馬雅石灰建築物千年不倒之謎

西班牙格拉納達大學發現，古代馬雅石膏建築物，能在潮濕環境仍屹立千年的祕密在於添加兩種特殊植物汁液。圖為遊客參觀位於洪都拉斯的科潘馬雅考古公園。（Orlando Sierra / AFP）

馬雅人在公元前1100年左右，使用自己的石灰膏配方製作石灰材料用於建築物上，使其能在炎熱潮濕的熱帶環境中暴露1200多年仍屹立不搖。科學家研究發現，馬雅人在石膏中添加特殊植物提取物，強化了石膏的性能。

編譯：吳瑞昌

古代馬雅文化令人著迷，其中之一的就是建築。人們一直不解，是什麼能使馬雅時期的高大的石灰膏建築在潮濕的環境中屹立千年而不倒？最近，西班牙等國的科學家終於破解了這個祕密。

擁有近500年歷史的西班牙格拉納達大學（UGR），其礦物學和岩石學系教授卡洛斯．羅德里格斯-納瓦羅（Carlos Rodríguez -Navarro）領導的團隊，與哈佛大學、科潘（洪都拉斯）馬雅雕塑保護實驗室合作，終於發現，馬雅人在石膏中了添加特殊植物提取物，強化了石膏的性能。相關學術成果今年4月19日發表在《科學》雜誌上。

石灰膏材料在馬雅文明中極具代表性

研究小組先到中美洲的洪都拉斯西部的科潘（Copan），收集了多個馬雅中期到晚期（公元540年至850年）的經典建築樣本，包括皇家衛城最高處著名的羅莎莉拉寺廟（Rosalila temple）建築。寺廟的外牆粉刷的是非常細膩的粉紅色石灰膏材料，這在馬雅文明中極具代表性。

科潘考古公園羅莎莉拉寺廟外牆粉刷的是非常細膩的粉紅色石灰膏材料，這在馬雅文明中極具代表性。圖為羅莎莉拉神廟內的面具雕刻牆面。攝於2012年。（Orlando Sierra / AFP）

據科學家介紹，石灰膏（石灰和石膏混合）的使用可以追溯到公元前1萬到1萬2000年左右。一般是將天然石灰石（碳酸鈣CaCO3）或貝殼等進行鍛燒，把二氧化碳去除後得到的碳酸鹽岩，用來生產生石灰（氧化鈣CaO），生石灰加水熟化獲得熟石灰（Ca(OH)2），最後再與空氣中的二氧化碳反應凝固成高純度的碳酸鈣水泥。

馬雅人在公元前1100年左右，使用自己的石灰膏配方，製造出經久耐用的石灰材料用於建築物上，使其能在炎熱潮濕的熱帶環境中暴露1200多年仍屹立不搖，這凸顯該材料中的砂漿和灰泥擁有抗顆粒崩解、破裂或結垢等能力。

揭開馬雅建築物高性能材料的祕密

過往，許多科學家對古代馬雅建築物的材料進行了多方研究，包括大量的民族歷史學、考古學和分析證據，表明當時的泥瓦匠們使用植物提取物，但並未真正確認原因，直到現在才正式揭開這種高性能材料的祕密。

研究過程中，團隊成員從16世紀蘭達（Diego de Landa）主教編寫的編年史《論尤卡坦半島》中找到靈感。書中特別提到，馬雅建築的較高部分屋頂，大多刷過特製的石灰材料，讓建築變得非常堅固，而材料使用了某種樹的汁液。

科學家們透過穿透電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射和偏振光顯微鏡等分析技術，共同研究從科潘地區收集來的樣品。

他們在化驗過程中發現，這些樣品都含有機物化合物，並具有生物方解石晶體（碳酸鈣CaCO3）的膠結物，就像現代版水泥中含有生物方解石礦物（例如雙殼類動物的殼）的納米結構特徵，這些有機物賦予石灰膏擁有較好的可塑性、韌性、耐候性和抗破損。

為了搞懂這些特殊晶體的來處，並證明石灰砂漿中（由石灰、骨料、沙子和水混合而成）的碳水有機化合物，類似於生物方解石礦物（機械強度比純無機方解石高得多），團隊特別請當地的馬雅泥瓦匠幫忙。

泥瓦匠擁有自己代代相傳的石膏製作配方。他們從當地叫作Chukum和Jiote的樹木的樹皮中提取樹液。方法是，將樹皮混入石灰膏，並在熟化過程中混合樹液提取物。

這項方法是為了觀察裡面的結晶，是否與古老的建築物相似，以便驗證他們的猜測。結果顯示，由此方法產生的材料，與古代馬雅石膏中含有機化合物（多醣體）擁有的晶體結構和特徵相似。

研究團隊得出的結論是，古馬雅人和其他古文明在開發自己石灰技術時，巧妙利用仿生（即模仿自然）技術，這當中加入天然的有機添加劑，強化了石灰砂漿和石灰泥的黏合性能。

中國古代的建築黏合劑

實際上，在世界許多古文明時期，人們皆曾使用石灰膏和砂漿作為建築材料，他們還會添加天然有機成分，例如植物提取物、糯米、果汁、油、動物脂肪，甚至添加血液和啤酒等有機物來強化材料，使建築物更加牢固。

中國北魏時期（公元386年到公元535年）前修建的大型建築物多以夯土（三合土，紅泥、粗砂、石灰和少量動物血）為主，但隨著人們對建築物強度需求增加，唐宋以後許多大型建築物會用上糯米和夯土進行調和，製作出來的灰漿用來黏合磚石，其建築強度遠比純石灰砂漿強度更大，且更具耐水性。

唐宋以後許多大型建築物會用糯米和夯土進行調和製作灰漿，用來黏合磚石，其建築強度遠比純石灰砂漿強度更大。圖為賀蘭山下大散關附近一段古老的長城。（Frederic J. Brown / AFP）

例如，唐宋時期多座古塔和古橋，明代建造的南京等古城牆，北京故宮、明代長城、承德避暑山莊、錢塘江海塘等明清工程皆使用該種材料建造，使得這些建築物歷經數百年風雨和許多大型地震，依然巍然挺立。◇