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前往南美洲考古現場:挖出千年前祕魯沙漠漁村的生活史

研之有物│中央研究院_96
・2022/07/13 ・6171字 ・閱讀時間約 12 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。

  • 採訪編輯/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

帶上你無畏的心,出發去考古吧

如果現在就要出發到考古現場,你會帶上什麼?只見考古學家翻出三樣法寶:小平鏟、小水平儀、土色帖。正當你在納悶這些是什麼,考古學家突然蹦出一句:還要帶上一顆不怕日曬雨淋、上山下海、爬高鑽低的決心!

中央研究院歷史語言研究所助研究員陳珮瑜,就是一位充滿行動力的考古學家,飛越大半個地球,前往南美洲秘魯進行考古工作。在這塊古老的大陸下,埋藏著什麼樣的古文明?特殊的自然環境與社會風俗如何影響人類生活?現在就跟著研之有物一起前進考古現場吧!

印第安那瓊斯趁著德軍不注意,偷偷垂降入地下墓室。他用刷子仔細除去覆蓋在石碑上的黃沙,拿出筆記解讀古埃及象形文字,慢慢拼湊出希伯來聖物法櫃的埋藏地點……

這是電影《法櫃奇兵》的著名場景,可能也是你我對考古的最初印象,但實際的考古發掘真的是這樣嗎?

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不是只有刷子就好?實際上的秘魯考古現場

如果現在就要出發到考古現場,考古學家常攜帶三樣重要工具:土色帖、小平鏟、小水平儀。圖/研之有物

中研院歷史語言研究所陳珮瑜助研究員笑著說,用刷子就能進行考古發掘是很多人的刻板印象,但是大多數考古現場並沒有那麼單純,不同區域的環境特色會顯著影響考古學家使用的發掘方法。

例如臺灣的地底常含有充沛的地下水,考古學家常要一邊抽水、一邊從泥濘的地底撈出文物,使用刷子的機會微乎其微。此外,為了研究不同時期的人類活動史,也常需向下挖掘數公尺深的探坑,有時幾乎是冒著生命危險在狹窄的空間中工作,找尋並拼湊古代人類生活的線索

考古學家在深達 5 公尺的探坑內工作。圖/陳珮瑜

然而,當我們跟隨考古學家的腳步,來到太平洋另一端的秘魯海岸,場景切換成沙漠環境,這時候刷子還真的成為重要的考古工具。是什麼原因造就特殊的海岸沙漠環境?在安地斯山脈西麓這塊古老的大陸下,又埋藏著什麼樣的古文明,讓一名臺灣人想要跨越太平洋前來探究?

這一切都得從流經南美洲西岸的「秘魯涼流」說起。涼流導致海水溫度偏低,當冷空氣碰到溫暖的陸地後,空氣中的含水量上升,但濕氣無法凝結降雨,造就了秘魯沿岸的沙漠氣候。空氣中的水氣要等觸及安地斯高山後,才能重新凝結成雨,落下的雨水匯流成河,在往西流入太平洋的途中,沖積出由南而北獨立分布的河谷平原。

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如果你是距今 5 千年前的安地斯先民,你會選擇住在乾燥的沿海地區,還是肥沃的河谷平原?答案完全顛覆眾人的想像!

圖/研之有物(資料來源/陳珮瑜、NASA

是乾燥沿海?還是肥沃河谷?答案都在秘魯涼流內

考古學家針對秘魯多個河谷進行調查,發現在距今 5 千年前開始的安地斯先陶時代晚期(Late Preceramic Period;距今約 5,000 至 3,800 年前),主要的聚落皆分布在沿海地區,內陸河谷中的遺址數量相對稀少,顯示平原農耕不是當時首選的生業活動。那麼在沙漠環境中,人們又是靠什麼樣的生業策略取得食物?這跟秘魯涼流又有什麼關係呢?

原來,秘魯涼流雖然造成沿海乾燥的沙漠氣候,卻也為當地帶來豐富的海洋資源,至今仍是世界三大漁場之一,盛產鯷魚、沙丁魚等數量龐大且穩定的漁獲。

秘魯涼流漁場盛產鯷魚,至今仍被視為世界上數量最多、年產量最豐富的魚種。圖/iStock

綜合當地特有的環境條件,以及秘魯中、北部海岸大型遺址的出土資料,考古學家 Moseley 於 1975 年發表了著名的「海洋假說」(Maritime Foundations of Andean Civilization,又稱 Maritime Hypothesis),主要概念是:先陶時代晚期的人群最常利用的自然資源就是穩定且產量可預期的魚類,這些豐富的海洋資源足以取代農業、支撐人口增長。隨著人口增加,充足的勞動力逐步發展成專業化分工的複雜社會,而大型公共建築的出現即是文明發展最直接的證據

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海洋假說顛覆了舊大陸考古論述中以農業為主流的思潮,也建構了秘魯安地斯地區文明發展的獨特軌跡,成為近 50 年來秘魯考古學家批判或對話論述的焦點之一。

然而,無論是支持或檢討海洋假說,過往討論多著重在大型公共建築的研究。而陳珮瑜在著手秘魯研究之初就發覺:只關注公共建築的研究觀點,很難揭露史前人群的日常生活樣貌,也讓社會發展的圖像顯得單一。不同於其他人偏好在大型遺址進行研究,她鎖定此時期的小規模漁村聚落作為研究主體,企圖以考古發掘取得研究材料,探討史前社群的生業策略,一窺社會發展更多元的可能性。

這樣的研究視角是以史前的平民大眾為主體,構成一種「由下而上」的研究觀點:

考古學家可以藉由考古材料的累積,細緻地研究每個案例,拼湊出史前人群的生活線索。當累積的個案資料充足後,就能構成更清晰的社會發展趨勢,並逐步回應上層的理論問題。

「由下而上」的研究方法,重建千年前的人類生活史

Huaca Negra 遺址空照圖,圈起處是主要的考古區域。圖/Google earth、陳珮瑜補充遺址範圍

就是這種「由下而上」的研究信念,讓秘魯北海岸 Virú 河谷內,規模較小的 Huaca Negra 遺址在首次發現的 70 多年後,重新進入研究者的視野。在這個面積約 110 x 190 平方公尺、高約 5 公尺的土丘範圍中,陳珮瑜帶領的團隊發掘了 6 個探坑,完整揭露不同時期的文化層。

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考古學地層揭示了不同的人類活動痕跡,仔細觀察,哪裡有集中的貝殼遺留?哪裡有火煻痕跡?圖/陳珮瑜

透過觀察地層堆積,再整合碳十四分析校正定年的結果,團隊重建了當地長達 2 千年(距今 5,200 至 3,150 年前)的居住史,這當中的人類活動可以劃分成 4 個特色鮮明的階段,從早到晚分別是:非定居偶發人類活動、定居漁村聚落、聚落展開公共建築計畫、公共建築棄用與漁村生活的延續。

觀察地層堆積時,考古學家會借助土色帖,尋找人類活動的蛛絲馬跡。因人類活動的地點通常遺留較多有機質,讓土的顏色偏深。若想幫地層定年,可應用有機物進行碳十四分析。秘魯當地常用史前遺留的棉花種子,因生長週期短,比起碳化的木頭更能定出精準的年代。圖/研之有物

從距今 5,200 至 4,650 年前,最早有人類活動的底部地層觀察起,主要的堆積都是自然形成而顏色較淺的海沙,偶爾零星發現顏色較深的土層堆積,應是史前人群在此短暫活動、燒炭生火所留下的痕跡。

此外,團隊還發現一處密集的貝類遺留區,但上層又是連續的海沙堆積,顯示這時期的人類偶爾來遺址範圍內活動,但還未在此定居。

到了距今 4,650 至 4,100 年的第二階段,開始出現連續且顏色較深的土層,伴隨著一件件文物持續且穩定出土,證明人類開始在此定居。另外,仔細淘篩土壤所取得的標本顯示:這時期的魚類遺存出土密度為 4 個階段中最高,代表捕魚是此時期重要的生業活動。

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第二居住階段(定居漁村聚落)地層中,挖掘出許多魚類骨頭。考古學家研判,此時史前人群的生業活動著重在漁撈。圖/陳珮瑜

生業策略如何轉變?考古證據裡的線索

當遺址進入第三階段(距今 4,100 至 3,650 年前),居民生活似乎有了顯著的轉變。首先,以泥磚(adobe)興建的大型公共建築開始出現。考古團隊在其中一處泥磚牆下發現一具女性骨骸。從地層上可以看出,放入骨骸之後,人們在她身上放置一塊石頭,並有燒火的火煻痕跡,之後緊接著進行泥磚牆的建築作業。由此推測,骨骸放置與相關活動可能和施工前的儀式有關,這些特殊活動也讓學者更相信,此處發現的建築牆基是屬於公共建築,而非一般的家庭住屋。

第三居住階段(聚落展開公共建築計畫)地層中,發現一具女性骸骨(左下)、殘存的公共建築泥磚牆基。為了方便發掘人骨,上方的牆基、火煻、石頭已先移除。圖/陳珮瑜

另一個出乎意料之處在於生業活動的大轉變,地層中貝類遺留的出現頻率明顯高過魚骨!而且這些貝類多來自大約 1 公里外的海岸,顯示居民改以就近採集貝類作為主要的生業活動。

然而,專注在貝類資源利用有幾個缺點:首先,每回人力能採到的貝類數量有限,不如在漁場撒網捕魚有效率。此外,貝類離水死亡後容易腐壞,不像魚類能以曬乾、鹽漬、煙燻等方式保存。

簡而言之,以採貝為主的生業活動較難穩定支撐聚落人口的飲食需求,那麼是什麼原因導致這樣的轉變呢?

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第三居住階段(公共建築計畫展開)地層中,高密度的貝類遺留出土,顯示居民改以採貝作為主要的生業活動。圖/陳珮瑜

小型聚落中「勞動力的重新分配」可能是改變生業策略的主因。

從目前的資料看來,Huaca Negra 聚落 2 千年來的魚類、貝類組成都相當穩定,代表整體環境的波動不大;聚落規模方面沒有明顯變化,也暗示整體人口並無顯著增加。在外部條件相似的情況下,考古學家就得回到聚落內部活動來推敲可能的原因。

在第三居住階段最關鍵的聚落活動就是大型公共建築的興建,由於從事大型建設等公共活動需要投入較多人力,可能會動用到原本捕魚的勞動力,在人力有限的情況下,誰來負責張羅食物?誰來負責公共事務?成為居民需解決的問題。

陳珮瑜推論:「捕魚的收穫效益較高,但也需具備技術體力的漁夫,再搭配製作精良的漁船、漁網等工具才能執行。相對地,貝類採集活動雖然效率不高,但進入門檻也相對較低,生產力較低的老人、小孩都能協助進行,如此就能以即採即食的方式滿足基本飲食需求。」

換而言之,「勞動力的重新分配」可能是改變生業策略的主因。

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這樣的生業策略使得 Huaca Negra 能以小規模聚落的姿態滿足執行公共事務的需求,但也一定程度限制了聚落人口增長與規模擴張。遺址的最後一個居住階段是距今 3,650 至 3,150 年前,這時期出土的「陶器」和「棉紡織品」是重要的指標性文化內涵,代表從先陶時代進入秘魯考古學的下一階段:初始時期(Initial Period)

此時公共建築相關活動已逐漸停止,人們雖然繼續生活了一段時間,最終仍棄用了此地,之後遺址範圍內不再有人類穩定長居,只剩下地層中人群生活的些許痕跡,靜待數千年後考古學家的再度造訪。

距今約 3,500 年前的棉紡織品。秘魯特殊的乾燥環境讓有機的紡織品得以保存。圖/陳珮瑜

Huaca Negra 遺址沒有持續且大量使用魚類資源,改以採貝為主的生業型態也沒有讓居住人口、聚落規模因此增長。本研究呈現了不同於海洋假說的另一種發展過程,也說明每個史前社會都有其多元發展的可能性。

Huaca Negra 遺址自 1940 年代末期首次發掘,當時學者認為此遺址見證了秘魯史前人群從先陶時代進入初始時期的轉變,但不認為這兩個時期的生業活動有顯著差別。相隔 70 多年後,遠從臺灣來的考古學家帶領團隊進行最新研究,不只重建了更完整的居住史,也揭露了社會運作在不同階段的重要轉變。

陳珮瑜對整個考古研究歷程有感而發:「如果用過去那種大的文化框架來看,可能看不出這 2 千年來有什麼變化,但當你很細緻的去看這些材料,其實當中的差別還是很明顯。」這也回應了她的「由下而上」研究觀點,讓個案訴說自己的故事。

比較研究的開啟,發現祕魯與臺灣意外的共同點

陳珮瑜最初因學習西班牙文,因緣際會下前往秘魯參與考古工作。在南美洲這塊古老的大陸上,當地人通常知道住家附近有遺址或古墓群的存在,有些人甚至會沿用遺址的地基來蓋房子。遺址也有助市鎮凝聚歷史認同感、發展觀光與考古相關產業,幾乎每個市鎮都有考古博物館。

「我第一次參加秘魯的考古工作,就獲得當地市政府頒發的獎牌,表彰我們發揚當地史前文化的貢獻,這對來自臺灣的考古學家來說,是很新鮮也很振奮的體驗!」陳珮瑜回憶道,「他們的考古跟人的生活連結很強烈,考古學家的工作也被社會所重視,你會對那個情境有種嚮往,讓我想去那邊做研究。」

陳珮瑜(左一)與秘魯當地考古團隊。圖/陳珮瑜

如今,繞了地球一大圈又回到臺灣,陳珮瑜計畫將秘魯的研究收穫帶到臺灣繼續探索,進行跨文化的比較研究。

她進一步說到:「比較研究並不是說安地斯的文化脈絡可以直接套用在臺灣的考古研究,關鍵在於兩地皆會面臨同樣的問題:不同區域的小規模社會在邁向複雜化的過程中,有哪些不同的發展方向?生業型態或其他經濟活動扮演的角色為何?這也是臺灣較少探究的問題。」

除了大的研究議題可以互通,臺灣與秘魯還有一個出人意料的共通點,那就是從海岸到山區的直線距離都很短,史前人群能在相對短的步行時間內接觸到各種生態區位與資源。對此,秘魯考古學研究已有很多系統性的討論,探究人群對不同生態區位的互補運用。

這不禁讓陳珮瑜好奇,臺灣史前人類在不同生態區位可及性很高的條件下,有什麼特殊的資源使用邏輯?不同區位的交流互動對史前文化與社會發展產生什麼影響?或許都是下一步能探索的問題。

陳珮瑜的新研究預計從苗栗海岸地區的考古調查展開,試圖聚焦在聚落與環境的關係、可能的生業活動討論。以前輩考古學家的研究為起步基礎,如同考古學家在秘魯 Virú 河谷的實地踏查,一步一腳印,調查遺址現況、確認有無新的遺址發現,並尋找適合的遺址進行研究性質的發掘。

在由下而上的材料累積下,埋藏在臺灣地底的史前遺址正準備訴說屬於自己的故事

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研之有物│中央研究院_96
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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

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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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