〈研之有物〉臺灣鐵器時代玻璃珠從哪來？除了遺址考古你還需要材料科學
為什麼要研究臺灣鐵器時代玻璃珠？
古代物品的交換與流動，是考古學密切關注的主題。臺灣在新石器時代的流行物品是「玉」，到了鐵器時代，玉的風潮不再，取而代之的飾品正是「玻璃珠」。過去臺灣考古學家認為鐵器時代的玻璃珠是從東南亞進口，但沒有明確證據；中央研究院歷史語言研究所助研究員王冠文，透過嚴謹的材料科學分析，與研究團隊突破了這項瓶頸。
從材料科學出發
距今 2000 年內的鐵器時代，臺灣各地遺址出土不少玻璃珠，透過材料分析顯示，玻璃珠主要來自東南亞，甚至與更遙遠的南亞、西亞有所連結。可以說，這些彩色裝飾品見證了鐵器時代臺灣與世界的交流，也是中研院歷史語言研究所助研究員王冠文的研究主題。
與大多數考古學家不同，王冠文具有堅實的理工背景，同時也喜歡從考古發掘故事。大學就讀清華大學材料科學工程學系，碩士即出國深造投入考古學領域。一開始碩士時期研究中亞的釉，在英國雪菲爾大學讀博士時，主題就轉換到玻璃考古。
回臺灣之後，王冠文延續過去所學，思考著：出土於臺灣鐵器時代的玻璃珠數量很多，可是還沒有太多研究，應該會是值得探索的題材。
來源追追追：從玉器到玻璃珠
玻璃珠對臺灣的考古學有什麼意義？首先回顧臺灣古代史，距今 4000 多年前南島族群離開臺灣，移民到東南亞並逐漸形成各地南島語族時，臺灣和東南亞之間仍然保持來往，一大明確的證據來自「玉」。澳洲國立大學考古學家洪曉純比對東南亞玉器的化學成份，發現它們來自花蓮的豐田，證實當時臺灣與東南亞跨海的長距離連結。
臺灣玉器大部份流行於新石器時代，到了更晚的鐵器時代，玉的風潮不再，取而代之的飾品正是「玻璃珠」。王冠文說，藉由考古可以得知物的交換和流動，過去臺灣考古學家認為臺灣在新石器時代向東南亞出口玉材，到了鐵器時代則改成由東南亞進口玻璃珠，但沒有明確的證據證實玻璃珠的來源，王冠文與研究團隊透過科學分析突破了這項瓶頸。
玻璃製造技術與起源
已知的考古紀錄中，最早燒製玻璃的是古埃及與美索不達米亞人，隨後南亞、東亞也出現燒製玻璃的技術。儘管大原則類似，然而各地材料與製程仍有差別，玻璃燒製技術可能為多地獨立起源。
臺灣鐵器時代遺址出土的玻璃珠，幾乎都屬於「鈉鋁矽酸鹽」和「鈉鈣矽酸鹽」兩個系統，它們在製作時都使用鈉作為助熔劑，目的是降低氧化矽的熔點，減少製程難度。
兩個系統有何區別呢？王冠文說，科技考古學界習慣將鈉鋁矽酸鹽玻璃稱為「礦物鈉鋁玻璃」，因為鈉的原料來自礦物，這類玻璃最初在南亞研發，相關產品後來分布範圍很廣，東亞、東南亞、南亞、非洲東岸都能見到。公元前 4 世紀，也就是距今約 2400 年前開始，東南亞就從印度輸入礦物鈉鋁玻璃製作的飾品，但是東南亞當地的工匠是否也會生產這類玻璃，仍缺乏資料佐證。
相較於礦物鈉鋁玻璃為南亞起源，鈉鈣矽酸鹽玻璃則是西亞起源，科學分析發現鈉助熔劑來自植物灰，所以又可稱為「植物灰玻璃」，最早的植物灰玻璃可以追溯到古埃及，大約在 6~7 世紀時復現於西亞。這種玻璃製品出現在東南亞的年代稍晚，大概是 7~8 世紀之後。
從玻璃珠看見臺灣與世界的連結
王冠文分析的樣品，主要來自公元 1 世紀以後的臺灣玻璃珠，都是尺寸很小的中空串珠，顏色多變、色彩強烈，作為裝飾品或陪葬品。透過化學分析不同玻璃珠的材料差異，可以追溯其來源。
由於目前沒有考古證據支持臺灣在鐵器時代，和南亞或西亞有直接的交流，但考古證據顯示，當時兩類玻璃皆由南亞、西亞交易至東南亞。
納入地理因素考量，王冠文認為臺灣出土的植物灰玻璃珠和礦物鈉鋁玻璃珠，可以合理推論主要來自東南亞。不論玻璃珠最初的產地在哪兒，經歷過什麼旅程，它們抵達臺灣的前一站都是東南亞某處。
也就是說，臺灣或許處於傳統認知的歐亞大陸「文明世界」之外，幾千年來卻非文化上的孤島。透過東南亞這個中繼站，臺灣和蓬勃的南海交流圈有直接來往，和距離更遠的印度洋交流圈也有間接互動，甚至可以推論，亦與遠在半個世界以外的伊斯蘭文化圈間接有所聯繫。
有沒有可能從中國進口玻璃珠？
臺灣從文化相近的東南亞進口玻璃珠，那是否也有從東亞大陸引進？畢竟說到玻璃製作，埃及、中東、印度之外，中國也有悠久的傳統。
王冠文說，中國密集出產「高鉛玻璃」，並且有些成品含有「高放射性成因鉛（註 1）」。因此和臺灣鐵器時代前期的玻璃珠比較（包含西亞植物灰玻璃、南亞礦物鈉鋁玻璃），成份明顯不同，能清楚區別。
不過，臺灣遺址確實出土過高鉛玻璃，年代比南亞、西亞產品更晚，要等到 10 世紀。這些玻璃或許直接來自臺灣海峽的對岸，但是也可能經歷更加迂迴的路線，例如先從中國輸出到東南亞，再從東南亞引進臺灣，目前證據仍不足。
當時臺灣沒有生產玻璃珠嗎？
既然臺灣鐵器時代的玻璃珠來自東南亞，除了進口之外，臺灣本地是否也會自行生產？這個問題比想像中複雜，王冠文研究發現，鐵器時代的臺灣沒有燒製玻璃（glassmaking）的證據，但是有自行加工（glassworking）。
玻璃珠的考古通常更為困難，主要和玻璃製造方式有關。首先是需要採集矽砂及助熔劑原料，從無到有製造出玻璃，玻璃燒製的地點通常靠近矽砂或助熔劑來源，獲得玻璃成品或半成品之後，再送到其他地方加工。即使是玻璃成品，過了一段時間後也可能被重新熔化，加工做成新的製品，例如玻璃珠。
此外，玻璃的工坊遺跡也難以留存。目前印度仍有少數作坊以古法製造玻璃，考古學家觀察到，印度工匠的作坊只要不再使用，短短幾年後就不留痕跡。如果古代也是如此，也難怪考古學家至今為止，在南亞和東南亞仍然沒有發現明顯的玻璃工坊遺跡。
相較於另一個臺灣代表性飾品「玉」，玉本身就是礦物，成分幾乎不會改變，而且玉礦很少，追蹤來歷相對單純。玻璃是人造混合物，除了主要成份外，其餘成份可以持續變動，能製作玻璃的原料也普遍存在，不容易判斷具體的取材範圍。
臺灣古代最容易接觸東南亞的是東部、南部，也是較早出土玻璃珠的地區 。玻璃珠本身無法取得定年資訊，必需依靠周圍材料。可惜臺灣很多遺址缺乏更細緻的定年結果，也就難以釐清玻璃珠的精確年代，常見「3 到 6 世紀」、「6 到 9 世紀」這類範圍很大的年代估計。
儘管有重重限制，王冠文依然盡力追尋一切線索。回答臺灣玻璃珠生產的考古問題，舊香蘭遺址是很好的研究案例。
舊香蘭遺址找答案
舊香蘭遺址位於臺東，年代介於公元前 3 到 8 世紀，總共出土約 2800 件完整玻璃珠，以及數百件玻璃廢料，也有鐵器與處理金屬的相關遺留。處理金屬與玻璃珠同樣需要高溫，意謂當時的工匠懂得高溫工藝。
由於出土大量的玻璃與廢料，學者一度推論舊香蘭曾經是玻璃的燒製場所。然而，王冠文的分析指出，當地應該只有進行過玻璃珠加工，找不到燒製的證據。
舊香蘭出土的玻璃珠幾乎都是礦物鈉鋁玻璃，完全沒有植物灰玻璃，廢料則兩者皆有。以化學組成判斷，礦物鈉鋁玻璃的原料主要是花崗岩質砂，植物灰玻璃則需要沙漠地區的鹽生、旱生植物，這些原料不易在臺灣取得，因此玻璃珠或玻璃料最可能從海外進口；而植物灰玻璃廢料的年代，應該比部分礦物鈉鋁玻璃更晚。
要判斷製造的痕跡，玻璃珠製法也是關鍵。玻璃珠可分為拉製（drawn）和捲製（wound）兩大類，目標都是做出可以被串起的中空玻璃珠。捲製法相對簡單，用鐵棒捲起融化的玻璃條，冷卻後成形即可。拉製法則比較費工，製作時一位工匠使用空心長鐵棒，將熔爐中的玻璃捲成錐狀，另一位則在另一側從熔爐拉出長玻璃管，再裁切做成中空玻璃珠。製作過程，黏附在金屬工具的玻璃，冷卻剝落後，外觀也會形成易辨認的玻璃廢料。
南海交流圈的礦物鈉鋁玻璃珠，多由拉製法製成。臺灣舊香蘭遺址的完整玻璃珠成品也是拉製法，但是當地並未發現空心長鐵棒等相關遺留，也沒有典型的拉製法玻璃廢料，因此這批玻璃珠似乎並非於臺灣製造，而是直接進口而來。
有意思的是，舊香蘭的玻璃廢料，看起來是呈現捲製法的工藝技術。這表示舊香蘭工匠懂得加工玻璃的手藝，且和當時東南亞主流技術不同，技術從何而來，仍有待探究。從玻璃廢料與玻璃珠的製程差異來看，可推論兩者有不同的淵源：即玻璃珠是進口舶來品，玻璃廢料則為本地加工的遺留，兩者很可能處於不同年代。
另一處距離舊香蘭不太遠，位於屏東的龜山遺址，年代約介於 3 到 9 世紀，出土過 123 件玻璃珠，不過沒有加工玻璃的跡象。龜山玻璃珠超過 80% 是礦物鈉鋁玻璃，其餘則是植物灰玻璃，應該都是進口產品。
顏色透露出的考古訊息
顏色是玻璃珠考古的另一重點，加入不同化學成份作為「著色劑」（colouring agent），便能創造色彩多變的玻璃珠。著色劑可以在玻璃製造的初期就加入，也能加工時另外添加。
想像東南亞作坊的畫面：前一陣流行紅色珠珠，趕快製作一批；最近風潮又變成橘色，那就再加把勁，改燒製橘色玻璃，把紅色變成橘色珠珠趕流行。
臺灣不同遺址的玻璃珠顏色有別，例如有一款只有表面一層橘色的橘皮珠，只流行於北部和東北部，或許就反映當時該地區人群對橘色珠珠的偏好。鐵器時代絕大部分玻璃珠只有一種顏色，紅、橘、黃、綠、藍等色各有不同作法。目前王冠文的研究著重於礦物鈉鋁玻璃珠的著色。
臺灣的礦物鈉鋁玻璃珠皆由拉製法所製，大部分玻璃珠的著色步驟應該不在臺灣進行。對於臺東舊香蘭、屏東龜山、宜蘭淇武蘭、臺南道爺南和五間厝遺址的分析指出，銅是最普遍使用的著色劑原料，不同化學狀態的銅，根據氧化還原狀態的差異，可以產生紅、橘、藍等色彩；黃色玻璃的著色劑，來自人工製成的黃色顏料──鉛錫黃（水合錫酸鉛）；綠色玻璃則同時帶有黃色顏料以及銅藍著色劑。
有趣的是，透過科學分析，發現臺灣遺址有些橘色珠的微觀結構中，同時存在氧化銅及氧化錫的結晶，但形成橘色並不一定需要錫，例如淇武蘭遺址的某些橘色珠便幾乎無錫，可是為什麼錫會出現在橘色珠內呢？
可能的原因是，這些橘色珠當初添加銅為著色劑時，加入的是銅錫合金（青銅），所以錫不經意地一起熔入玻璃珠內。另一個可能性，是由玻璃科學的角度而言，錫有促進銅著色劑之橘色顯色功用。
古代工匠或許在不知情的狀況下，發現青銅的妙處，刻意選用青銅做為原料。而青銅是人類史上影響力最大的金屬之一，如果推論正確，玻璃珠和青銅之間的關係，將帶來新的認識。
基於材料科學的背景，王冠文目前研究題材多為高溫工藝素材，未來除了玻璃珠以外，臺灣遺址中的紅玉髓（一般人常和瑪瑙珠搞混）、青銅器等材料，也會納入研究對象。考古學研究，不僅可得知物的交換與流動，同時也能以更寬廣的視野來看待歷史與現實。
註 1：高放射性成因鉛指的是，鉛的形成過程是經由放射性的衰變產生，例如鉛 206、鉛 207、鉛 208。
原文連結：
延伸閱讀：
- 王冠文（2017）。〈出土物成分透漏的資訊〉，《科學發展》，540: 32-36。
- 王冠文、李坤修、陳光祖、飯塚義之、Jackson, C.（2018）。〈由舊香蘭遺址玻璃質遺留的原料及工藝談玻璃珠的交換〉，《考古人類學刊》，89: 57-91。
- Wang, K. W., Iizuka, Y., Hsieh, Y. K., Lee, K. H., Chen, K. T., Wang, C. F., & Jackson, C. (2018). The anomaly of glass beads and glass beadmaking waste at Jiuxianglan, Taiwan. Archaeological and Anthropological Sciences, 11(4), 1391–1405.
- Wang, K. W., Li, K. T., Iizuka, Y., Hsieh, Y. K., & Jackson, C. (2021). Glass beads from Guishan in Iron Age Taiwan: Inter-regional bead exchange between Taiwan, Southeast Asia and beyond. Journal of Archaeological Science: Reports, 35, 102737.