揭開馬雅石灰建築物千年不倒之謎

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，在潮溼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，瑪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。

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（西元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。

據科學家介紹，石灰膏（石灰和石膏混合）的使用可以追溯到西元前10000~12000年左右。一般是將天然石灰石（碳酸鈣CaCO3）或貝殼等進行煅燒，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。

馬雅人在西元前1100年左右，使用自己的石灰膏配方，製造出久經耐用的石灰材料用於建築物上，使其能在炎熱潮溼的熱帶環境中暴露1,200多年仍屹立不搖，這突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。

過往，許多科學家對古代馬雅建築物的材料進行了大量研究，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。

古文明巧妙利用仿生技術

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，在潮溼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，瑪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。

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（西元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。

據科學家介紹，石灰膏（石灰和石膏混合）的使用可以追溯到西元前一萬到一萬兩千年左右。一般是將天然石灰石（碳酸鈣CaCO3）或貝殼等進行煅燒，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。

古代馬雅石膏建築物，能在潮溼環境仍屹立千年的祕密，在於添加兩種特殊植物汁液。（Orlando Sierra / AFP）

馬雅人在西元前1100年左右，使用自己的石灰膏配方，製造出久經耐用的石灰材料用於建築物上，使其能在炎熱潮溼的熱帶環境中暴露1,200多年仍屹立不搖，這突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。

過往，許多科學家對古代馬雅建築物的材料進行了大量研究，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。

古文明巧妙利用仿生技術

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）的奈米結構特徵，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。提取方法是，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。

中國古建築屹立不搖

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，他們還會添加了天然有機成分，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（西元386年到西元535年）前修建的大型建築物多以夯土（三合土，以紅泥、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。

例如，唐宋時期的多座古塔和古橋、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挺過許多大型地震，依然巍然挺立。◇