1

8
1

文字

分享

1
8
1

考古學解密《斯卡羅》——瑯嶠十八社當年有多強?看看社頂遺址的陪葬品就知道

研之有物│中央研究院_96
・2021/09/03 ・7217字 ・閱讀時間約 15 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|林庭葦
  • 美術設計|林洵安

羅妹號、牡丹社事件的考古學觀點

1867 年,一艘美國商船羅妹號(Rover)在南臺灣海域觸礁,船員上岸後遭原住民殺害遇難。此後數年間,清兵、美艦、日軍先後兵臨恆春半島,台灣捲入詭譎莫測的國際政治角力,福爾摩沙的命運就此改變。然而眾多史料中,事件主角原住民族始終作為被書寫者,而非發言者。「研之有物」專訪中研院歷史語言研究所郭素秋副研究員,她運用「舊社考古學」研究方法,重新以原住民的視角理解過去。

19 世紀原住民簽訂的第一個外交條約

1869 年 2 月 28 日早上,恆春半島上的射麻裡社正舉行著一場熱鬧的盛宴。

宴會主人卓杞篤(Cuqicuq Garuljigulj),既是豬朥束社頭目、同時也是斯卡羅族部落聯盟的大股頭人。席上嘉賓,則有美國駐清國廈門的領事李仙得(Charles W. Le Gendre),以及擔任通譯的英國商人必麒麟(William A. Pickering)等西方人。恆春半島與原住民往來密切的漢人聚落射寮,也以頭人綿仔為代表。

宴席上佳餚美酒,不過所有人都清楚,這是一場充滿「政治意味」的外交儀式。卓杞篤以瑯嶠十八社大頭目身分,運用部落的傳統儀式接待外賓,一方面鞏固自己在部族內的權威地位,同時也正式確立先前他與李仙得議定的「南岬之盟」:承諾保護漂流至該地的歐美人安全。[註一]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這場外交談判的源頭,來自一場關鍵的歷史船難「羅妹號事件」。

羅妹號事件,美軍艦隊進攻南台灣

時間回到兩年前。1867 年,美國商船羅妹號(Rover)遭遇風暴觸礁,十數名船員在墾丁一帶上岸後被視為入侵者,遭到排灣族龜仔律社原住民殺害。

事發後,美國領事李仙得疾聲要求清廷懲凶,但清廷卻消極表示「生番」不在清國統治範圍,無力處理。美國於是下令出兵討伐,直指福爾摩沙!然而,這場滿懷帝國傲氣的報復性遠征,卻意外慘澹收場。

1867 年 6 月,美國巡洋艦隊浩浩蕩蕩進攻,但登陸後慘遭龜仔律社伏擊,大敗而歸。最終,在必麒麟的居中牽線下,李仙得與十八社大頭目卓杞篤簽訂了「南岬之盟」,那場匯集了恆春各方勢力、相當「國際化」且族群多元的外交場合,也被紀錄在李仙得的台灣踏查手稿。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
十九世紀中美國遠征亞洲的太平洋艦隊 Harford。1867 年,美軍艦隊攻打原住民領地,結果指揮官戰死撤退。在強大外交壓力下,台灣總兵劉明燈率領五百兵勇南下,外交官李仙得也親赴前線,大戰一觸即發。但最終因為沒有必勝把握,而後才有了南岬之盟的約定。圖│ Mayflower Books Inc., 1979
十九世紀中美國遠征亞洲的太平洋艦隊 Harford。1867 年,美軍艦隊攻打原住民領地,結果指揮官戰死撤退。在強大外交壓力下,台灣總兵劉明燈率領五百兵勇南下,外交官李仙得也親赴前線,大戰一觸即發。但最終因為沒有必勝把握,經過斡旋而議定了南岬之盟。
圖 /  Mayflower Books Inc., 1979
羅妹號事件後,李仙得多次來台調查,寫下「台灣紀行」手稿。由於對恆春半島部落、地形、漢番勢力瞭若指掌,牡丹社事件時,日軍重金禮聘他作為軍事顧問。圖為李仙得繪製的恆春半島地圖,紅線為卓杞篤轄下的原住民領土,地圖中清楚標註每個番社。圖│wikimedia
羅妹號事件後,李仙得多次來台調查,寫下「台灣紀行」手稿。由於對恆春半島部落、地形、漢番勢力瞭若指掌,牡丹社事件時,日軍重金禮聘他作為顧問。圖為李仙得繪製的恆春半島地圖,紅線為卓杞篤轄下的原住民領土,地圖中也標註各個番社。圖/wikimedia

為何在船堅砲利的西方強權面前,部落族人能夠擊退美國艦隊的征伐、與美方代表平起平坐談判?李仙得手稿不曾詳述的側面,考古學或許能提供新的解釋觀點。

斯卡羅:瑯嶠地區最強大的族群

懂文字的人,就掌握了話語權。

訪談一開始,中研院郭素秋副研究員開宗明義地點出「歷史書寫」的特權。「原住民沒有文字,文字是殖民政權或現代政府介入後,把原有的族語文字化。」但沒有文字並不意味封閉、無知。

「原住民有自己的語言,也有極佳學習外來文化的能力與智慧。」許多人對部落的想像,是原始、邊緣且落後未開化,然而從「南岬之盟」等歷史事件就能看到,原住民擁有極高的適應力與政治手腕。而他們能伺機觀察外國船隻、運用地利突襲美軍艦隊,顯然對外來文化、武裝都不陌生。

郭素秋強調:「他們沒有文字,所以失去了發語權。即使作為事件的主角,但因為史料不是由他們書寫,而是來自外國人的視角,就會有偏頗性。所以我一直強調需要透過不同材料對話,我們不能只用單一史料的價值觀來詮釋歷史。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖中的「大石尖」一帶即為龜仔律社位置,此處地高,能一覽南灣動態,龜仔律社因而可發現船隻觸礁、漂民誤闖,也能監看美軍艦隊。根據《高砂族系統所屬の研究》,大尖石山原住民語是 Katza-katza,龜仔律社與外族打仗前會先到山頂占卜。圖│〈石門竹社楓港/三道攻擊要圖〉
圖中的「大石尖」一帶即為龜仔律社位置,此處地高,能一覽南灣動態,龜仔律社因而可發現船隻擱淺、漂民誤闖,也能監看美軍艦隊。根據《高砂族系統所屬の研究》,大尖石山原住民語是 Katza-katza,龜仔律社與外族打仗前會先到山頂占卜。圖 / 〈石門竹社楓港/三道攻擊要圖〉

恆春地區古稱「瑯嶠」,自古即有眾多族群在此匯聚。當地原以排灣族為主,後來東海岸知本的卑南族人南遷此地,自稱「斯卡羅」,包含豬朥束、射麻里、龍鑾、貓仔四個番社,荷蘭時期的文獻便已留下記載。

清代至日治初期,斯卡羅一度成為瑯嶠地區最強大的族群,對於當地排灣、閩南以及粵籍客家聚落皆有相當影響力,轄下的排灣、斯卡羅等十八個番社被統稱為「瑯嶠十八社」,形成一個跨族群的鬆散酋邦。羅妹號事件當時,斯卡羅四大家系之首「豬朥束社」位階最高,頭目卓杞篤被視為「瑯嶠十八番社總頭目」。

郭素秋談到,解讀羅妹號、牡丹社等衝擊原住民的重大歷史事件,必須從十九世紀台灣與風起雲湧的國際勢力競逐來理解。

1860 年台灣開港通商後,自此捲入西方強權在東亞地區的地緣政治角力。一方面,南台灣海域歷來海難頻繁,不時有漂民被視為入侵者遭原住民殺害;而清廷長年將瑯嶠一帶視為「化外之地」,治理態度消極,國際強權因而獲得可乘之機。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

相隔不到十年的「羅妹號事件」(1867)、 「牡丹社事件」(1874),便是強權藉口船難爭端、嘗試搶占台灣的例子。

瑯嶠原住民有多強大?社頂遺址發現大量「舶來品」!

當時,以漢人為經營體系的糖、樟腦、茶葉出口,讓台灣躋身世界貿易體系。不過從考古學調查,被清國視為化外之地的原住民部落,也並非與世隔絕。

1980 年代在墾丁一帶發現的「社頂遺址」,石棺內採用屈肢蹲踞葬、複體多次葬,判斷是古時排灣人盛行的墓葬形式。郭素秋進一步做考證。她將考古挖掘的社頂、龜子角遺址地點,與 1904 年日人繪製的「台灣堡圖」套疊,進行古今比對,證實了這兩處應該就是「羅妹號事件」中力戰美軍的主角──龜仔律社的相關遺址!

剽悍的龜仔律社族人,是否孤立封閉、鮮少與外界接觸?考古研究給出了否定的答案。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

社頂遺址的陪葬品相當精緻豐富,有銅環、瑪瑙珠、玻璃珠,閩粵的瓷碗、瓷壺,甚至還有西班牙、墨西哥銀幣,都出現在排灣部族的石棺內。這些充滿「異國風味」的器物,與其他排灣遺址的考古發現相當吻合。「從屏東牡丹鄉、滿州鄉、來義鄉的出土文物,大概三四百年前,原住民就大量使用福建燒製的陶罐和青花瓷。」

1986 年黃士強等考古學家發現社頂遺址,出土兩座石棺。石棺內的陪葬品,有相當精美的 瓷碗、瓷壺,以及銅環、銅飾、鑲著瑪瑙珠的戒指。圖│〈從羅妹號事件到南岬之盟:誰的衝突?誰的和解?〉(原始資料:黃士強等(1987)〈墾丁國家公園考古民族調查報告〉)
1986 年黃士強等考古學家發現社頂遺址,出土兩座石棺。石棺內的陪葬品,有相當精美的瓷碗、銅飾、鑲著瑪瑙珠的戒指。
圖 / 〈從羅妹號事件到南岬之盟:誰的衝突?誰的和解?〉(原始資料:黃士強等(1987)〈墾丁國家公園考古民族調查報告〉)
石棺內的外國銀幣。左為 1785 年鑄造西班牙卡洛斯三世銀幣,銀幣正面鑄有西班牙國王半身像,還有「天」、「長」等漢字戳印。右為 1862 年鑄造的墨西哥共和國銀幣,正面鑄有一隻展翅的雄鷹,為墨西哥國徽,鑄造年分前的「G」,表示銀幣來自瓜納華托(Guanajuato)鑄幣廠。圖│〈從羅妹號事件到南岬之盟:誰的衝突?誰的和解?〉(原始資料:盧康泰(2015),〈臺灣南部考古出土與傳世的西方銀幣研究〉)
石棺內的外國銀幣。左為 1785 年鑄造西班牙卡洛斯三世銀幣,銀幣正面鑄有西班牙國王半身像,還有「天」、「長」等漢字戳印。右為 1862 年鑄造的墨西哥共和國銀幣,正面鑄有一隻展翅的雄鷹,為墨西哥國徽,鑄造年分前的「G」,表示銀幣來自瓜納華托(Guanajuato)鑄幣廠。
圖 / 〈從羅妹號事件到南岬之盟:誰的衝突?誰的和解?〉(原始資料:盧泰康(2015),〈臺灣南部考古出土與傳世的西方銀幣研究〉)

郭素秋解釋, 來義、恆春半島等排灣舊社皆位居深山,但從考古挖掘的出土文物,十三至十五世紀(宋元時期),部落已經出現福建的青瓷、白瓷;十七至十九世紀(明清時期),排灣族家屋的出土文物,幾乎看不見部落傳統的手製軟陶,中國閩、粵陶瓷器取而代之成為日常用品;來義舊社甚至挖出日本江戶時代的銅錢。

上述種種的考古發掘意味著:

三、四百年前,深山部落與外界已有活絡的交流往來,他們對新事物的接受度很高,也是海外陶瓷器的消費者。

「我完全沒料到會找到這麼多海洋性器物!部落看起來很山區、很邊緣,但並不是一般想像的貧瘠和無知。他們大量使用舶來品作為日用品,代表可以穩定地持續取得這些器物。」郭素秋打趣地說,「其實部落可能過得挺好的,有大鐵鍋,還能用銀幣、瑪瑙珠、瓷碗陪葬。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但這些海外器物,怎麼遠渡重洋到達南部深山?西班牙、墨西哥銀幣,又怎麼來到龜仔律社的石棺裡?

目前仍是待解之謎。郭素秋推測,因緣於大航海時代下的殖民浪潮與全球貿易,讓遠在墨西哥的銀幣、菲律賓(西班牙殖民地)的物資,有機會飄洋過海。同一時期的福建,也出現類似銀幣,隱然勾勒出在美洲墨西哥城、菲律賓馬尼拉、中國廈門、台灣瑯嶠之間輾轉流通的貨貿關係。

透過出土文物、文物的使用痕跡和記號,對照歷史脈絡,考古學家雖無法完全還原銀幣流通的路線,卻獲得了一幅全球尺度的圖像,映照出各地人群透過戰爭、殖民、貿易產生的連結。而從這一枚銀幣,也隱約窺見台灣原住民曾在全球貿易舞台「參一腳」。

牡丹社事件,日本籌畫三年一舉進攻

回到局勢詭譎的十九世紀,海風瞬息萬變,恆春半島與外來勢力的牽扯,也並未隨著合約簽訂而結束。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

1871 年,距離「南岬之盟」不到五年,一艘琉球宮古島的船隻在恆春半島遇難,五十四位琉球船民上岸後,因為文化衝突遭到高士佛社殺害。事發三年,日本高舉懲凶大旗,兵分三路深入山區擊潰牡丹社、高士佛社等部族,史稱「牡丹社事件」。

因為有美軍慘敗的前車之鑑,日本雖「故技重施」,但更為周全縝密。不僅花費三年籌畫,還找了熟悉瑯嶠各社、地形、清國統治實力的李仙得作軍事顧問,成功攻下瑯嶠地區。這次征戰也是明治維新後日本首度出兵海外,展示初露的帝國野心。

由於殺害琉球漂民的為高士佛社,武力最強大的則是牡丹社,日軍因此主要視兩社為攻擊目標。1874 年,日軍與牡丹社人激戰,攻破通往牡丹社和高士佛社的隘口「石門」, 原住民最終投降。圖為石門戰役後,日軍指揮官西鄉從道(第二排中)與斯卡羅頭目會面。圖│wikimedia
由於殺害琉球漂民的為高士佛社,武力最強大的則是牡丹社,日軍因此主要視兩社為攻擊目標。1874 年,日軍與牡丹社人激戰,攻破通往牡丹社和高士佛社的隘口「石門」, 原住民最終投降。圖為石門戰役後,日軍指揮官西鄉從道(第二排中)與斯卡羅頭目會面。圖 / wikimedia

「事件後三年才出兵,日本人已經能畫出一張非常精準的地圖,背後當然有政治目的。」郭素秋將 1874 年日軍繪製的古地圖與今日地圖套疊後,幾乎相差不遠。她分析日本成功控制恆春半島的關鍵,「牡丹社是當時最強大的番社,把牡丹社拿下來,其他部族自然就臣服。再加上李仙得引導,所以日本人對當地局勢非常清楚。」

被遺忘的 Linivuan 舊社

牡丹社事件對台灣的命運產生了關鍵性的影響,清國開始積極治理、開山撫番,可說是歷史科的「必考題」。那麼,還有什麼是我們不知道的?

「高士佛社被攻下,之後發生什麼事?族人全部逃難遷走,那裡變成一個禁忌之地,十幾年前我訪談的耆老過世後,現在已經沒有人知道 Linivuan (日軍進攻時的部落之地)在哪。」郭素秋感慨地說。

1874 年,高士佛社遭到日軍攻擊焚毀後,部落族人只得逃離舊社、輾轉遷徙到今日的居住地;當年逃離的舊社,確切位置逐漸被族人遺忘,只留下 Linivuan 這個名字。

為了找出舊社位置,郭素秋以「舊社考古學」方法多方比對,透過高士社耆老李金水、華阿財的口述,以及日軍發兵前繪製的「石門竹社楓港ノ三道攻擊要圖」交叉對照,終於判斷出 Linivuan 舊社應位於高士佛山東南側。這個考古發現,扭轉了過去研究者僅透過文獻史料造成的誤判!

1874 年在日軍攻擊下,高士佛社全村被燒毀,族人四散逃難遷徙,建立包括 Caliguan等三個部落。根據耆老華阿財口傳歷史, Linivuan 位在高士佛山南側;郭素秋則比對日軍地圖、現今地形稜線圖,判斷 Linivuan 位置應該略往東南一點。圖│郭素秋
1874 年高士佛社全村被燒毀,族人四散逃難,建立包括 Caliguan 等三個部落。根據耆老華阿財口傳歷史, Linivuan 位在高士佛山南側;郭素秋則比對日軍地圖、地形稜線圖,判斷 Linivuan 位置應該再略往東南一點。但兩者相距不遠。這個區塊可做為未來考古發掘的調查區域。圖 / 郭素秋

「舊社考古學」(methodology of archaeology of abandoned village site),就是從現生部落往前追溯他們遷徙前的舊社,重回現場進行考古學研究。配合文獻、考古文物和口傳歷史,建構舊社生活的具體圖像,並進一步確認遺址與現生族群的關係。

舊社考古學為何重要?郭素秋強調,文字留下的歷史常來自各方建構。從考古、出土文物考據,我們看到的可能是截然不同的另一側面。

各方歷史文獻有漢人觀點、日本人觀點、西方人觀點,唯獨缺少事件當下的在地觀點。史料必須與考古學對話,才能減少對歷史時空的考據偏誤。

尤其部落常有不同遷徙歷程,僅透過歷史文獻研究有時便可能失真。舉例來說,先前的研究者繪製日軍攻擊地圖時,取用高士社晚近的地點,誤標了關鍵的高士佛社、竹社位置,因此畫出來的進攻路線便有誤差。

1874 年日軍兵分三路進攻。圖為過往研究者繪製的各社位置、進攻路線,郭素秋重新考據舊社位置後發現,因為誤標高士佛社和竹社,因此讓圖中的日軍右翼進攻路線有所誤差。圖│研之有物(地圖資料來源│黃清琦)
1874 年日軍兵分三路進攻。圖為過往研究者繪製的各社位置、進攻路線,郭素秋重新考據舊社位置後發現,因為誤標高士佛社和竹社,因此讓圖中的日軍右翼進攻路線有所誤差。
圖 / 研之有物(地圖資料來源│黃清琦)

舊社考古,重回原住民觀點

「現今如果要對牡丹社事件提供新的理解,下一步就是回到 Linivuan 做考古研究,看看地底下有什麼樣的訊息,這是一個解決史料困境的方法。」郭素秋說。

舊社考古學便是試圖回到事件的當場,透過地層的無字天書,讓沒有文字的人發聲。

找出舊社位址,考古學者才有機會從一層一層的地表、地層深入發掘,更貼近數百年前的場景,勾勒部落當時的日常生活樣態。郭素秋有感而發地說:「考古不光只是研究『史前』,在歷史時期、重要事件,也可以發揮很重要的作用,增加新的資料、新的思考視點。」

一系列社頂遺址及 Linivuan 舊社的考察,我們宛如通往十九世紀末恆春半島的蟲洞,依稀見識當年排灣族人的生活輪廓。結束這場「穿越時空之旅」,郭素秋如此總結自己長年的研究關懷:「我們怎麼透過考古理解舊社、和史料對話,把發言權拉回原住民這邊,放到舞台中間寫歷史,這便是考古學可以努力做的事!」

註解

  • 註一:開頭場景參考文獻:曾明德,〈瑯嶠十八社頭人卓杞篤家族與恆春半島族群關係之變遷(1867-1874)〉,國立臺灣大學歷史學研究所碩士學位論文,2017

延伸閱讀

  • 郭素秋,〈從羅妹號事件到南岬之盟:誰的衝突?誰的和解?〉,《原住民族文獻》41期,2019
  • 郭素秋,〈牡丹社事件的考古學視點──1871 年事件的發生〉,《古今論衡》35 期,2020
  • 郭素秋,〈現生族群的溯源研究──以來義舊社為例〉,《從史前到歷史-臺灣東半部的文化樣相》,中央研究院,2020
  • 郭素秋個人網頁
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3925 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

0

0
0

文字

分享

0
0
0
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
251 篇文章 ・ 321 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

0
3

文字

分享

0
0
3
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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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, CaCo3 . 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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

顯微觀點_96
53 篇文章 ・ 13 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

0

5
1

文字

分享

0
5
1
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)」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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

參考資料:

延伸閱讀:

馬祖藍眼淚:從海岸奇景到顯微鏡下的祕密

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

顯微觀點_96
53 篇文章 ・ 13 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。
繁 简