Poznaj naszego patrona

NICOLAUS STENO (NIELS STENSEN)
(1638-1686)

Mikołaj Steno urodził się w Kopenhadze 11 stycznia (wg. kalendarza juliańskiego 1 stycznia) 1638 roku. Jego ojciec, Sten Pedersen, był luteraninem, złotnikiem, bogatym mieszczaninem. Już jako chłopiec Mikołaj musiał interesować się tym, co można zaobserwować w dziedzinie chemii i fizyki w zakładzie jubilerskim swojego ojca. Wynika to z notatek z czasów jego studiów na Uniwersytecie w Kopenhadze. Na uniwersytecie słuchał między innymi inspirujących wykładów z dziedziny anatomii i medycyny głoszonych w dobrej łacinie przez prof. Tomasza Bartholina. Oglądał również sekcje przeprowadzane przez prof. Bartholina w Theatrum Anatomicumi i najprawdopobniej wkrótce sam zaczął dokonywać sekcji. Z tych samych notatek wynika, że bardzo wcześnie zaczął zmagać się z poważnymi refleksjami religijnymi. Trzy lata jego studiów na uniwersytecie utrudniła wojna ze Szwecją, w czasie której w lutym 1659 roku Kopenhaga niemal upadła. Miasto zostało ocalone, ale stało się to za przyczyną wszystkich mieszkańców włączając studentów; na liście służby wojskowej istnieje także imię Mikołaja Steno.

Jak tylko było to możliwe po wojnie, w 1660 roku, Steno opuścił Danię w celu podjęcia kilkuletnich studiów za granicą, co było zwyczajem jego czasów. W Holandii podjął niezależne badania w dziedzinie anatomii, a także inne studia, między innymi z matematyki, która później odegrała znaczącą rolę w jego badaniach nad krystalografią. W tym czasie doświadczył okresu

konfliktów religijnych, które utorowały drogę do jego późniejszego nawrócenia na katolicyzm (1667).

Krok po kroku oddalał się od swojej ojczyzny. Nie udało mu się uzyskać pozycji profesora na uniwersytecie ani w czasie pobytu w Kopenhadze w 1664 roku ani później. Jednocześnie krok po kroku oddalał się od wyznania luterańskiego, w którym został wychowany.

Italia, do której Steno przybył na wiosnę 1666 roku stała się jego drugim domem. Utrzymywał tu kontakty z ciekawymi ludźmi, z którymi miał wiele wspólnego. I zarówno przed, jak i po swoim nawróceniu w 1667 roku miał tu najlepsze możliwe warunki do pracy, włączając wsparcie wielkich książąt Toskanii, którzy promowali sztukę i przyrodoznawstwo.

W Toskanii Steno zaczął studiować geologię i mineralogię. W te nowe dziedziny wciągnęły go jego badania nad anatomią rekinów i innych ryb.

W 1666 roku zdarzyło się, że w Livorno złapano niezwykle dużego rekina. Wielki książę Toskanii, Ferdynand II nakazał przywiezienie jego głowy do Florencji, aby Steno mógł ją zbadać. Wyniki tej sekcji zostały opublikowane w 1667 roku wraz z traktatem na temat fizjologii mięśni i opisem sekcji mniejszego rekina z Morza Śródziemnego.

Najciekawsze w tych studiach było powiązanie przez Steno zęba większego rekina z dobrze znanymi skamieniałościami „kamieni-języków” glossopetrae, które znajdowano w szczególnie dużych ilościach na Malcie, gdzie już wcześniej badał je Tomasz Bartholin nauczyciel Mikołaja Steno.

Opinie dotyczące pochodzenia „języków-kamieni” były podzielone: Czy skamieniałości te były rzeczywiście zębami zwierząt, które niegdyś żyły w miejscach, gdzie obecnie znajduje się glossopetrae? Czy raczej „języki-kamienie” charakteryzowało jedynie przypadkowe podobieństwo do obecnych rekinich zębów? W 1667 roku Steno nie śmiał rozstrzygnąć tego zagadnienia, lub raczej nieco się wahał.

Tutaj, jak wszędzie w działalności naukowej Mikołaja Steno, spotykamy się z jego ostrożnością w stosunku do faktów jeszcze nie do końca udowodnionych oraz dokładnymi badaniami przyrody, odpornymi wobec opinii wysuwanych wcześniej przez innych. Zadawał pytania i udzielał odpowiedzi jak naukowiec XX wieku.

Mikołaj Steno dostrzegł niekwestionowane podobieństwo między qlossopetrae („językami-kamieniami”) a obecnymi zębami rekina. W świetle własnych badań anatomicznych wielkiego rekina z Morza Śródziemnego postawił teraz na nowo kwestię natury glossopetrae i wszystkich innych skamieniałości przypominających zwierzęta „jak przed sądem”. Najdokładniej jak to możliwe przedstawił fakty, które sam zaobserwował w warstwach ziemi – a potem pozwolił rozsądzić innym ludziom „bardziej doświadczonym”.

Mikołaj Steno oparł dyskusję na temat natury skamieniałości zwierzęcych na licznych obserwacjach skał i warstw ziemi, których dokonał w naturze. Ostrożnie przedstawiał swoje opinie w formie przypuszczeń (conjecturae). Krok po kroku Steno doszedł do stwierdzenia, że skamieniałości przypominające części zwierząt „w rzeczywistości można przypuszczać, że są częściami zwierząt”. „A ponieważ kształt języków-kamieni przypomina zęby niedawnego rekina jak jedno jajko przypomina drugie, muszę przypuścić, że naukowcy twierdzący, że te wielkie języki-kamienie są zębami rekina, nie są dalecy od prawdy”. Punkt po punkcie budował swoje przypuszczenia i przedstawiał je z jasnością i logiką, którą wszędzie można znaleźć w pracach Steno, zarówno naukowych, jak i teologicznych. Dzięki tej metodzie łatwo jest prześledzić jego tok myślenia, ale trudno go streścić, ponieważ materiał już został skondensowany do możliwie najkrótszej formy.

Mikołaj Steno zbudował swoją wiedzę geologiczną i paleontologiczną na długiej serii badań, zwłaszcza przeprowadzonych w Toskanii.

Miejscem wprowadzenia do „przypuszczeń” podaje krótki opis różnych typów skał i warstw: twardego kamienia, tufu, gliny, piasku itp. oraz nawiązuje do różnych stanów zachowania znalezionych w nich „ciał zamkniętych, przypominających części zwierząt” – choć niektóre z nich po dotknięciu rozsypują się w pył, inne można badać niczym skorupy żywych zwierząt.

Rozważa ułożenie warstw, poziomą lub nachyloną, i omawia, w jaki sposób zawarte w nich skamieniałości musiały się tam znaleźć. Nie nazywając tego „geologią”, Steno w swoich „przypuszczeniach” przedstawia zarys naukowej historii Ziemi, osiągnięty na drodze rozumowania indukcyjnego.

Najważniejszą zasadą w myśli geologicznej Steno jest to, że warstwy to osady odłożone w wodzie, pokrywające powierzchnię ziemi, a następnie utwardzone w mniejszym lub większym stopniu (przypuszczenia III-V). Jeżeli osady nie zawsze znajdują się w swoim pierwotnym, poziomym położeniu, przyczyną są późniejsze zaburzenia. Ziemia mogła zostać „wstrząśnięta, gwałtownie poruszona i rozbita, nadając warstwom nowe położenie. Wykazanie skutków trzęsień ziemi nie powinno być trudne”.

Badania Steno dotyczące złóż morskich i słodkowodnych doprowadziły go do rozważenia wpływu „soków” krążących w warstwach ziemi. Porównuje i ilustruje procesy zachodzące w warstwach ziemi z procesami chemicznymi i fizycznymi zachodzącymi w laboratorium i wykorzystuje w tym celu eksperymenty przeprowadzone w laboratorium chemicznym swojego nauczyciela w Kopenhadze, utalentowanego chemika Ole Borcha. Jeśli chodzi o pozostałości roślin i zwierząt, zarówno morskich, jak i słodkowodnych, które znajdują się w osadach, musiały one stać się częścią osadu, gdy był on świeżo odłożony i wciąż miękki. Zęby rekina i inne podobne skamieniałości znajdowane obecnie wysoko w kredowych klifach Malty są świadkami zmian geologicznych, które miały miejsce we wczesnym okresie historii Ziemi.

„Kto zna historię młodości Malty?” mówi Steno. „Być może wyspa była dawniej zanurzona w oceanie z rekinami, których zęby po śmierci zostały pogrzebane w błocie na dnie. Ale nagle eksplozja podziemnego powietrza mogła zmienić położenie warstw dennych, które obecnie znajdują się na wyspie jako suchy ląd”.

Pierwsza krótka prezentacja Steno na temat jego początków teorii geologicznych w traktacie o głowie rekina (1667) przepełniona jest dreszczem dociekań i radością zrozumienia, których doświadczył w pełni w tak krótkim czasie – mniej niż dwie dekady – kiedy prowadził swoją pracę naukową. Z doświadczenia mógł mówić o „cudownym Ja i dziele Natury, które dzień po dniu napawa nas podziwem”. Rozprawa, pomimo swojej zwięzłej, niemal schematycznej formy, jest tak plastyczna, że czytelnik może niemal poczuć, jak teorie geologiczne Steno stają się dla niego samego coraz wyraźniejsze w miarę jak pisze traktat.

W ostatniej chwili, gdy traktat miał być oddany do druku, Steno dodał kilka słów na temat rozmowy, którą odbył z jednym ze swoich uczonych przyjaciół, Manfredo Settalą z Mediolanu, który przyjechał przez Florencję i zauważył, że wśród okazów w jego muzeum znajduje się wiele rzeczy potwierdzających teorie Steno.

W rozprawie na temat sekcji głowy rekina Nicolaus Steno podaje swoją „geologię” w formie wstępnej („verisimilitudes”) „i nie będzie winił tych, którzy być może mają inne zdanie”. Sam kontynuował studia geologiczne w Toskanii i innych częściach Italii, do których podróżował.

Po pierwszym przypływie entuzjazmu, gdy pomyślał, jak sam pisze, że badania te „były dziełem bardzo krótkiego czasu”, zrozumiał, że problemy są bardziej złożone, niż początkowo przypuszczał. Poczuł się jak człowiek podróżujący po nieznanej, odległej krainie, którego celem było miasto na szczycie. Często zdarza się, że podróżny, widząc miasto po raz pierwszy, myśli, że jest ono bardzo blisko niego, a jednak liczne zakręty na drodze osłabiają jego nadzieję aż do znużenia. Widzi bowiem tylko najbliższe szczyty, podczas gdy to, co jest za nimi ukryte – czy to wyżyny wzgórz, czy głębiny dolin, czy płaskie równiny – wielce i daleko przekracza jego domysły, ponieważ odległości między nimi mierzy swoim pragnieniem. „Tak, a nie inaczej, jest z tymi, którzy do prawdziwego poznania przyrody przystępują poprzez doświadczenie. Gdy tylko wyjdzie na jaw choćby cząstka nieznanej prawdy, myśli, że od razu całą sprawę ujawni”.

Obserwacji przybywało. Steno planował wykorzystać je przy pisaniu wielkiego dzieła, które ze względu na jego patrona, Wielkiego Księcia, miało powstać w języku włoskim opanowanym przez duńskiego naukowca w zadziwiająco krótkim czasie. Jednym z celów pracy miała być eksploatacja zasobów mineralnych Toskanii; ten aspekt sprawy szczególnie podkreślił wielkiemu księciu inżynier Vicentio Viviani (ur. 1622). Viviani był przyjacielem Steno i osobą, z którą mógł omawiać zarówno kwestie naukowe, jak i religijne. Dzięki podróżom jako inżynier zdobył rozległą wiedzę na temat geologii Toskanii. Bez wątpienia Gustav Scherz ma rację, twierdząc, że Viviani miał znaczny udział w rozwoju wiedzy geologicznej Mikołaja Steno; miał także ogromny udział w przejściu Steno na katolicyzm.

Mikołaj Steno w żaden sposób nie zakończył swoich dociekań geologicznych. Jednakże konieczne były szczególne okoliczności, aby zmusić go do opublikowania więcej niż to, co stwierdził jedynie prowizorycznie w artykule na temat głowy rekina.

Okoliczności takie zaszły jesienią 1667 roku – roku nawrócenia Steno. Wtedy to Mikołaj Steno otrzymał oficjalne pismo datowane na październik 1667 roku od króla Danii, Fryderyka III, wzywające go do powrotu do Danii jako „królewskiego anatoma”, anatomicus regius.

Gdyby stało się to wcześniej, Steno nie zawahałby się spełnić życzenia swego króla. Teraz jednak miał co do tego wątpliwości. Więzy między naukowcem a Italią były bardzo silne. Jak on, konwert, mógłby żyć w ciasnej intelektualnie, ortodoksyjnie luterańskiej Danii? A co z zakończeniem rozpoczętych przez niego badań geologicznych?

W końcu jednak Steno zdecydował się usłuchać wezwania króla duńskiego. Zanim jednak opuścił Włochy, poczuł się zobowiązany zarówno wobec swojego patrona, wielkiego księcia Ferdynanda II Toskanii, jak i wobec samej nauki, przynajmniej opublikować „prekursora” (prodromus) wielkiego dzieła geologicznego. Ten tymczasowy traktat miał przedstawić dotychczasowe wyniki Steno w badaniach nad warstwami skalnymi i innymi osadami, wraz z ich zawartością – jak głosi tytuł książki – „Ciała stałe zamknięte w bryle przez proces przyrodniczy”. Miał przez to na myśli skamieliny roślinne i zwierzęce, a teraz także kryształy mineralne, o których Steno jedynie wspomniał w swojej rozprawie z 1667 r. Książeczka, obecnie niezwykle rzadki klasyk, liczy tylko siedemdziesiąt sześć stron, ale wypełnionych ogromną ilością materiału dotyczącego historii geologicznej Ziemi.

Przed wyjazdem z Italii Steno powierzył rękopis swojemu przyjacielowi Viviani, który miał nadzorować jego publikację. Jak już wspomniano, Viviani posiadał wiedzę z pierwszej ręki na temat postępu badań geologicznych Mikołaja Steno. To także Viviani w związku z aprobatą cenzora kościelnego (30 sierpnia 1668) określił dzieło jako „mające dalekosiężne znaczenie dla całej nauki”.

Viviani zlecił wykonanie transkrypcji De Solido do użytku w drukarni. Dokument ten, niezwykle interesujący z punktu widzenia historii geologii, odnalazł kilka lat temu Gustav Scherz w Biblioteca Nazionale we Florencji. Na pierwszej stronie rękopisu widnieje wzmianka (napisana przez Vivianiego?), że De Solido zostało wydrukowane pod jego nadzorem. „Questofu stampato sottolamia cura”. Oryginalny rękopis Steno nie jest znany.

Rozprawa: De Solido (1669) stanowi kontynuację i rozwinięcie geologicznych części traktatu o sekcji głowy rekina (1667), podającą dalsze obserwacje i wyciągające z nich daleko idące wnioski dotyczące historii Ziemi. Na początek Steno ponownie opisuje swój punkt wyjścia: „języki-kamienie”, glossopetrae, z Malty były prawdziwymi zębami rekina z przeszłości. W związku z tym pojawiło się wiele innych problemów: m.in. czy wszystkie inne ciała „podobne do ciał morskich”, które obecnie znajduje się daleko od morza, zostały kiedyś wyprodukowane w morzu? A jak rozumieć ciała podobne do ciał powstałych w słodkiej wodzie? Czy to przypadkowe podobieństwo? Albo jak inaczej można to wytłumaczyć? A kryształy mineralne w skałach – jak powstały te ciała? Dociekanie, które rozpoczęło się od „języków-kamieni”, glossopetrae, z Malty, ostatecznie stało się problemem obejmującym całą ziemię i jej historię geologiczną. Kiedy jedno pytanie zostało rozstrzygnięte powstawały inne. „Mógłbym porównać te wątpliwości do głów hydry lernejskiej, bo gdy pozbyłem się jednej z nich, narodziły się niezliczone inne”.

Podstawowe założenie geologiczne Steno zostało wyrażone w De Solido (a także w jego poprzedniej rozprawie) w zdaniu: „Warstwy ziemi powstały na skutek osadzania się płynu”.

W zwięzłych zdaniach charakteryzował skały osadowe w odróżnieniu od innych rodzajów skał, takich jak lawa. Rozróżnił także starsze i młodsze wytwory geologicznie i uznał, że warstwy z zamkniętymi fragmentami innych warstw mówią coś na temat sukcesywnej sedymentacji. Wyróżnił osady morskie (zawierające faunę morską, drewno ze statków i „substancję przypominającą dno morskie”) oraz osady słodkowodne zawierające pozostałości roślin, powstałe np. podczas powodzi itp. W warstwach rozpoznał także ślady aktywności wulkanicznej oraz uwzględnił skutki transgresji i regresji morza. Teraz Steno nie ma już żadnych wątpliwości, że ciała roślinne i zwierzęce w warstwach ziemi mają pochodzenie organiczne.

Mikołaj Steno doszedł do tych idei na drodze niezależnych obserwacji, lecz studia w Kopenhadze i znajomość literatury z pewnością pozwoliły mu zetknąć się z zagadnieniami geologiczno-paleontologicznymi, które miał później studiować we Włoszech. Steno musiał znać na przykład muzeum profesora Ole Worma, które w połowie XVII wieku było jedną z atrakcji Kopenhagi. W drukowanym opisie muzeum (Museum Wormianum, 1655) można znaleźć opis zagadnień geologicznych, paleontologicznych i mineralogicznych. Przede wszystkim można przypuszczać, że Steno zetknął się z problemami geologicznymi w radach udzielanych przez prof. Thomasa Bartholinusa, który podczas kilkuletniego pobytu w Italii omawiał problem natury skamieniałości, dawnego rozmieszczenia lądów i mórz, wulkanizmu, grot górskich itp. Ta strona życia naukowego i rozwoju Steno nadal wymaga zgłębienia.

Ponieważ warstwy osadzały się w wodzie, pierwotne położenie w całości, twierdzi Steno, musiało być poziome; najniższa warstwa w szeregu musi być najstarsza, osadzić się i być może stwardnieć przed utworzeniem warstwy następującej. Każda warstwa, z wyjątkiem najniższej,

jest zatem ograniczona dwiema płaszczyznami równoległymi do horyzontu. Można to zobaczyć na przykład w sekcjach otwartych. Pierwotnie poziome płaszczyzny sedymentacji można rozpoznać nawet tam, gdzie stratyfikacja obecnie odbiega od położenia poziomego.

Tak często obserwowane zaburzenie położenia warstw tłumaczy się wpływem różnych sił (pożar podziemny, spalanie gazów podziemnych, woda) po utworzeniu się osadów. Musimy tu pomyśleć, mówi Steno, o „samoczynnym osuwaniu się lub opadaniu górnych warstw, gdy zaczęły one pękać w wyniku usunięcia znajdującej się pod nimi substancji czy fundamentu. Stąd, ze względu na różnorodność wnęk i pęknięć, spękane warstwy przyjmują różne pozycje, podczas gdy niektóre pozostają równoległe do horyzontu, inne stają się do niego prostopadłe, wiele tworzy z nim ukośne kąty, a niemało jest skręconych w krzywe, ponieważ ich materia jest wytrzymała. Zmiana ta może mieć miejsce albo we wszystkich warstwach pokrywających wgłębienie, albo tylko w niektórych niższych warstwach, przy czym górne warstwy pozostają nienaruszone”. Jeśli weźmiemy pod uwagę takie zakłócenia – kontynuuje Steno – mamy wyjaśnienie różnorodności powierzchni ziemi: góry i doliny, wyżynne jeziora, wysoczyzny, niziny itp. Siły te nie należą do przeszłości, ale trwają nawet teraz i zmieniają powierzchnię ziemi.

Tutaj Steno doszedł do szeroko dyskutowanego problemu pochodzenia gór.

W czasach, gdy poglądy opierały się na spekulacjach, a nie na obserwacjach, powszechnie uważano, że góry powstały w momencie stworzenia Ziemi i nie zmieniły się zasadniczo w ciągu czasu, który upłynął, czyli od kilku tysięcy lat według Księgi Rodzaju.

Ale Nicolaus Steno nie mógł się z tym zgodzić. Obserwował góry Toskanii i inne kraje, które odwiedzał podczas swoich podróży. Na podstawie tych obserwacji mógł stwierdzić, że „wszystkie obecne góry nie istniały od początku rzeczy” oraz że „góry można obalić … szczyty gór można podnosić i opuszczać … ziemię można otwierać i zamykać na nowo”.

Nicolaus Steno w De Solido wyróżnił kilka różnych typów gór. Niektóre powstały w wyniku aktywności wulkanicznej, inne w wyniku erozji rzecznej – w takim przypadku te same warstwy można było znaleźć po obu stronach dolin. Obserwował góry złożone z osadów, których warstwy były równoległe do horyzontu, oraz inne góry, których warstwy były nachylone; i wiedział o górach, których pokłady były pofałdowane. Chociaż nie rozumiał w pełni zakresu tej ostatniej obserwacji, to jednak w ten sposób zbliżył się do problemu fałdowania gór.

Jeśli chodzi o długość okresów geologicznych w porównaniu z chronologią historyczną Steno miał oczywiście tylko najbardziej niedoskonałe pojęcie, ale dotknął problemu. Próbował między innymi ustalić powiązanie pomiędzy (plejstoceńskimi) kośćmi słoni znalezionymi w pobliżu Arezzo w dolinie Arno a relacjami z marszu Hannibala przez Italię dziewięćset lat wcześniej. Co więcej, Mikołaj Steno, podobnie jak jemu współcześni, czuł się zobowiązany zaakceptować biblijną tradycję dotyczącą powszechnego potopu w czasach Noahijczyków, zwanego potopem, „jakieś cztery tysiące lat temu”.

Nicolaus Steno nie ograniczył się do czysto teoretycznych rozważań geologicznych. Podjął próbę rozwiązania konkretnego problemu.

Geologiczną historię Toskanii Steno nakreślił w świetle swojej interpretacji obserwacji geologicznych. Napisał na ten temat: „To, w jaki sposób obecny stan jakiejś rzeczy odsłania przeszły stan tej samej rzeczy, jest najbardziej wyraźnie widoczne w Toskanii; nierówności powierzchni obserwowane w jej dzisiejszym wyglądzie zawierają w sobie wyraźne znaki różnych zmian”. Następnie Steno przedstawił pierwszą próbę zrozumienia regionalnego rozwoju

geologicznego w świetle zjawisk powierzchniowych. Swoją interpretację zilustrował kilkoma schematycznymi rysunkami (ryc. 6,20-25).

 

Sześć szkiców sugeruje sześć etapów rozwoju Toskanii. Steno dodał do rysunków następującą legendę: „Rysunek 25 przedstawia pionowy przekrój Toskanii w czasach, gdy warstwy skaliste były jeszcze całe i równoległe do horyzontu. ̶ Ryc. 24 przedstawia ogromne jamy wyżarte przez ogień lub wodę, podczas gdy górne warstwy pozostawały nienaruszone. ̶ Ryc. 23 przedstawia góry i doliny powstałe w wyniku załamania się górnych warstw. ̶ Ryc. 22 przedstawia nowe warstwy utworzone przez morze w dolinach. ̶ Ryc. 21 przedstawia zniszczoną część dolnych warstw nowych pokładów, podczas gdy górne warstwy pozostają nienaruszone. ̶ Ryc. 20 przedstawia wzgórza i doliny powstałe tam w wyniku załamania się górnych warstw piaskowych”.

W samym tekście Steno szerzej wyjaśnił, że powierzchnia Toskanii dwukrotnie została pokryta wodą, dwukrotnie była „równa i sucha” i dwukrotnie „nierówna”. Steno próbował pogodzić tę historię geologiczną z Biblią (a przynajmniej uniknąć sprzeczności). Pomyślał, że kiedy Toskania po raz drugi została zalana wodą, było to w czasie potopu. Miało to miejsce w „czwartym

etapie” Toskanii. Później woda ponownie opadła, unosząc dużo osadu do morza, gdzie utworzył się nowy ląd. Szósty i ostatni etap historii geologicznej Toskanii rozgrywa się na naszych oczach, a siły geologiczne wciąż działają, zmieniając krajobraz.

Steno podjął pierwszą próbę rozwiązania problemów geologicznych za pomocą rozumowania indukcyjnego i był przekonany, że historię Ziemi można odczytać z badania skał. Naszkicował zarys nowej nauki ścisłej – geologii. Gdy zaczął czytać opowieść o warstwach ziemi i ich skamieniałościach ukazała się droga do nowych kierunków badań, nowe ścieżki otworzyły się. Ale nie tylko naukowa paleontologia i stratygrafia wraz z pokrewnymi dyscyplinami zostały założone przez Mikołaja Steno. Był także pierwszym naukowcem, który uczynił kryształy minerałów przedmiotem ścisłych badań.

Kiedy Steno pisał lub mówił o „ciałach stałych, zamkniętych poprzez działanie przyrody w innych ciałach stałych”, nie miał na myśli samych kopalnych roślin i zwierząt; dla niego termin „ciało stałe” obejmował także kryształy mineralne (angulata corpora). Również na tym polu jego osiągnięcia były tak niezwykłe, że rok 1669, w którym ukazało się De Solido, słusznie został określony jako data narodzin krystalografii naukowej. Steno musi jednak w pewnym stopniu podzielić się zasługą ze swoim rodakiem, profesorem Erazmem Bartholinusem z Kopenhagi.

W XVII wieku niewiele wiedziano o rudach ważnych z technicznego punktu widzenia, kamieniach szlachetnych i innych minerałach wykorzystywanych do celów medycznych i innych. Niewiele wiedziano o kryształach mineralnych, na przykład o sześciennym krysztale pirytu. Jednak, jak już powiedziano, w czasach Steno więcej uwagi poświęcano filozofii kryształów i ich symbolice, niż dokładnemu badaniu samych kryształów. Ich mnogość form uważano za przypadkowy kaprys natury, nawet jeśli zwracano uwagę na pojedynczą zauważalną formę krystaliczną.

Podczas podróży, szczególnie w górach Toskanii, Steno często miał okazję obserwować skrystalizowane minerały w pęknięciach, jamach, szczelinach itp. Własnymi rękami wykuwał kryształy ze skał, próbując dowiedzieć się, jak powstają kryształy mineralne, i jak uzyskują swój kształt.

W czasach Steno panowało powszechne przekonanie, że kryształy kwarcu („kryształ górski”, Si02) rosną w zagłębieniach skały niczym roślina. Tak jak żywa roślina czerpie pożywienie z ziemi poprzez swoje korzenie, tak kryształ górski na ścianie jamy czerpie soki, dzięki którym rośnie, z podłoża skalnego. Cząsteczki minerałów miały przemieszczać się do góry na skutek wgłobienia. Steno nie mógł podzielić tego przekonania. Z analogii z kryształami wytrącanymi z roztworów wodnych w laboratorium przyjął pogląd, że kryształy kwarcu w skałach powstawały w podobny sposób, być może z roztworu wodnego, być może z zupełnie innego, nieznanego płynu.

Steno miał świadomość, że żyły mineralne wraz z ich zawartością powstały później niż otaczająca skała. „Większość minerałów, nad których wydobyciem trudzi się człowiek, nie istniała na początku rzeczy” – pisze. Dlatego też odrzucił wiele starych górniczych przesądów dotyczących lokalizacji bogatych złóż minerałów, ich wykrywania itp. Wręcz przeciwnie, podkreślał, że należy badać samą skałę otaczającą żyłę mineralną, „ponieważ jest bardziej prawdopodobne, że wszystkie minerały wypełniające szczeliny lub rozszerzone przestrzenie skał miały za materię parę wypartą z samych skał”.

Nicolaus Steno, w przeciwieństwie do wielu swoich poprzedników i współczesnych, nie chciał poprzestać na domysłach na temat pierwotnego pochodzenia kryształów. Zamiast tego wolał zbadać same kryształy, takimi jakimi je znalazł.

Tutaj ponownie spotykamy się z jego pragnieniem poznania rzeczywistości. Zdawał sobie sprawę z konieczności wnikliwej obserwacji i pilnego studiowania przyrody, a mimo to nie stracił z oczu całościowego obrazu, którego częścią są fakty.

Steno poddał kryształ górski (kwarc) dokładnym badaniom i udało mu się ustalić pewne określone, nieznane dotychczas prawa dotyczące wzrostu i formy tego i innych kryształów.

Najpierw wykazał, że wzrost kryształu kwarcu nie jest (jak wspomniano powyżej) analogiczny do wzrostu rośliny. Kryształ – mówi naukowiec: „rośnie, gdy do zewnętrznych płaszczyzn już utworzonego kryształu dodaje się nową materię krystaliczną”. Jednakże ten przyrost materiału nie zawsze jest równy na wszystkich ścianach kryształu.

Według duńskiego naukowca najprostszą formą kryształu kwarcu są piramidy sześciokątne i pryzmat pośredni również sześciokątny; w rzeczywistości sześciokątna dwupiramida składa się z dwóch romboedrów (rombościanów), ale tego Steno nie mógł wiedzieć. Ta idealna forma może się znacznie różnić w trakcie wzrostu kryształu. Rozmiar powierzchni może się różnić a pryzmat może być całkowicie nieobecny; można znaleźć nowe powierzchnie i schodkowe nierówności i tak dalej – pisze. Jednak pośród tych wszystkich różnic Steno zawsze mógł wykazać to prawo: niezależnie od wielkości i wzajemnej odległości ścian kryształu, kąty międzyfazowe są stałe.

W tekście De Solido nie formułuje prawa stałości międzyfazowych kątów kryształu w sposób definitywny. Mówi o tym najprościej w opisie towarzyszących rycin: „Rysunki 5 i 6 należą do klasy tych, które mógłbym przedstawić w niezliczonej liczbie, aby udowodnić, że w miejscu osi zarówno liczba, jak i długość boków są zmieniane na różne sposoby, bez zmiany kąta”. I dalej: „Rysunek 13 pokazuje, jak czasami długość i liczba boków zmieniają się na różne sposoby, bez zmiany kątów, na płaszczyźnie podstawy, podczas gdy na płaszczyznach piramid umieszczana jest nowa materia krystaliczna”.

Jeśli uważnie przeczytać, co Steno pisze w De Solido (1669) na temat morfologii różnych kryształów, zwłaszcza kwarcu, hematytu i pirytu, za każdym razem można spotkać się ze stwierdzeniami zakładającymi nowo odkryte prawo stałości kątów. To, że Nicolaus Steno nie przekazał wszystkich swoich obserwacji dotyczących stałości kątów i nie ogłosił ich jako uniwersalnego prawa można przypisać pośpiechowi, z jakim pisał De Solido (1669). W jednym miejscu autor dodaje: „Chociaż zwięzłość mojego pospiesznego pisania spowodowała, że wiele rzeczy zostało niedostatecznie wyjaśnionych, zwłaszcza gdy omawiam ciała kątowe (tj. kryształy) i warstwy ziemi, aby zapewnić jakieś lekarstwo na ten defekt, zdecydowałem się dodać … rysunki”.

Znając ostrożność Mikołaja Steno w dokonywaniu szerokich uogólnień, łatwo sobie wyobrazić, że chciał zbadać więcej kryształów, zanim ogłosił, że prawo jest uniwersalne. Czytając opis dotyczący jego badań nad kryształami, nie można oprzeć się wrażeniu, że za jego skondensowanymi uwagami kryje się obszerna wiedza czekająca na zaprezentowanie światu naukowemu w głównym dziele, którego De Solido (1669) było jedynie prekursorem.

Kryształ górski nie był jedynym minerałem, który naukowiec poddał badaniom krystalograficznym. Niewątpliwie studiował wiele innych. W De Solido (1669) podaje na przykład swoje wyniki dotyczące bardziej złożonych kryształów hematytu pochodzących z kopalni rud żelaza na wyspie Elba oraz kryształów pirytu. Porównał te kryształy z kryształami kwarcu i omówił zagadnienia mineralogiczne i krystalograficzne.

Steno nie podjął się właściwie żadnego pomiaru kątów kryształu, w związku z czym pojawiły się głosy krytyczne dotyczące jego udziału w ustaleniu prawa stałości kątów. Zaproponowano zmianę nazwy „prawo Steno” (prawo stałości kątów międzyfazowych) na: Prawo Steno Romé de l’Isle lub po prostu „Prawo Romé de l’Isle’a”, ponieważ francuski mineralog pracujący sto lat po Mikołaju Steno ustalił uniwersalność prawa na podstawie dużej liczby pomiarów kryształów za pomocą swojego goniometru. Trzeba jednak pamiętać, że Steno faktycznie jako pierwszy zwrócił uwagę na stałość kątów międzyfazowych, stwierdzając to bezpośrednio w przypadku kryształu kwarcu i pozostawiając to zrozumiałe w swoim opisie kilku innych kryształów mineralnych. Dlatego musimy nadal twierdzić, że słuszne jest mówienie o prawie Steno, pierwszym z podstawowych praw krystalografii. Ale nawet poza tym aspektem duński naukowiec zajmuje wybitne miejsce w historii krystalografii. Wraz z nim rozpoczął się naukowy opis morfologii kryształów, pierwszy krok na drodze do dokładnej krystalografii.

Niestety, Steno nigdy nie opublikował rozpoczętego przez siebie wielkiego dzieła geologiczno-mineralogicznego, o którym nieustannie myślał przez lata po opublikowaniu De Solido. Materiał niestety należy uznać za utracony.

Mikołaj Steno przyjął święcenia kapłańskie w 1675 r. Zmarł w Schwerinie w Niemczech w 1686 r. jako wybitny katolicki duchowny; do tego czasu już dawno przestał zajmować się naukami przyrodniczymi. Jego grób znajduje się we Florencji (Bazylika San Lorenzo).

Źródło:

“Nicolaus Steno” by Axel Garboe, trans. M.S. Bryan [w:]

Geological Survey of Denmark. IV. Series. Vol. 3. No.9.

(Danmarks Geologiske Undersegelse. IV. Reekke. Bd. 3. Nr. 9.)

Bł. Mikołaj Steno nawrócił się na katolicyzm w 1667 roku. W tym czasie zaczął interesować się teologią i na początku 1675 roku zdecydował się zostać księdzem. W tymże roku na Wielkanoc przyjął święcenia kapłańskie a dwa lata później (1677) został mianowany wikariuszem apostolskim krajów nordyckich, który obejmował teren protestanckich północnych Niemiec. W tym samym roku został biskupem tytularnym Titiopolis i na stałe przeprowadził się na luterańską północ. Jako biskup Münster wykazał się wielką wrażliwością sprzedając swój pierścień i krzyż biskupi, aby pomóc ubogim. Wyczerpany licznymi postami i trudami życia zmarł 25 listopada 1668 r. w wieku 48 lat. Beatyfikowany został przez Jana Pawła II w 1988 roku.