừ những vật liệu được cung cấp từ tàn tích của các lục địa cũ”. Ngược lại với quá trình này là hiện tượng đá bị xói mòn và phân hủy khi tiếp xúc với khí quyển. Hutton gọi sự kết hợp giữa hiện tượng phá hủy và tái tạo đá là “chu kỳ địa chất lớn”, và nó đã hoàn thành vô số lần kể từ khi Trái đất hình thành.
Hutton đến với lĩnh vực địa chất bằng một con đường khá vòng vèo. Ông sinh ra ở Edinburgh, Scotland vào năm 1726. Ông học y khoa và hóa học tại các trường Đại học Edinburgh (Scotland), Đại học Paris (Pháp) và Đại học Leiden (Hà Lan), sau đó dành 14 năm để điều hành hai nông trại nhỏ của gia đình tại Berwickshire. Công việc trồng trọt đã làm nảy sinh nỗi ám ảnh của Hutton về việc làm thế nào để đất đai có thể tự đứng vững trước sức tàn phá của gió và thời tiết mà ông chứng kiến xung quanh mình. Kể từ đó, ông bắt đầu cống hiến kiến thức khoa học, tư duy triết học và khả năng quan sát phi thường của mình trong lĩnh vực địa chất.
Năm 1768, Hutton quay trở lại Edinburgh, nơi một vị khách đã miêu tả phòng nghiên cứu của ông “chứa đầy hóa thạch và thiết bị hóa học đến mức gần như không còn chỗ để ngồi”.
Trong một bài báo trình bày trước Hiệp hội Hoàng gia Edinburgh vào năm 1788, Hutton đã mô tả một thế giới rất khác với những gì Kinh thánh đã đề cập. Cụ thể, Trái đất liên tục đổi mới theo một chu trình liên tục, trong đó đá và đất cuốn trôi ra biển, nén chặt vào đá gốc, bị đẩy lên bề mặt thông qua các quá trình tự nhiên như núi lửa, và cuối cùng bị bào mòn thành trầm tích một lần nữa. “Chúng ta không thể tìm thấy dấu vết nào của sự khởi đầu chu kỳ địa chất, cũng như viễn cảnh kết thúc của nó”, Hutton nhận định.
Hutton tuyên bố toàn bộ các quá trình địa chất kể trên có thể giải thích đầy đủ các địa hình hiện tại trên toàn thế giới. Ông đã trình bày kết quả nghiên cứu của mình trong cuốn sách “Theory of the Earth” (Lý thuyết về Trái đất) gồm hai tập vào năm 1795.
Dựa vào phương pháp giống như các nhà địa chất hiện đại sử dụng, Hutton đã trích dẫn bằng chứng về một vách đá tại Mũi Siccar [ở gần nhà của ông], nơi mà sự xen kẽ của các lớp đá phiến xám thẳng đứng và các lớp đá sa thạch đỏ nằm ngang phủ đè lên trên chỉ có thể giải thích bằng tác động của các lực mạnh mẽ trong một khoảng thời gian rất dài. Do đó, tuổi của Trái đất phải lớn đến mức không thể tưởng tượng được. Ranh giới giữa hai loại đá tại Mũi Siccar hiện nay được gọi là ranh giới Bất chỉnh hợp Hutton.
Theo lý thuyết của Hutton, loại lực mạnh mẽ này có nguồn gốc từ sức nóng dưới lòng đất, bằng chứng là sự tồn tại của suối nước nóng và núi lửa. Từ những quan sát chi tiết về sự hình thành đá ở Scotland và nhiều nơi khác ở Anh, Hutton suy luận một cách sắc sảo rằng áp suất và nhiệt độ cao ở sâu bên trong Trái đất sẽ gây ra phản ứng hóa học để hình thành đá bazan, đá granit và các mạch khoáng. Ông cũng kết luận sức nóng bên trong làm cho lớp vỏ Trái đất ấm lên và nở ra. Lực nén ép khiến bề mặt đá trồi lên cao, tạo thành các dãy núi. Quá trình tương tự làm cho các lớp đá bị nghiêng, gập và biến dạng, giống những gì chúng ta có thể quan sát trong các lớp đá tại Mũi Siccar.
Một trong những khái niệm quan trọng khác của Hutton là “Học thuyết đồng nhất”. Lý thuyết này cho rằng, các lực tự nhiên đang hoạt động để gây ra những biến đổi địa chất ngày nay – mắt người gần như không thể nhìn thấy nhưng tác động của chúng rất lớn – cũng giống như các lực đã hoạt động trong quá khứ. Điều này nghĩa là tốc độ xảy ra các quá trình như xói mòn hoặc lắng đọng ngày nay tương tự như tốc độ trong quá khứ, giúp ước tính thời gian cần thiết để lắng đọng một lớp sa thạch có độ dày nhất định. Học thuyết đồng nhất là một trong những nguyên tắc cơ bản của khoa học Trái đất.
Lý thuyết của Hutton đã tấn công trực diện vào một trường phái tư tưởng phổ biến vào thời điểm đó được gọi là “chủ nghĩa thảm họa”. Theo đó, nhiều nhà khoa học đương thời tin rằng chỉ những thảm họa tự nhiên, chẳng hạn như trận Đại hồng thủy, mới có thể giải thích hình dạng và đặc điểm tự nhiên của Trái đất 6.000 năm tuổi.
Ngày nay chúng ta biết Trái đất có tuổi đời lâu hơn rất nhiều – khoảng 4,54 tỷ năm tuổi – thông qua việc nghiên cứu các mẫu đá cổ xưa nhấtkhông chỉ từ Trái đất mà còn từ Mặt trăng, cũng như các thiên thạch hình thành trong hệ Mặt trời thưở sơ khai.
Hutton đã ảnh hưởng sâu sắc đến nhiều nhà khoa học lỗi lạc trong những thế kỷ tiếp theo. Ví dụ, Charles Darwin đã rất quen thuộc với các ý tưởng của Hutton. Những ý tưởng này đã cung cấp một khung thời gian đủ lớn trong lịch sử Trái đất để giải thích cho quá trình tiến hóa sinh học mà Darwin quan sát được trong hồ sơ hóa thạch.
Lý thuyết của Hutton có tầm quan trọng to lớn trong lĩnh vực khoa học tự nhiên, có thể so sánh với cuộc cách mạng tư tưởng trước đó của nhà thiên văn học người Ba LanNicolaus Copernicus, nhà thiên văn học người ĐứcJohannes Keplervà nhà thiên văn học người ÝGalileo, khi họ thay thế khái niệm vũtrụlấy Trái đất làm trung tâm bằng khái niệm về một Thái dương hệ có trung tâm là Mặt trời.