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歐洲人到來之前,美洲本土的金屬工具人

寒波_96
・2021/04/09 ・4457字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

美洲原創金屬工藝,鮮為後世人知

公元 1521 年,埃爾南.科爾特斯(Hernán Cortés)征服阿茲特克帝國,將殖民地命名為「新西班牙」。1537 年,接管新西班牙的安東尼奧・德門多薩(Antonio de Mendoza)寫信給伊莎貝拉女王,索求懂得開採與冶煉礦石的工具人,以便生產大炮。

總督隔年收到女王的回信:「你已經知道,你的需求當地就有。有人跟我說,那塊土地蘊藏豐富的銅礦,如果那兒就有懂得處理金屬的工匠,你可以自行安排,取得需要的量。」

出自 16 世紀的《Mapa Tlotzin》,一位美洲金屬工匠,正在用傳統的吹管冶煉金屬。圖/參考資料 2

許多人認為,在歐洲人殖民美洲以前,美洲除了金、銀等少數裝飾品外,缺乏實用性的金屬技術,這也是美洲原住民被輕易征服的一大關鍵。畢竟所謂「槍炮、病菌與鋼鐵」,沒有金屬,也就不會有槍炮和鋼鐵。

然而很少人知道,西班牙人在中美洲的殖民統治,至少前一個世紀相當仰賴美洲本土的金屬工具人。歐洲人抵達以前的中美洲,也許規模很有限,不過確實已經有些原住民專家,掌握操弄金屬的技藝。[1, 2, 3]

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另一方面,最近發現北美洲的大湖區,或許是全世界最早開採銅礦,使用金屬工具的地區。這些知名度極低的美洲原住民金屬技藝,最近一系列考古研究令人眼界大開。

北美洲銅器工藝,延續數千年

五大湖區位於如今的美國、加拿大之間,擁有優質的銅礦。考古學家早就知道古時候這兒的居民,會開採銅礦與加工處理,製作矛頭、箭頭、刀、斧、魚鉤等工具;這批人被稱為 Old Copper Complex,估且稱之為「老銅文化」。

老銅文化的銅製魚鈎。圖/參考資料 4

2021 年發表的新研究想探討老銅文化的年代,便由密西根兩處地點,基維諾半島(Keweenaw Peninsula)和蘇必略湖中的皇家島(Isle Royale),搜集 53 個碳同位素定年的結果。[4, 5, 6]

比對發現,與銅製品直接相關,例如綁著矛頭的木棒,和取自地層的樣本(如木炭)相比,年齡普遍比較老。這表示地層無法代表銅器的年代,必須使用和銅器有直接關係的材料,方能判斷銅器年資。符合此一標準的樣本共 15 件,年代介於距今 3580 到 8500 年前。

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另一方面,當地銅礦中有 0.2 到 1.4% 的鉛,採礦提煉會造成鉛的外洩。環境沉積物中偵測到鉛的增加,或許是古代採礦活動的見證。

不同湖的沉積物,鉛含量高峰不一樣,可能反映不同地點,在不同時間的採礦活動。該區域整體的鉛含量距今 9500 年前起有所升高,到 5000 年前降低。

現代實驗製作的銅製工具。圖/參考資料 5

綜合看來,比較肯定老銅文化始於距今 8500 年前,也許是更加資深的 9500 年前。接著在 5000 到 7000 年前達到高峰,隨後衰退,可能終結於 3600 年前之後。

若是年代正確,意謂老銅文化的誕生時期,和最早用銅的中東人差不多。奇妙的是,北美洲用銅幾千年後,不但沒有繼續發展出青銅合金之類的進步科技,反而放棄不再使用金屬。

沒有研發出青銅,也許是缺乏製作合金的金屬材料,如砷、錫、鋅。實驗也指出,用高純度的銅製作工具,實用效果未必比石器、骨器更好;而採礦應該更耗成本。這些因素都可能導致古銅文化的終結。

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我家門前有小河,後面有森林,森林旁邊銅礦多,銅礦紅似火

另一篇 2020 年發表的論文,報告在墨西哥的太平洋側,El Manchón 遺址的調查。此處埋藏著原住民工匠,替殖民者生產金屬的第一手線索。

論文作者只有 2 位,Dorothy Hosler 是專精美洲原住民金屬工藝的老牌學者;遺址的挖掘時間其實早在 2001 到 2006 年,後來該區域卻成為毒梟的地盤,無法繼續探索。

El Manchón 遺址的地點。圖/參考資料 5

事隔多年之後,另一位作者,新生代學者 Johan García Zaldúa 又帶來葡萄牙、西班牙、墨西哥文獻紀錄的分析。使得這項研究包含歷史學、考古學、民族學和材料科學的多元資訊,更加完整。

El Manchón 海拔 1350 公尺,位於山谷內,對外交通不便,不適合耕種;不過 1.5 公里外的 Los Cimientos 遺址不難種出玉米、豆類等作物,足以支持日常生活。當年之所以有人長居山谷內,目的很可能是開採與冶煉銅礦。

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這兒不但有豐富的銅礦,還有河流經過,更重要的是附近長滿橡樹和松樹。冶煉金屬需要大量燃料,當時技術如果生產 1 倍的銅,估計需要 20 到 50 倍的木炭。橡樹和松樹能作為高品質的木炭,使得 El Manchón 成為理想的採礦據點。

El Manchón 遺址內部。圖/參考資料 5

中美洲工具人,升級歐洲科技大煉銅

遺址內有三處區域被深入挖掘,只有一處直接留存冶煉銅礦的跡象(Sector 2)。根據附近村裡最老的人回憶,El Manchón 在他曾祖父的年代已經不再開爐,加上碳同位素定年,論文推測煉銅的肯定年代,介於公元 1630 到 1825 年。

不過當地最早有人活動,至少從公元 1250 年開始。也就是說,El Manchón 的使用時間,包含西班牙殖民之前到之後各幾百年。

論文認為當地在歐洲人到來以前,多半已經開始冶煉銅礦,只是規模有限。隨後大量生產金屬之下,較早煉銅的痕跡都被摧毀,無法分辨。

南美洲安地斯地區的莫切文化,展現用吹管冶煉金屬的陶製雕像。圖/參考資料 2

在哥倫布之前,中美洲原住民已經有能力處理銅,甚至是難度更高的青銅,其源頭似乎能追溯到南美洲的安地斯地區,沿著海岸路線傳入中美洲。不過冶煉方法比較原始,使用吹管(blowpipe)和坩堝(crucible)為工具。

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然而,遺址內曾經炙熱的熔爐,至少達到過攝氏 1150 度。光憑簡單的吹管與坩堝,不可能上升到如此高溫。

由現場跡象研判,熔爐應該與風箱(bellow)合體,加強效能。這是美洲的遺址,首度出土這般升級版的熔爐。

風箱是殖民者從歐洲引進的科技,實際操作的原住民金屬工匠,顯然順利將新玩意融入舊體系,達到產量大躍進的結果。

熔爐、風箱等整套冶煉裝備的推論佈局。圖/參考資料 5

西班牙征服者,其實高度依賴這群原住民

一些文獻紀錄,以及上述的考古調查都證實,掌握金屬技藝的原住民專家,對普遍不懂採礦、冶金的歐洲殖民者幫助很大(西班牙本土缺乏銅礦,也沒有金屬技師)。

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乍看之下科技進步,擁有「槍炮,病菌與鋼鐵」的歐洲征服者,在殖民美洲的初期,事實上高度依賴原住民工匠,替他們生產鍋子、水壺、硬幣、大炮等金屬產品。

原住民與殖民者之間除了對抗,在各層面也有廣泛的合作,互相利用。例如掌握難以替代技術的美洲工匠,因此得到談判籌碼,獲得免稅之類的經濟利益和特權。

與阿茲特克帝國同時存在,疆域主要位於墨西哥的米卻肯州(Michoacán)的塔拉斯卡王國(Tarascan state)善於金屬工藝,當時便選擇與西班牙人合作,度過一段相對平穩的時光。

而 El Manchón 這類交通偏遠之處,受到外界影響相對較小也較晚,早期合作的模式,似乎延續更久。

墨西哥的米卻肯州(Michoacán)古色古香的手動風箱熔爐,一直使用到不久以前。主要設計應該和 El Manchón 遺址當年的冶煉方式類似。圖/參考資料 5

過去探討西班牙殖民統治時,對具備金屬專業,而在殖民時代獲得一席之地,擁有經濟、政治協商籌碼的原住民工具人,所知較為不足,新研究對這塊有所補充。

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物質層面之外,也不可忽視歐洲人殖民,對美洲社會劇烈的文化衝擊。中部美洲的原住民雖然原本就會少量使用金屬工具,對金屬的看法,仍時常帶有超自然力量的信仰成分,例如亮晶晶的銅銀合金,便被視為具有神聖性。

歐洲人殖民美洲以後,原本神聖的材料金屬,不但需要大量增產以滿足貪婪的外來政權,還被做成大炮、硬幣等富含毀滅本土力量的工具。原住民們的心理陰影面積,恐怕難以衡量。

儘管規模確實很有限,被殖民以前的美洲,仍然有發展過自己原創的金屬工藝。下次別再誤會,美洲原住民不懂金屬了。

延伸閱讀

參考資料

  1. Zaldúa, J. G., & Hosler, D. (2020). Copper Smelting at the Archaeological Site of El Manchón, Guerrero: From Indigenous Practice to Colonial-Scale Production. Latin American Antiquity, 31(3), 558-575.
  2. When Worlds Collide: European-Indigenous copper production during the Contact and Early Colonial Period of Michoacán, Mexico (1521-1607)
  3. Mesoamerican copper smelting technology aided colonial weaponry
  4. Pompeani, D. P., Steinman, B. A., Abbott, M. B., Pompeani, K. M., Reardon, W., DePasqual, S., & Mueller, R. H. (2021). ON THE TIMING OF THE OLD COPPER COMPLEX IN NORTH AMERICA: A COMPARISON OF RADIOCARBON DATES FROM DIFFERENT ARCHAEOLOGICAL CONTEXTS. Radiocarbon, 1-19.
  5. Ancient Native Americans were among the world’s first coppersmiths
  6. FLOAT COPPER IN MICHIGAN (pdf)

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1160 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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停工即停薪:如何證明你的時間值多少?車禍背後的認知 x 情緒 x 金錢 x 法律大混戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/01/09 ・3351字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與 PAMO車禍線上律師 合作,泛科學企劃執行

走在台灣的街頭,你是否發現馬路變得越來越「急躁」?滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車,為了拚單量與獎金,每個人都在跟時間賽跑 。與此同時,拜經濟發展所賜,路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈,讓車禍不再只是一場意外,更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出,我們正處於一個交通生態的轉折點,當「把車當生財工具」的職業駕駛,撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主,傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」(有跑才有錢,沒跑就沒收入)的零工經濟時代,如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退?

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如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?/ 圖片來源: Nano Banana

薪資證明的難題:零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠,邏輯相對單純:拿出公司的薪資單或扣繳憑單,計算這幾個月的平均薪資,就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代,這套邏輯卡關了!施尚宏律師指出,許多外送員、自由接案者或是工地打工者,他們的收入往往是領現金,或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是,零工經濟的特性是「高度變動」,上個月可能拚了 7 萬,這個月休息可能只有 0 元,導致「平均收入」難以定義 。

這時候,律師的角色就不只是法條的背誦者,更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台(如 Uber、台灣大車隊)的流水帳整合,或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入(例如學生開學期間),只要能證明過往的接單能力與紀錄,在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

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PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言 / 圖片來源: Nano Banana

300 萬張罰單背後的僥倖:你的直覺,正在害死你

根據警政署統計,台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」,一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後,藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A:我在紅線違停,人還在車上,沒撞到也要負責? 許多人認為:「我人就在車上,車子也沒動,甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我,自己操作不當摔倒了,這關我什麼事?」

施律師警告,這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道,導致後方車輛必須閃避而發生事故,你就可能必須背負民事賠償責任,甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話: 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態,其巨大的代價可能是人命。

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陷阱 B:變換車道沒擦撞,對方自己嚇到摔車也算我的? 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時,後方騎士因為嚇到而摔車,但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」,能不能直接開走?

答案是:絕對不行。

施律師強調,車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係,你若直接離開現場,在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪,後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。

正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。/ 圖片來源: Nano Banana

保險不夠賠?豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢,是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴,更因為衍生出的「代步費用」驚人。

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施律師舉例,過去撞到車,只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320,車主可能會主張修車的 8 天期間,他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算,光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候,一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼?

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」,他們有內部的數據庫,只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想,為了拿到這筆額外的錢,對方可能會採取「以刑逼民」的策略:提告過失傷害,利用刑事訴訟的壓力(背上前科的恐懼),迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外,駕駛人仍需要懂得談判策略,或考慮尋求律師協助,在保險公司與對方的漫天喊價之間,找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態:「溫柔而堅定」最有效?

除了有單據的財損,車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言,這在法律上沒有公式,甚至有點像「開獎」,高度依賴法官的自由心證 。

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雖然保險公司內部有一套簡單的算法(例如醫療費用的 2 到 5 倍),但到了法院,法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下,正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議,在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」,這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員,裝兇只會讓對方心裡想著:「進了法院我保證你一毛都拿不到,準備看你笑話」。

相反地,如果你能客氣地溝通,但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據,清楚知道自己的底線與權益,這種「堅定」反而能讓談判對手買單,甚至在證明不足的情況下(如外送員的開學期間收入),更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外,它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代,無論你是為了生計奔波的職業駕駛,還是天天上路的通勤族,光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子,可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞,或是責任不明的糾紛。為了這點錢,要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差,恐懼於「會不會被告肇逃?」、「會不會留案底?」、「賠償多少才合理?」而整夜睡不著覺 。

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PAMO看準了這個「焦慮商機」, 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」,而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂,PAMO 提倡的是「大腦武裝」,當車禍發生時,線上律師團提供策略,教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示,他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時,背後有個軍師,能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。 / 圖片來源: Nano Banana

從違停的陷阱到訂閱制的解方,我們正處於交通與法律的轉型期。未來,挑戰將更加嚴峻。

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當 AI 與自駕車(Level 4/5)真正上路,一旦發生事故,責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時,誰該負責?怎麼舉證?

但在那天來臨之前,面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱,你選擇相信運氣,還是相信策略? 先「武裝好自己的大腦」,或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網:https://pse.is/8juv6k 

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日曬雨淋2000年 古羅馬人的秘密建材
顯微觀點_96
・2026/01/28 ・3508字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文轉載自顯微觀點

火山灰掩蓋的龐貝古城中,科學家再度發掘價值非凡的考古地點:一座翻修重建中的民宅,其珍貴之處在於工地現場的工具與建材原料完好封存於西元79年,維蘇威火山爆發的時刻。現代科學家得以利用顯微鏡、能量散射X光譜(Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS)、立體X光等科技深入分析原料成分,探究古羅馬建築工藝細節。

古羅馬建築物能夠長久矗立,建材韌性是不可或缺的關鍵。散布於帝國領土、綿長堅固的引水道(aqueduct)就是文明遞嬗中備受讚嘆的例子。其中數座引水道經歷修繕,迄今持續運作,西元前19年建立的少女水道(Acqua Vergine)今天依然為羅馬城內的噴泉供應來自20公里外的活水。

現代混凝土(concrete)具備抗壓、廉價、靈活等優點的同時,也有容易龜裂與腐蝕、難以修復等問題。現代高樓大廈需要以混凝土包裹鋼筋,才能達到維持近百年的高強度。尚未掌握鋼筋強化技術的古羅馬建築師,卻能以混凝土建造出核心架構長存超過2000年的大型公共建設,這種差異是材料科學家無法忽視的。

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View Of Great Theatre In Ruins Of Ancient Roman City Pompeii, Campania Region, Naples, Italy
龐貝古城中的大劇院遺跡。Source: Adobe Stock

偽裝成雜質的秘方:石灰塊

近數十年間,材料科學界普遍認為古羅馬混凝土(Roman concrete)原料中的火山灰(pozzolan)是其堅強韌性來源,因為加入水與熟石灰後,火山灰中豐富的二氧化矽(SiO2)與氧化鋁(Al₂O₃)可以形成水合矽鋁酸鈣(C-A-S-H. Hydrated Calcium Aluminosilicate)或水合矽酸鈣(C-S-H. Hydrated Calcium Silicate)膠體,提升羅馬混凝土的強度與耐腐蝕性。

但是,水合矽酸鈣並非羅馬混凝土所特有,今日最常見的混凝土原料「波特蘭水泥(Portland Cement)」就飽含矽酸鹽,與水混合後也能形成強化結構的C-S-H膠體。且現代混凝土也能展現水泥帶來的微弱自癒能力,但波特蘭水泥建成的現代建築,預估壽命大多不到百年,遠不如以穩固穹頂籠罩信徒千年的羅馬萬神殿。

2023年,麻省理工大學(MIT)材料科學家馬西奇(Admir Masic)研究團隊發表對古羅馬建材的成份分析,指出羅馬混凝土中特殊的「石灰塊(lime clasts)」提供了材料自癒能力,可能是古羅馬公共建築屹立不搖的關鍵。

石灰塊在顯微鏡下看來是數毫米大小的白色石塊,過往被材料科學家認為是羅馬混凝土品質控管不嚴的產物,但是馬西奇團隊的目光停留在這些未曾被科學界細究的「雜質」上。

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以能量散射X光譜檢驗普里維儂的牆壁砂漿,會發現富含鈣質(紅色)的大塊石灰顆粒,周遭則有鈣、硫(黃)形成的環狀自癒痕跡。Source: Source: Linda M. Seymour et al. ,Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete.Sci. Adv.9,eadd1602(2023). CC by 4.0

馬西奇團隊指出,在古羅馬學者維特魯威(Vitruvius)和老普林尼(Pliny the Elder)的記載中,當時對混凝土原料之一的石灰石(limestone, CaCo. 碳酸鈣)純化標準相當嚴格,成品必須要呈現純白粉狀。因此他們認為,混凝土中普遍存在的石灰塊不是古羅馬建材商品管鬆散所致,而是刻意加入的材料。

馬西奇團隊前往義大利中部普里維諾(Privernum)的古羅馬遺跡進行採樣,遺跡牆壁使用的砂漿(motar, 水泥混合水與砂礫等材料,比混凝土少了碎石等骨材,其他成分相近)中散佈著比水泥基質顆粒更大的亮白石灰塊。

科學分析 確認熱混合法

透過以能量散射X光譜(EDS)、X光散射、共軛焦拉曼光譜、掃描式電子顯微鏡分析這些構成牆壁近2000年的砂漿,研究團隊發現其中的石灰塊主要以鈣質構成,而且是來自生石灰(CaO, quicklime),現代建築工法已不再將這種材料加入混凝土中。

馬西奇論及,基於史料與現代技術,多數人相信古羅馬建築工使用熟石灰(Ca(OH)2, slacked lime. 氫氧化鈣,來自生石灰加水)混合火山灰、水以及其他骨材形成混凝土,類似現代工法。但透過精密儀器分析樣本成份,他推論古羅馬帝國曾採用熱混合(hot mixing)技術,以生石灰取代/混入熟石灰,與其他材料、水混合製成混凝土。

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在熱混合過程中,生石灰不會全數與水反應產生熟石灰與熱能,部分會形成不均勻分布的細小石灰塊。而這些石灰塊在混凝土乾燥的同時,會經歷表層的水化、擴張,最終碳酸化成為較為穩定的碳酸鈣外層。而石灰塊內層則保持著生石灰(CaO)的狀態與活性。

水流引發雙重自癒機制

石灰塊 Sciadv
石灰塊在古羅馬混凝土中的自癒運作機制。Source: Linda M. Seymour et al. ,Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete.Sci. Adv.9,eadd1602(2023). CC by 4.0

構成建築物的羅馬混凝土若受到強大拉力,產生裂隙,諸多石灰塊的穩定外層很可能隨之裂開,並暴露出飽含生石灰(CaO)的核心。在自然降雨之下,經過石灰塊核心的水流會獲得鈣離子,並使鈣離子與周遭的基質反應,在裂縫中形成碳酸鈣,使裂縫在延伸擴大之前就被填補。

裂縫中飽含鈣離子的水流,也能在混凝土中的火山灰顆粒旁引發火山灰反應(pozzolanic reaction),生成穩固的水化矽鋁酸鈣或水化矽酸鈣,對裂縫產生「癒合」效果,讓整體結構更加強韌。馬西奇稱這種定型後發生的火山灰反應為「後期火山灰反應(post-pozzolanic reaction)」,與製作混凝土的反應作出區別。

馬西奇團隊更採用實驗觀察熱混合技術對古羅馬混凝土和現代混凝土強韌度的影響。他們將不同工法製成的混凝土柱從中分裂,造成5公厘的裂縫,再讓水流持續流經裂縫30天。

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未使用生石灰進行熱混合的混凝土柱,僅出現一般水泥具有的小幅自癒能力,稍稍縮小裂縫。而具有石灰塊的古羅馬混凝土柱,則持續癒合,在水流第20天左右完成自我修復,水流幾乎完全無法通過。

多方驗證 重譯權威史料

古羅馬混凝土驚人的自癒能力引發熱議,並非所有材料科學專家都認同以生石灰為核心的熱混合理論。

更啟人疑竇的是,熱混合法並不符合維特魯威記錄的熟石灰建築工法。他在公元前30年左右著作的《建築十書》(De architectura)是唯一流傳後世的古歐洲建築著作,從文藝復興以來,就缺少足以挑戰其權威的建築史料,遑論馬西奇團隊基於成分分析的理論。

馬西奇團隊為了奠定更強的論證基礎,在2024年前往龐貝古城尋找證據。他們在民宅工地遺跡發現的建材原料,正包含熱混合工法的原料:生石灰與火山灰的乾燥混合物。這些原料與建築工具一起堆放在尚未完成的牆體旁邊,被公元79年噴發的火山灰封存至今。

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馬西奇團隊透過偏振光顯微鏡、電子顯微鏡等分析方法比對乾燥材料堆、未完成的牆體、已完成的牆體,確認了這些預拌的熱混合材料與牆體的混凝土、砂漿成分相符,支持他們的假說:古羅馬帝國龐貝城在公元前79年以熱混合工法製作混凝土。

這項材料科學考古發現不僅補充了古代建築史料的缺漏,也創立了新的建築材料理論,為未來的建築材料提供自癒功能的靈感。或許在數年之內,具備自癒能力、壽命長達上百年的大型建築就會動工。而人們也能期待更加環保、安全、需要遠見的都市規劃。

萬神殿穹頂 Wiki
羅馬萬神殿(Pantheum)穹頂,古羅馬人單純以混凝土建構出如此宏偉結構,並歷久不衰,是現代人依然讚嘆的建築奇蹟。Source: WikiMedia CC BY-SA 4.0

馬西奇團隊透過多樣方法及跨領域探索,穿越時空檢驗了古羅馬熱混合法工藝的假說。他們在遺跡搜索考古證據,以科學分析技術交替分析樣本,更研讀古羅馬史料,發現維特魯威與老普林尼雖然以 ’macerata’ 敘述以水消化生石灰,製作出熟石灰的過程。但維特魯威提及建築結構用的石灰消化過程,會轉而採用 ’extincta’ 一詞。

儘管在文獻中的古代拉丁文 macerata 和 extincta 都被用來指稱「生石灰加水消化為熟石灰」,並未在考古學界與材料學界引起太多注意。但馬西奇團隊懷疑,這種字眼的轉換可能暗示了古羅馬建築結構中的石灰並非來自「先製成熟石灰,再混入水與其他原料」,而是「生石灰直接混入水與其他原料」的熱混合工法。

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就如馬西奇團隊最新論文提及的,即使是古代文獻,也無法盡錄古羅馬從共和時期到帝國時期的建築文化變遷。透過顯微鏡與X光譜等現代科技,搭配古遺跡的妥善保存與發掘,我們今日依然有機會理解千年前的人類,如何利用更有限的科技,達成宏偉巧妙的文明成就。

參考資料

  • Linda M. Seymour et al. ,Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete.Sci. Adv.9,eadd1602(2023).DOI:10.1126/sciadv.add1602
  • Vaserman, E., Weaver, J.C., Hayhow, C. et al. An unfinished Pompeian construction site reveals ancient Roman building technology. Nat Commun 16, 10847 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66634-7
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【成語科學】千錘百鍊:冶煉技術的科學與故事
張之傑_96
・2025/09/10 ・1241字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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如今買菜刀等鋼鐵製品,五金店或超市就有。章老師小時候,台灣仍處於農業社會,買菜刀、剪刀或鐮刀等,要到打鐵店去買。

什麼是打鐵店?什麼是打鐵,章老師得費點筆墨說明一下。打鐵店的門口,通常掛著打好的成品。店裡有個燒焦炭的爐子,打鐵店的溫度較高,師傅和徒弟們通常打赤膊。

圖/AI 生成

打鐵時,一位徒弟不停地拉動風箱,往爐子裡送風,增強爐火的溫度。師傅用鐵鉗夾住要打製的鐵塊或鐵條,放進爐子裡燒紅、燒軟,然後用鐵鉗夾出,放在鐵砧上,另一位徒弟揮動大鐵錘,使勁地錘打。

錘打幾下後,燒紅的鐵變硬了,就再次放進爐子裡燒軟。如此這般,燒軟了錘打,錘打後再燒軟,不知反覆多少次,要打的器物就打製成形了。這個昔日常見的打鐵過程,就是成語「千錘百鍊」的由來,比喻文章經過多次潤飾,或人生歷經磨練。談到這裡,該造兩個句了:

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他經過人生的千錘百鍊,處事更加圓融。

我們寫文章得千錘百鍊,才能寫出佳作。

生鐵、熟鐵、冶煉技術

接下去該談談這個成語的科學意涵了。首先要認識什麼是生鐵、熟鐵和鋼?簡單地說,生鐵含碳量高,熟鐵含碳量低,鋼介於兩者之間。古人煉鋼,首先煉出的是生鐵,生鐵質地較脆,適合鑄造器物,所以也稱為鑄鐵。

鐵的熔點較高,冶煉技術較為複雜。中國人大約要到西周晚期(西元前8世紀)才懂得煉鐵,較兩河流域、古埃及和歐洲晚得多,但中國在銅器時代就擁有較強的鼓風設備,又有較高大的冶煉爐,所以後來居上。到了東漢,進一步發明了用水力推動的鼓風裝置──水排,煉鐵技術更非其他地區所能及了。

古代德國的鼓風設備。圖/Wikipedia

將生鐵進一步冶煉,就可以去除過多的碳和雜質,成為鋼。如去除更多的碳,就成為熟鐵。熟鐵質地較軟,適合鍛造,所以也叫做鍛鐵。那麼古人打鐵是用生鐵還是熟鐵?

答案是兩者皆可。用生鐵打鐵,不斷放進爐中燒紅、燒軟,鐵中的碳和雜質就會減少,變成剛柔並濟的鋼。如用熟鐵打鐵,爐火中的碳原子就會滲入鐵中,使其硬度增強,逐漸變成了鋼。

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打鐵除了調節碳的含量,還能使鐵原子和碳原子分佈均勻。工匠憑著經驗,如看燒煉時的顏色,再用冷水急速冷卻(稱為淬火),就能保持高溫時的組成狀態,打製成堅硬、強韌的鐵器。

古代工匠打造寶劍、寶刀等貴重兵器時,除了反覆摺疊、鍛打,使其成分趨於均勻,組織趨於緻密,還得每鍛打一次,就秤一次重量,直到斤兩不減,就成為「百鍊鋼」。這個過程又衍生出另一個成語:「百鍊成鋼」。小朋友,你能造個句嗎?

打鐵還衍生出一個常見的俗語:「打鐵還需自身硬」。打鐵很費力氣,沒有強壯的身體是幹不來的。比喻做人要行得正,做事要有實力才行。你能用來造個句嗎?

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