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東亞與西方大不同:古代人「已知用陶器」未必是新石器時代的特徵

科技大觀園_96
・2021/09/09 ・4331字 ・閱讀時間約 9 分鐘

人類漫長的演化史上,更新世(Pleistocene)末期到全新世(Holocene)初期發生翻天覆地的變化。在此之前,人類仰賴狩獵、採集的方式生產,不在同一個地方長久居住。距今 11,700 年前的全新世開始以後,採行農耕、畜牧生產,定居一地的生活方式,在世界各地漸漸普及。東亞這塊地方的人們,從狩獵、採集到農耕的過渡,是高德(David J. Cohen)關注的問題。

高德是臺灣大學人類學系助理教授。他就讀哈佛大學博士班時,師從張光直,主要在中國的河南省進行殷商考古,成為獨當一面的考古學家。拿到博士學位後,他加入哈佛大學另一位大師 Ofer Bar-Yosef 的團隊,2005 年起投入目前的領域,探索華南稻作起源,發掘湖南省的玉蟾岩遺址。

高德參與 2005 年玉蟾岩遺址的發掘。由左至右為 Paul Goldberg、Mary Prendergast 與高德。圖/高德提供

東亞與西方有別:陶器先出現,卻尚未進入新石器時代

對於舊石器到新石器時代的過渡,過去考古研究的目光大部分放在西南亞與歐洲。簡單說,西南亞地區的人在舊石器時代以採集、狩獵維生;接著長期定居,開始農耕、畜牧以後,也踏入新石器時代;等到使用陶器,完全轉型為新石器時代之際,已經是初次定居的數千年後。他們接著又帶著全副家當移民歐洲,令歐洲邁入新石器時代。因此考古學界曾經將出現陶器,視為一地轉型為新石器時代的特徵。

然而近來可以肯定,東亞的狀況有所不同。舉例來說,江西省仙人洞遺址出土距今 2 萬年的陶器,是世界最早的紀錄。高德 2009 年參與的發掘和定年結果指出,那時仙人洞的居民仍然仰賴採集、狩獵,不長期定居一處,也沒有農業的跡象;表示當地開始使用陶器的時候,並沒有進入新石器時代。

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原本學者認為,仙人洞遺址既然出土陶器,又有早期的稻,應該算是初期的新石器時代;但是高德參與的研究證實,陶器出現的年代明顯比耕種稻米更早。類似狀況在東北亞、東亞多處遺址被屢次發現,可見東亞的演變過程和西方有別。

主題既然是「東亞」從更新世到全新世的過渡,高德的視角不侷限於少數遺址,而採取跨區域、長時間的比較,所以他的研究地點遍及各地,探討不同環境下的轉型與適應,像是華北山西省的柿子灘,華南的玉蟾岩、仙人洞、湖南省的衫龍崗(屬於彭頭山文化,新石器時代早期),以及東南亞外海巴拉望島的 Ille Cave 遺址。

高德參與主要研究的考古遺址地點。圖/何庭劭繪,背景地圖取自 Snazzy Maps

跨領域考古研究,全方位認識古代人類行為

儘管視野廣泛,高德對單一遺址的探索依然深入。如今考古學可謂跨領域的學科,盼望從各方面認識古代人類的生活。研究團隊由仙人洞遺址採集約 50 個不同地層的樣本定年,不但得知最早的陶器在 2 萬年前出現,還能判斷某些長達數千年的時段,其實沒有人類活動。

問題在於,年代是一回事,又怎麼知道某些時候有人活動?最直接的證據當然是人類遺骸,但是高德參與研究的舊石器時代遺址,由於年代久遠、保存條件欠佳等因素,幾乎沒有人骨出土。所幸若是找到人造物,如石器、陶器等等,也能間接證實人類曾經存在。

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不過仙人洞和玉蟾岩這般這般地層完整的遺址,就算缺乏人骨與人造物也不要緊(雖然它們的人造物數量也算不少)。凡住過必留下痕跡,當今人類活動明顯改變自然環境的原貌,古時候也是如此。

高德(右)與 Paul Goldberg(左)在仙人洞遺址合影,攝於 2009 年。圖/高德提供

人類居住過的地點會留下某些跡象,擅長微形態學(micromorphology)的考古學家,藉由分析遺址沉積物的組成,搭配其他資訊,有能力分析當時是否曾經有人居住、居民吃什麼食物、從事哪些活動等問題。如玉蟾岩遺址的某地層存在紅色黏土,黏土不會自然出現在洞穴內,所以應該是人類帶進來的,或許是生火留下的痕跡。

綜合跨領域的證據,才能回應高德關心問題的宗旨:不滿足於尋找、分類物質,更重要的是認識「人類行為」——了解某個時空之下的古人做什麼、怎麼做、為什麼那樣做。

東亞北方的細石葉,冰河時期先進科技

華北的柿子灘則是另一種光景。柿子灘靠近黃河,遺址群占地廣大,許多不同年代的大小遺址散佈各處,適於探討同一地點在不同年代的演變。

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更新世末期,距今 27,000 年前,全球邁入非常寒冷又乾燥的末次冰盛期(Last Glacial Maximum),許多地方變得不宜人居,一直延續到 2 萬年前結束。隨後氣候漸漸回暖,直到距今 12,900 年前又經歷千餘年的新仙女木期(Younger Dryas)。在這一段冰河時期過後,地質年代進入溫暖宜人的全新世,世界多處地方獨立轉型為新石器時代,如中東的肥沃月灣,東亞的黃河與長江流域。

位於山西省黃土高原,柿子灘 29 號遺址附近的景觀。圖/宋艷花攝

這一段過渡期間,西伯利亞、華北、東北亞、日本,延續到北美洲的廣大地理範圍,都流行一類叫作細石葉(microblade)的新科技。細石葉寬度一般不到 1 公分,如刮鬍刀般相當鋒利,常與骨器等其他材質的工具搭配使用,功能多變。

製作細石葉並不容易,事先需要周密計劃,製作時經過精緻加工,通常必需加熱才能完成。這也意謂師傅要懂得溝通,才能教會新手生產細石葉。小小的細石葉見證思考、規劃和語言溝通的能力,是東亞古人展現行為現代性(behavioral modernity)的證據。

柿子灘遺址的細石葉繪圖。圖/取自參考資料 6,高德提供

柿子灘出土距今 26,000 年的細石葉,是已知年代最早的紀錄之一。柿子灘有些細石葉的原料並非本地生產,可以追溯到黃河更上游處,表示當時的人已經懂得長距離交易。細石葉技術誕生的年代,應該處於末次冰盛期之初。當時北方天寒地凍而難以生存,促使人群南遷,和細石葉的發展與擴散息息相關。

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細石葉相關科技、處理植物的磨棒與磨盤(grinding stone),以及縫製衣服的骨針,都被視為冰河時期對寒冷的適應。另外,用貝殼等非本地材料製作的藝術品,反映的象徵行為,暗示當時衍生出新的社會組織,各地人群必需加強聯絡感情,才能在嚴寒中生存下去。

柿子灘地區最晚的遺址,至少延續到 8,500 年前,已經是新仙女木期結束後的數千年。當時黃河周圍,已經有些人在河流平原上邁入新石器時代,展開初步的農耕;但是黃土高原上柿子灘的居民,依然維持舊石器時代延續下來,採集、狩獵的生產方式。

柿子灘人最後與遷移到附近的農夫集團有了接觸,可惜後來的事不得而知。他們是與農夫新移民融合,或是被取代了?這些是考古學家研究過渡期希望回答的問題。

東亞南方用竹子取代石器?有待證實的竹子假說

東亞南方、東南亞一帶(包括臺灣的長濱文化),一直到新仙女木期結束後,距今 9,000 年前左右,仍然持續使用以鵝卵石等材料製作的砍砸器(chopper)。相較於東亞北方的細石葉,砍砸器比較簡陋,意謂南部人技術比較落後嗎?未必如此。古老傳承的技術,也可能用於全新的目的。

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玉蟾岩遺址出土的砍砸器。圖/高德提供

華南地區氣候比較溫暖,到處都是竹林。有考古學家提出「竹子假說」(bamboo hypothesis),大意是只要有粗陋的石器,就能把竹子加工為各式各樣的工具,而且鋒利度不輸石器。但是竹子難以保存,所以後世只剩下簡陋的石器。

高德參與的研究團隊實際測試,發現只靠砍砸器和石片確實足以加工竹子;但是技術上可行,不等於古人實際這樣做過。要證明竹子假說,仍需更多證據。

研究團隊測試是否能用砍砸器和石片加工竹子。圖/高德提供

有趣的是,華北儘管擁有進步的石器,陶器出現的年代卻可能是東亞最晚。華南如前所述,早在 2 萬年前率先出現陶器;接著距今 15,000 年前之際,東北亞和日本的繩文文化也都已經擁有陶器;華北與中國的東北地區,則要等到距今 11,000 到 13,000 年前才出現陶器。

這些議題反映出,東亞南方、北方各地的居民,採取不同的適應策略。

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向更南方、更近期探索

華南、東南亞、臺灣在舊石器時代流行的石器,皆以砍砸器系列為主,而且海外島嶼也不例外。東亞大陸之外,高德近年也將研究範圍向南延伸,關注菲律賓的巴拉望島。

冰河時期海平面較低的時候,臺灣與東亞大陸相連,巴拉望或許也是如此。不過距今 11,000 年前,人類開始使用巴拉望北部的 Ille Cave 遺址時,當地已經長期屬於海島。除了比較大陸與島嶼的雷同和相異外,高德特別好奇此處洞穴的使用方式,初步看來主要是儀式性的用途,和中國遺址風格不同。

巴拉望北部的 Ille Cave 遺址,攝於 2019 年。圖/高德提供

除了更新世到全新世過渡期的主軸,高德有時也受邀參加別人的計劃。這方面最出名的研究,莫過於在青海省的喇家遺址,發現距今約 4,000 年前,黃河上游一場大洪水的證據。這場近一萬年內規模最大的洪水,曾經刺激東亞首度形成國家,催生出「夏」嗎?「大禹治水」傳說中,蘊含多少歷史上的真實? 

從計畫、執行,到做出結果,人類的行為複雜多變,不只受到客觀的環境背景影響,也取決於主觀的選擇。多重因素綜合之下,令不同時空的人們衍生出多元的文化。冀望以地層中有限的線索,重現古代人的一舉一動,是考古學家的艱困挑戰,也是高德的追求。

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高德(David J. Cohen)。圖/劉馨香攝

參考資料

  1. Boaretto, E., Wu, X., Yuan, J., Bar-Yosef, O., Chu, V., Pan, Y., … & Gu, H. (2009). Radiocarbon dating of charcoal and bone collagen associated with early pottery at Yuchanyan Cave, Hunan Province, China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(24), 9595-9600.
  2. Wu, X., Zhang, C., Goldberg, P., Cohen, D., Pan, Y., Arpin, T., & Bar-Yosef, O. (2012). Early pottery at 20,000 years ago in Xianrendong Cave, China. Science, 336(6089), 1696-1700.
  3. Patania, I., Goldberg, P., Cohen, D. J., Wu, X., Zhang, C., & Bar-Yosef, O. (2019). Micromorphological analysis of the deposits at the early pottery Xianrendong cave site, China: formation processes and site use in the Late Pleistocene. Archaeological and Anthropological Sciences, 11(8), 4229-4249.
  4. Cohen, David J. (2011) The beginnings of agriculture in China: a multi-regional view.” Current Anthropology 52 (S4): S273-S293.
  5. Song, Y., Cohen, D. J., Shi, J., Wu, X., Kvavadze, E., Goldberg, P., … & Bar-Yosef, O. (2017). Environmental reconstruction and dating of Shizitan 29, Shanxi Province: An early microblade site in north China. Journal of Archaeological Science, 79, 19-35.
  6. Song, Y., Grimaldi, S., Santaniello, F., Cohen, D. J., Shi, J., & Bar-Yosef, O. (2019). Re-thinking the evolution of microblade technology in East Asia: Techno-functional understanding of the lithic assemblage from Shizitan 29 (Shanxi, China). PLoS One, 14(2), e0212643.
  7. Bar-Yosef, O., Eren, M. I., Yuan, J., Cohen, D. J., & Li, Y. (2012). Were bamboo tools made in prehistoric Southeast Asia? An experimental view from South China. Quaternary International, 269, 9-21.
  8. Wu, Q., Zhao, Z., Liu, L., Granger, D. E., Wang, H., Cohen, D. J., … & Zhang, J. (2016). Outburst flood at 1920 BCE supports historicity of China’s Great Flood and the Xia dynasty. Science, 353(6299), 579-582.
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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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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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Eds分析 Sa
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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看得見細胞的紙 蓪草紙見證台灣產業變遷
顯微觀點_96
・2025/12/26 ・2617字 ・閱讀時間約 5 分鐘

你知道透過顯微鏡觀察紙張,其實很難看到完整的細胞樣貌嗎?因為大多數的紙,常經過搗碎「煮成」紙漿後,才壓製成型。因此將紙張放在顯微鏡下觀看,往往只剩植物纖維的網狀結構。然而,有一種紙在顯微鏡下卻能完整呈現植物細胞的形狀,甚至在太陽光下透光觀察,蜂窩般的六角格紋也能一覽無遺。這就是承載台灣經濟社會變遷史的「蓪草紙」。

蓪草紙為什麼能看到細胞?

和一般造紙方法不同,蓪草紙不是將植物打漿後壓製而成,而是取材自蓪草莖髓。工匠將蓪草莖截斷,取出中央白色的髓心,再將蓪草髓心緊壓在盤面,使用裁刀依髓心邊緣滑行,「削出」一張張輕薄的蓪草紙。蓪草紙的厚度則由銅片與盤面間的高低來調整。

因為蓪草紙是直接由莖髓切片製成,細胞結構未被破壞,保留了幾乎完整的細胞,因此當蓪草紙放在顯微鏡下,便能看到完整地細胞型態。

蓪草紙的微細構造
光學顯微鏡下觀察蓪草髓心切面的蓪草紙結構。圖片來源:國家文化記憶庫,林盈宏攝影

蓪草-台灣第一個被正式命名發表的植物

十八、十九世紀中外貿易展開,當時清政府唯一開放對外貿易的港口-廣州開設許多專售外銷水彩畫的商鋪。中國畫家受到西方技法影響,透過精細的分工合作,使用西畫材料在綾絹、蓪草紙等各式媒材上,大量製作帶有中國風土風情的畫作,是當時西方人到中國購買的最佳伴手禮。其中,蓪草紙潔白透明,當時在西方被稱為「米紙(Rice Paper)」。

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由於十九世紀的歐洲正掀起博物學熱潮,除了透過畫作滿足對東方的想像,畫作所使用的媒材也引發西方人的興趣,因此歐洲植物學家開始疑惑:「米紙到底是從什麼植物而來的?」

正式為蓪草紙材料「蓪草」命名的是英國植物學家威廉.虎克(William Hooker)。

他在1830年發表對米紙的初步觀察,但無法確定來源植物。他曾經這樣形容:「如果將這張紙放在眼睛和光線之間,就會發現一種精美絕倫的細胞組織,這是任何人類藝術都無法創造或模仿的」。

其後,虎克仍陸續針對「米紙」進行研究。他於1841年被任命為英國皇家植物園邱園(Kew Garden)園長後,更是動用了所有官方和非官方的聯繫,透過廣州、廈門的商人與外交人員蒐集標本,不斷比對葉、花與莖髓,最終在1852年發表學名為 Aralia papyrifera,暫歸於五加科的五加屬(Aralia)。

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之後德國植物學家卡爾.科赫(Karl Koch)認為蓪草的花瓣、雄蕊和葉片形態與五加科的其他屬及物種相差甚遠,便將其獨立為新屬,改名為 Tetrapanax papyriferus,並沿用至今。

蓪草在台灣的歷史身影

蓪草在東亞其實早已是社會常用、熟悉的植物,並以多種名稱「蓪草」、「通草」、「通脫木」散見於各類典籍。例如中國六朝史料集《建康實錄》便曾記載晉惠帝曾命宮女準備五彩「蓪草」紙花。唐代藥學著作《本草拾遺》中則記錄著「『通脫木』,生山側。葉似萆麻,心中有瓤,輕白可愛,女工取以飾物。」

而虎克則曾經記錄他向長期居住在印度的哈德威克將軍(General Hardwicke)詢問「米紙」事宜。哈德威回復印度當地人將製作「米紙」的植物用於多種用途。他們將最粗的莖切成薄片製作人造花和各種精美裝飾品來裝飾神龕;也利用「米紙」製作帽子。「米紙」的材料對當地漁民來說也非常有用,可以做成適合他們漁網的浮筒。

中國清末因畫在蓪草紙上的外銷畫價格便宜、畫幅小便於攜帶,外銷市場需求日益增加。加上鴉片戰爭爆發後,原本位於廣州的外國行商陸續移到廈門,連帶也帶動台灣的蓪草產業蓬勃發展。

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蓪草在台灣的分布雖遍及全島,但受到氣候、土壤等影響,以新竹以北一帶山區生產的品質最佳,因此過去的新竹可說是蓪草產地的重鎮。

日治時期,日本政府進一步將蓪草列為台灣的重要殖產項目之一,設立農業試驗場改良品種、選定區域推廣栽種,原本野生採集的蓪草變成人工栽培,產量和品質都大幅提升。當時改良的美術蓪草紙被用於製作人造花、婚慶裝飾、扇子、畫材、蓪草卡片等,受到歐美各國的喜愛。

戰後國民政府接收台灣,蓪草製品(如蓪草紙、蓪草花及裝飾品)是重要的出口支柱,以外銷美國市場為主。在「客廳即工廠」的五、六〇年代,蓪草加工製品可說是許多家庭生計的依靠。

可惜隨著石化工業興起,價格低廉的塑膠花取代了蓪草花的製作,重創台灣蓪草產業,新竹的老牌業者金泉發蓪草行也在1972年結束長達約130年的蓪草事業。

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蓪草的產業消長,反映了出台灣社會經濟的轉型過程。現今市面上雖然幾乎已不見蓪草紙的蹤影,年輕世代甚至根本不知道什麼是蓪草,但仍有許多人、組織致力於蓪草文化的推廣,開設工藝課程和工作坊、蒐集史料,盼讓這段歷史重新被看見。

蓪草紙不僅是能「看見細胞的紙」具有其科學趣味,也是一段跨越東西方的博物學探險旅程,更是台灣社會經濟史的一頁篇章。 下次當你拿著蓪草紙透著陽光觀察那一格格清晰的細胞形狀時,相信看見的不只是生物結構,也會看見台灣走入世界科學舞台的起點,以及一段歷經繁榮沒落、正在重生的文化記憶。

蓪草心與蓪草紙
蓪草心與蓪草紙。圖片來源:國家文化記憶庫

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