考古學研究的科學趣味：重建史前人的生活環境
102/09/09
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吳意琳｜
國立臺灣史前文化博物館
本文以臺東都蘭灣的考古發掘進行古環境、地形的重建為例，說明重建古環境與生態的分析工作，需要整合考古與科技，從地層中取得資訊，才能深入了解。
古人住在怎樣的環境中
在冒險電影中，考古學家可能在深山裡發現了古城，大漠裡發現了金字塔，但實際上若不是特別巨大的構造物，或在適當的保存環境中，史前人的居所通常很難保存下來。幾百年甚至幾千年前，人們居住的房子多半是簡單的木石構造或茅草屋，沒人住之後通常是坍塌或被後人拆掉，可能遺留下來的應該也只有屋舍構造物的礎石、柱洞。因此，史前人的居所並不易找尋，想知道他們當時居住的環境是在山上或海邊，就更不容易了。
另外，若遭逢環境的改變，如風災、水患、地震、海嘯的影響，遺留下來的線索可能就更稀少、更難辨認。考古學家必須蒐集各種形式的遺留，包括河相、海相和陸相的遺留，陶、石器的文化遺留，動物骨、魚骨的生態遺留，土壤中可能有的花粉遺留或植物矽酸體遺留，以及土層在探坑中堆積的情形，這些都是可以用來分析、重建史前環境的珍貴資訊。
如何判斷過去地形的變化
要進行考古工作，一般人都知道必須「挖掘」，但怎麼「挖」可是門大學問。都蘭灣階地考古探坑的斷面照片顯示，牆面上有一層黑色的土層相當清晰，其中密密麻麻的全是史前人遺留下來的陶片。這一層黑色土層是怎麼形成的，與上下土層的關係如何，其中包含了多少史前文化與史前環境的資訊，都要靠考古學家與地質地形學家的合作才能解答。
首先，考古學家和地質學家要判斷這是一處新鮮的斷面，才可以清楚地辨別過去自然環境怎樣作用在這個遺址上。因此，要先把觀察用的探坑整理乾淨，儘量呈水平或垂直的狀態。接著，要把地層斷面觀察的結果繪成詳細的彩色剖面圖。在這個剖面圖上，很清楚地看到地層疊壓的情形。
這張地層剖面圖顯示一些地層資訊，由此可以發現最早的地層，即第1～6層是接近水平狀態的，表示都是原始的堆積，沒有受到外來因素干擾。這對考古學家與地質學家來說，都是最重要的「原始地層」。
後來受到外力的影響，很可能是水流的侵蝕造成一個大凹洞，因此第17～20的地層是稍晚沖刷又填補進去的，在時間上晚於地層上同樣深度的第3～6層。第21層以後，地層都帶著許多粉砂，而且呈現水流（也有可能是大雨造成）經過的交錯層現象，說明水流的影響持續一段時間。一直到了第24層以後，才呈現水流影響比較不頻繁，地形較穩定的狀況。
從探坑地層中陶片遺留的情況，考古學家推測這裡應該是史前人居住的地方，或者離他們居住的地方不遠。對考古學家來說，第3、5、6層是史前人的生活層，曾經在這一個平面上活動，居住了好一段時間，地表才會形成緊密、壓實的狀況。在第19層的陶片數量很多，可是非常地殘破，好像有稍微被水流搬動了一下，或在一個水窪裡泡了許久，比較像是一個聚集了許多史前垃圾的凹溝，而不是一個史前人生活的早期地面。
最底層編號第1的地層是海相沉積的大卵石層，接著是第2層純淨的海砂，而有史前陶片的第3層直接堆疊在海砂上面，這表示史前人一開始是居住在離海邊不遠的沙丘或沙灘上。但這個遺址現在可是離海邊250公尺遠，海拔高度達到50公尺的階地，發生了什麼事？原來是因為臺東的海岸地質相當特殊，數萬年、數千年來不停地上升，造成遺址離海越來越遠，也越來越高。
如何重建古地形
只有這一個探坑的資料，當然不足以解釋史前人的居住環境。事實上考古學家與地質地形學家在發覺前已經把附近的地區都加以鑽探，對這一帶地底下埋藏的地形取得初步的了解。
在臺東海岸山脈與海岸公路之間，有一個美麗的都蘭灣，過去的考古調查發現了一些遺址，但對於遺址與古地形的關係並沒有深入研究。現在選擇這兩個階地，對古地形與環境進行更深入的了解。
如果從都蘭灣南方高地遠眺，可以看見都蘭灣邊上有許多綠油油的階地，都是長久以來持續抬升的階地。若由北向南望，階地外側的侵蝕面則較為清晰。這兩個階地的地表種滿了椰子樹或覆滿雜草，先以傳統的採土器把地層裡的土按照順序一層一層鑽取出來。把土層資訊記錄起來後再繪成圖表，地層底下古老砂層的分布深度便可以清楚地呈現出來，進而以3D剖面製作古地層推測圖。
以同樣的方式對階地1與階地2進行調查與記錄，比對兩處的資料，發現這兩個階地的地層分布很相似，特別是地層的底部都會接觸到古砂層，初步推測這兩個階地在過去可能是互相連接的。但還需要其他的證據，包括兩處地層的年齡是否相符，還有地層中考古遺物的年代、類型是否相近。
如何知道古地層的年代
要確定古地層的年代，最直接的方式就是在地層中採取碳樣標本，把這些可能是史前人類活動所遺留下來的碳，以精密的儀器定年，便能得知古地層的年代。
在階地1測定出了6個碳樣，階地2則測定出了3個碳樣，可以推測這兩個相鄰階地的年代，差不多都在距今4千年前左右。而這些碳樣大多數出現在古老的黃色砂層，換句話說，這一層地層上，史前人群活動比較密集的時間，可能是距今約4,500年前一直到3,800年前。而因為這層黃色砂層是疊壓在乾淨的海砂層上，表示當時這層黃色砂層離海岸不遠，史前人便在這個地方生活。
探坑地層裡出土了很多動物骨、魚的脊椎骨，還有鯊魚的牙齒，表示史前人應該享用了不少都蘭灣豐富的漁獲。在考古遺物方面，階地1與2都出土了新石器中期距今約4,500年至4,200年細繩紋陶時代典型的陶片與陶罐。這些線索讓我們得以再一次確認，兩個古沙丘階地最遲自新石器時代中期便開始有人類活動。
都蘭灣沙丘遺址古地形重建
最後，海邊的沙丘怎會移動到距海250公尺遠的地方，成為50公尺高的階地？其實，比較正確的說法，應該是海岸持續抬升，因此沙丘就漸漸地離海越來越遠，最後變成了山坡上的小階地。
結合所有調查的資料，推測這兩個原來是「一家人」的沙丘階地如何「分道揚鑣」的過程。在都蘭灣沙丘古地形重建推測圖的下方是最早的階段，這個層位的碳樣標本測得了可信的年代，因此推測約在距今4,500年前，史前人在這片沙丘上生活，遺留下了許多陶器、石器的碎片，以及獸骨、魚骨、鯊魚牙齒。
接著，在第2與第3階段，海岸沙丘持續抬升，而偶爾可能有從後方高地來的流水摻雜著泥沙的影響，加上沙丘鬆散的結構受到侵蝕切割的作用，原本連成一氣的沙丘開始分離。到了最後階段，沙丘抬升得越來越高，受到的切割侵蝕越來越深。後面都蘭山屬於八里灣地層帶有許多粉砂成分的水流，也不斷地堆積到沙丘階地上，大部分的階地被覆蓋住了，除非受到侵蝕才會露出底下的沙層，成為今天看到的階地面貌。
奇妙的地形變化，改變了史前遺址的位置。下一次當讀者經過都蘭灣旁高高的階地時，若是發現了貝殼與珊瑚礁，一點也不用驚訝，這真的是東海岸抬升作用造成的，也是臺灣東海岸獨特的景觀。
