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2017-12-01穿越時空的科學檢閱──考古學與化學分析
576 期
Author 作者
王冠文／中央研究院歷史語言研究所博士後研究學者，由材料科學轉攻考古學，專長為玻璃質文物的科學分析。
考古文物的生命歷程
考古學是透過出土文物或生態遺留了解過去人類社會與生活環境的一門學科，近幾十年來，越來越多考古學研究開始使用科學分析技術，嘗試取得更多資訊，而化學分析便是其中之一；若要了解化學分析在考古學中的應用，必須先從考古文物的生命歷程談起。
一件物品的生命歷程包含製造、交易、使用、丟棄、沉積掩埋以及發掘出土等過程（圖一）。在這些過程中，不論是人類的行為或周遭環境，都可能影響我們最終所觀察到的文物化學成份。
不同地區或年代的製作傳統對於器物原料的採集來源、搭配以及淘洗、篩選等製作過程可能有不同的偏好，所以器物化學組成的差異，可以讓我們判斷他們的製作地區或原料配方是否不同。若是器物的製作需要經過燒製，燒製的環境中，燃料灰與器物的接觸等因素，也可能使得器物表面的化學成份產生變化。
器物製作完成後，使用過程也會影響化學成份，例如做為烹煮或儲存食物的陶器，可能有遺留在陶器內部的食物殘渣；不同食物的有機化學組成不同，考古學家藉由分析這些殘渣，可以推測當時人們的生計與飲食習慣。
有些器物製作完成後，可能會透過交易行為，輾轉進入不同地區，這時候器物的化學成份便可能提供考古學家線索，以判斷這些物品是否為當地製作，或是由外地引入的舶來品。
一件器物在歷經使用、丟棄、再使用的過程後，最終被完全遺棄，隨著歲月的痕跡逐漸沉積掩埋在地層之中，而部分的器物可能在千百年後被考古學家發掘出土，再度出現在我們面前。在掩埋過程，埋藏環境使得器物產生風化或腐蝕，往往也會造成化學成份的轉變，例如考古出土的青銅器表面，因為在埋藏環境中長期與周圍環境的物質產生作用，生成不同結構與成份組成的鏽蝕物，透過分析這些鏽蝕物的生成機制，可以幫助我們了解青銅文物的保存與修復。
下面我們用埃及彩陶（Egyptian faience）以及埃及、 美索不達米亞與地中海一帶的玻璃交易當範例，告訴大家化學分析所能得到的資訊。
埃及彩陶真的是陶器嗎？
埃及彩陶的發展，大約起源於西元前4000 年，是目前所知年代最久遠的上釉工藝品，包含珠子、手環、護符、雕像、碗等文物，文物表面通常覆上一層天青色的釉色。
19世紀的考古學家在埃及發掘時，使用「彩陶（faience）」 稱呼這類上釉的器物。然而，「彩陶」一詞其實是指稱在約西元14世紀時發展自義大利的陶器，也就是我們現在常聽到的「馬約利卡陶器（majolica）」，這類陶器主要以白色的錫釉為底，並在釉上繪製各種彩色的圖案。在所謂的「埃及彩陶」出土後，科學家對於這類器物的製作過程感到好奇且進行分析，才發現「埃及彩陶」與義大利的彩陶，無論是原料或製作過程都不屬於同一類的工藝品。
一般的釉陶是以陶土做為坯體，捏塑出器物的形狀並經過素燒、再進行上釉等裝飾的程序。但是，科學家進行化學分析後，發現埃及彩陶的坯體並不是一般的陶土（含有氧化矽、氧化鋁、氧化鐵等主要成份）， 而是幾乎由純石英砂（氧化矽）所組成，石英砂之間藉由細微玻璃相的存在彼此連接；埃及彩陶的釉的化學成份，也與傳統義大利彩陶的錫釉不同，主要的化學組成是氧化矽、氧化鈉、氧化鉀、氧化鈣與氧化銅。更有趣的是，科學家同時也發現當埃及人在製作這些器物時，器物的捏塑與上釉一氣呵成，並不像現在的製陶技術有多道程序。……【更多內容請閱讀科學月刊第576期】