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马雅石灰建筑物千年不倒之谜被揭开

西班牙格拉纳达大学发现，古代马雅石膏建筑物，能在潮湿环境仍屹立千年的秘密在于添加两种特殊植物汁液。图为游客参观位于洪都拉斯的科潘考古公园（Orlando Sierra / AFP）

古代马雅文化令人着迷，其中之一的就是建筑。人们一直不解，是什么能使马雅时期的高大的石灰膏建筑在潮湿的环境中屹立千年而不倒?最近，西班牙等国的科学家终于破解了这个秘密。

拥有近500年历史的西班牙格拉纳达大学（UGR），其矿物学和岩石学系教授卡洛斯·罗德里格斯-纳瓦罗（Carlos Rodríguez -Navarro）领导的团队，与哈佛大学、科潘（洪都拉斯）马雅雕塑保护实验室合作，终于发现，玛雅人在石膏中了添加特殊植物提取物，强化了石膏的性能。相关学术成果今年4月19日发表在《科学》杂志上。

研究小组先到中美洲的洪都拉斯西部的科潘（Copan），收集了多个马雅中期到晚期（公元540年至850年）的经典建筑样本，包括皇家卫城最高处著名的罗莎莉拉寺庙（Rosalila temple）建筑。寺庙的外墙粉刷的是非常细腻的粉红色石灰膏材料，这在马雅文明中极具代表性。

据科学家介绍，石灰膏（石灰和石膏混合）的使用可以追溯到公元前1万到1万2000年左右。一般是将天然石灰石（碳酸钙CaCO3）或贝壳等进行煅烧，把二氧化碳去除后得到的碳酸盐岩，用来生产生石灰（氧化钙CaO），生石灰加水熟化获得熟石灰（Ca（OH）2），最后再与空气中的二氧化碳反应凝固成高纯度的碳酸钙水泥。

马雅人在公元前1100年左右，使用自己的石灰膏配方，制造出久经耐用的石灰材料用于建筑物上，使其能在炎热潮湿的热带环境中暴露1200多年仍屹立不摇，这凸显该材料中的砂浆和灰泥拥有抗颗粒崩解、破裂或结垢等能力。

过往，许多科学家对古代马雅建筑物的材料进行了大量研究，包括大量的民族历史学、考古学和分析证据，表明当时的泥瓦匠们使用植物提取物，但并未真正确认原因，直到现在才正式揭开这种高性能材料的秘密。

研究过程中，团队成员从16世纪兰达（Diego de Landa）主教编写的编年史《论尤卡坦半岛》中找到灵感。书中特别提到，马雅建筑的较高部分屋顶，大多刷过特制的石灰材料，让建筑变得非常坚固，而材料使用了某种树的汁液。

科学家们透过穿透电子显微镜（TEM）、X射线衍射和偏振光显微镜等分析技术，共同研究从科潘地区收集来的样品。

他们在化验过程中发现，这些样品都含有机物化合物，并具有生物方解石晶体（碳酸钙CaCO3）的胶结物，就像现代版水泥中含有生物方解石矿物（例如，双壳类动物的壳）的纳米结构特征，这些有机物赋予石灰膏拥有较好的可塑性、韧性、耐候性和抗破损。

为了搞懂这些特殊晶体的来处，并证明石灰砂浆中（由石灰、骨料、沙子和水混合而成）的碳水有机化合物，类似于生物方解石矿物（机械强度比纯无机方解石高得多），团队特别请当地的马雅泥瓦匠帮忙。

泥瓦匠拥有自己代代相传的石膏制作配方。他们从当地叫作Chukum和Jiote的树木的树皮中提取树液。提取方法是，将树皮混入石灰膏，并在熟化过程中混合树液提取物。

这项方法是为了观察里面的结晶，是否与古老的建筑物相似，以便验证他们的猜测。结果显示，由此方法产生的材料，与古代马雅石膏中含有机化合物（多糖体）拥有的晶体结构和特征相似。

研究团队得出的结论是，古马雅人和其它古文明在开发自己石灰技术时，巧妙利用仿生（即模仿自然）技术，这当中加入天然的有机添加剂，强化了石灰砂浆和石灰泥的粘合性能。

实际上，在世界许多古文明时期，人们皆曾使用石灰膏和砂浆作为建筑材料，他们还会添加了天然有机成分，例如：植物提取物、糯米、果汁、油、动物脂肪，甚至添加血液和啤酒等有机物来强化材料，使建筑物更加牢固。

中国北魏时期（公元386年到公元535年）前修建的大型建筑物多以夯土（三合土，以红泥、粗砂、石灰和少量动物血）为主，但随着人们对建筑物强度需求增加，唐宋以后许多大型建筑物会用上糯米和夯土进行调和，制作出来的灰浆用来黏合砖石，其建筑强度远比纯石灰砂浆强度更大，且更具耐水性。

例如，唐宋时期的多座古塔和古桥、明代建造的南京等古城墙、北京故宫、明代长城、承德避暑山庄、钱塘江海塘等明清工程皆使用该种材料建造，使得这些建筑物历经数百年风雨和挺过许多大型地震，依然巍然挺立。