台灣西南地區現生牡蠣與考古遺址出土牡蠣殼體穩定同位素所反映之水體環境意義

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(1)台灣西南地區現生牡蠣與考古遺址出土牡蠣殼體穩定同位素所反映之水體環境意義 Water environment Inferred from Stable Isotope Compositions of Modern and Archaeological Oyster Shells, Southwest Taiwan. 碩士畢業論文 A Master Thesis 呂香儒 Hsiang-Ju Lu 國立台灣師範大學 National Taiwan Normal University 地球科學系 Department of Earth Sciences 中華民國九十八年七月 July, 2009 學科領域：地質學 Subject: Geology. i.

(2) ABSTRACT Water environment Inferred from Stable Isotope Compositions of Modern and Archaeological Oyster Shells, Southwest Taiwan (July, 2009) Hsiang-Ju Lu, Department of Earth Sciences, National Taiwan Normal University, Taiwan, Republic of China Advisor: Dr. Horng-Sheng Mii. The cultivated oysters, Crassostrea gigas, and water samples were collected at Jinhu Fishing Port, Yunlin county in June, November, and December of 2008, and in March and May of 2009. We calibrate the oxygen isotope compositions of modern oyster shells to the temperature, salinity, and oxygen isotope contents of the water they lived in. The archaeological oyster shells were got at Southern Taiwan Science Park. In order to understand climate change in Southwest Taiwan, we analyzed the stable isotope compositions of modern oyster shells compared to those of archaeological oyster shells. The oyster shells were cut from dorsum to abdomen and were made into thin sections. Microstructure of cross- sections of the ligamental area were observed under the microscope with the transmitted light and cathodoluminescence to evaluate the shell preservation. The oxygen isotope values of the ligamental area of the modern oyster shells are between -5.78‰ and -0.92‰ (-3.90± 1.17‰, N=189; 1σ). The carbon isotope values of the ligamental area of modern oyster shells are between -4.07‰ and -0.24‰ (-2.15± 0.77‰). The δ18O curves of individual modern oyster shells which died in different months can reflect seasonal. iii.

(3) change and the whole year record, separately. The calculated minimum oxygen isotope temperature is 19.7°C, but whereas the measured minimum temperature is 15°C. Thus, the modern oyster shells may not record the lowest temperature in winter. Archaeological oyster shells are from two different archaeological sites in Southern Taiwan Science Park. One is Nan Kuang Li (NKL) and the other is Nan Kuang Li East (NKLE) Archaeological Site. The age of Nan Kuang Li Archaeological Site was roughly 4100~ 4700 B. P.. The δ18O values of the three NKL oyster shells from the upper layer are between -6.91‰ and -0.80‰ (-3.36± 1.65‰, N=83; 1σ) and the δ13C values are between -4.08‰ and -0.39‰ (-1.15± 1.35‰). Five shells were took from the lower layer in NKL Archaeological Site. The δ18O values of the well- preserved NKL oyster shells are between -6.51‰ and -0.35‰(-2.89± 1.38‰, N=93; 1σ) and the δ13C values are between -5.80‰ and 2.50‰ (-1.66± 2.07‰). There were three shells from Nan Kuang Li East archaeological site. The δ18O values of the well- preserved NKLE oyster shells are between -7.93‰ and -0.37‰ (-2.91± 1.81‰, N=75; 1σ), and the δ13C values are between -5.59‰ and -0.56‰ (-2.35± 1.19‰). Archaeological oyster shells are 1.01‰ greater than that of the modern oyster shells in δ18O values. It indicates that the climate in 4100~ 4700 a. B. P. was 4 °C less than modern. Based on the δ18O profiles of each archaeological shells, most of the archaeological oysters were collected in winter and spring.. iv.

(4) 摘要. 台灣西南沿海現生牡蠣與台南南關里遺址牡蠣殼體穩定同位素所反映之環境意義 (中華民國九十八年七月) 呂香儒國立台灣師範大學地球科學研究所指導教授：米泓生博士. 本研究利用養殖於雲林縣金湖漁港潮間帶水域現生長牡蠣（Crassostrea gigas）標本以及水樣標本，探討現生牡蠣殼體氧同位素成份與水體氧同位素數值及其生活水體間之關係。並進一步將現生殼體氧同位素數值與環境之關係，應用於南關里遺址和南關里東遺址牡蠣殼體的氧同位素數值，以了解台灣西南地區環境變遷的情形。標本均由喙部至腹部縱切製成薄片，藉透射光及陰極射線顯微鏡觀察韌帶部殼體的微細構造及保存狀況。現生牡蠣分別於 2008 年 6、11、12 月及 2009 年 3、5 月取得，其殼體韌帶部位 δ18O 數值介於-5.78‰~-0.92‰之間(平均值為-3.90±1.17‰， N=187；1σ)，δ13C 數值介於-4.07‰~-0.24‰之間(平均值為-2.15±0.77‰)。不同月份死亡的個體，其氧同位素皆能呈現出輕重不同的變化，符合環境變化的趨勢，從 2008 年 6 月至 2009 年 5 月的牡蠣氧同位素記錄，可看到完整一年的變化。將不同月份的海水氧同位素與各自月份生長的殼體氧同位素代入氧同位素溫度方程式，可發現計算出的最低溫為 19.7°C，與實際海溫的 15°C 不符，因此推論牡蠣適合生長的環境溫度應高於 19°C，低於 19°C 牡蠣可能會出現停止生長或生長緩慢的現象。台南科學園區之遺址有兩處，一為南關里遺址，另一為南關里東遺址。南關里遺址年代距今約 4100~4700 年前，可分為兩個文化層，本研究取自第一文化層的標本有 3 個，其中保存較好(不發光)的 δ18O 數值介於 -6.91‰~-0.80‰之間(平均值為-3.36±1.65‰，N=83；1σ)，δ13C 數值介於 v.

(5) -4.08‰~-0.39‰之間(平均值為-1.15±1.35‰)；南關里第二文化層的標本有 5 個，δ18O 數值介於-6.51‰~-0.35‰之間(平均值為-2.89±1.38‰，N=93； 1σ)，δ13C 數值介於-5.80‰~2.50‰之間(平均值為-1.66±2.07‰)；南關里東遺址年代距今約 4200~4700 年，標本有 3 個，δ18O 數值介於-7.93‰~-0.37‰ 之間(平均值為-2.91±1.81‰，N=75；1σ)，δ13C 數值介於-5.59‰~-0.56‰之間(平均值為-2.35±1.19‰)。經統計分析，遺址牡蠣較現生牡蠣氧同位素值重 1.01‰，顯示距今 4100~4700 年前溫度較現今低 3-5°C，4 千多年前呈現較冷的現象。由牡蠣殼體韌帶部氧同位素數值分布可知，考古遺址牡蠣採收季節多為冬天至春天的時候。. vi.

(6) 誌謝當我看著這本歷時兩年親自完成的論文，內心除了興奮之外，還有更多難以言喻的感動。首先，謝謝我的指導教授—米泓生老師，從大學時期引領我進入古生物學及同位素地質學的領域，到了研究所，更訓練我獨立思考，細心觀察，深入發掘科學的奧妙與精神。此外，做事態度上的提點，研究方面上的解惑，日常生活中的關心，以及午後的香醇咖啡，都讓我在研究生涯中感到充實與溫暖，在此由衷地感謝老師的指導。不但如此，我還要感謝中央研究院歷史語言研究所李匡悌老師和台灣師大林楳嶺老師，他們在論文上給予我許多的建議與指導，使這篇論文能臻於完善，更要謝謝李匡悌老師熱心的提供研究材料與考古方面的相關知識、研究資源。再者，能讓這篇論文順利誕生的另一個重要人物就是我的父親。謝謝他，在這一年裡，每天不畏風雨的幫我採集海水，以及照看我的牡蠣，即使在採樣過程中受了傷，也不告訴我，不願讓我擔心，一切只為了讓我能專心於研究上，讓我無後顧之憂。從小到大，爸爸對我學業方面的全力支持以及協助，都是我求學之路能如此順遂的推手之ㄧ。還要謝謝媽媽對我生活上的照料，二姐在資料蒐集上的協助，大哥的幫忙，大姐夫的支持，以及大姐總是在我感到疲憊時替我打氣，她是我心靈上最大的避風港。另外，在寫論文的這段日子，我最要好的學妹—嚕嚕米，不僅提供我豪宅暫住，也時常發揮搞笑的本事，托妳的福，讓我臉部肌肉更加發達，雖然常被妳虧，但無形中也訓練我反虧的能力，真的打從心底的謝謝妳。還有感謝研究室怡美學姊常常為我解惑，給我很多意見及方向，以及與我並肩作戰的鳳儀與小鄭，健談的怡君與綉玉，搞笑的峰榮與金安，認真的冠辰，神出鬼沒的昭緯，還有地質組的夥伴-小望、光軒，有你們的陪伴，讓我的研究生活更加歡樂，真的很開心！也要謝謝我同班同寢室 6 年、同校 10 年的超級麻吉-心文常常打電話給我，告訴我八卦及為我打氣；以及常關心我的大學室友-逸萱，總是有很多故事可以告訴我，謝謝你的分享！最後，謝謝中壢國中的同事們-慧怡、靜芬、詩文、鈴雯、玫伶、春霞、 vii.

(7) 智淵、皇旗、勝宏、齡慧、郁芬、桂玉、牧航、雅婷、景銘、志偉、崇雲、冠傑、惠美，有你們的關心、幫忙與支持，我才能一邊工作一邊念書，並且順利的在兩年裡畢業，跟你們同辦公室真的很有趣，真的很捨不得你們！特別感謝鈴雯、詩文在我寫論文的過程中還誘惑我到處去玩，讓我論文寫的特別有效率！還有其他直接或間接幫助過我的人，能遇見你們，真是我莫大的福氣，說再多次的謝謝都不足以表達我內心的感激之情，最後獻上最誠摯的祝福，祝福大家永遠幸福快樂，智慧滿滿。. viii.

(8) 目錄 ABSTRACT....................................................................................................... iii 摘要..................................................................................................................... v 誌謝................................................................................................................... vii 目錄.................................................................................................................... ix 圖目.................................................................................................................... xi 表目................................................................................................................. xvii 第一章、緒論..................................................................................................... 1 1.1 前言....................................................................................................... 1 1.2 穩定碳氧同位素的原理與古環境上的應用 ...................................... 2 1.3 碳酸鈣殼體微量元素的原理與應用................................................... 5 1.4 前人研究............................................................................................... 7 1.4.1 牡蠣相關研究與應用................................................................ 7 1.4.2 台南科學園區考古遺址的研究.............................................. 11 1.4.3 距今 4000 至 5000 年前的氣候變化 ..................................... 13 1.5 研究目的............................................................................................. 14 第二章、研究區域及材料............................................................................... 15 2.1 研究區域............................................................................................. 15 2.1.1 口湖的人文特色自然環境演變.............................................. 16 2.1.2 台南的自然環境——海岸環境與變遷 ................................. 17 2.1.3 南關里、南關里東之人文背景與地質條件特色 ................. 19 2.1.4 台灣西南海域海流狀況.......................................................... 20 2.2 牡蠣 Crassostrea gigas 的生長史與生活習性.................................. 21 第三章、研究方法........................................................................................... 25 3.1 殼體標本及水樣採集與處理............................................................. 25 3.2 牡蠣標本前處理及薄片製作............................................................. 25 3.3 透射光顯微鏡及陰極射線顯微鏡觀察............................................. 26 3.4 X-ray 分析 .......................................................................................... 26 ix.

(9) 3.5 穩定碳氧同位素分析......................................................................... 27 第四章、結果與討論....................................................................................... 28 4.1 標本觀察及組成................................................................................. 28 4.2 殼體保存度......................................................................................... 31 4.3 取樣位置的選擇................................................................................. 38 4.4 海水資料............................................................................................. 43 4.5 穩定碳氧同位素分布........................................................................ 50 4.5.1 殼體碳氧同位素分布............................................................. 50 4.5.2 由單一殼體探討季節性變化................................................. 57 4.5.3 穩定同位素在考古學上的意義............................................. 73 第五章、總結................................................................................................... 75 參考文獻........................................................................................................... 76 附錄一、金湖地區現生牡蠣養殖區水樣分析數值 ...................................... 86 附錄二、金湖地區現生牡蠣殼體碳氧同位素分析數值 .............................. 90 附錄三、南關里與南關里東遺址牡蠣殼體碳氧同位素數值 ...................... 94 附錄四、金湖地區現生牡蠣養殖區水樣氧同位素平均 .............................. 98 附錄五、現生牡蠣對應日期與計算溫度....................................................... 99. x.

(10) 圖目圖. 頁碼. 圖 1.1 水循環過程中，大氣中的氧同位素分化效應示意圖(取自 Hoefs, 1987)。 ....................................................................................................... 4. 圖 1.2 海水中不同形式碳酸鹽類在不同 pH 值中含量變化(取自 Libes, 1992)。 ....................................................................................................... 5. 圖 1.3 台南科學園區遺址的六個文化及十一個分期分布圖(修改自臧振華等，2006)。 ............................................................................................. 12. 圖 2.1 研究區域位置圖。★為現生牡蠣自雲林縣金湖漁港潮間帶水域；☆ 中央氣象局測站位置：嘉義東石漁港；△為南關里遺址；▲為南關里東遺址(圖片取自 GMT http://www.aquarius.ifm-geomar.de/)。........... 15. 圖 2.2 台灣西南地區 5000 年前、3000 年前與現今海岸線位置。(修改自陳文山等，2009) ......................................................................................... 18. 圖 2.3 台灣周圍海域 1991~2008 年海況流矢圖(A)為 5 月至 10 月受西南季風影響的海流圖(B)為 11 月至 4 月受東北季風影響的海流圖(取自國科會海洋學門資料庫 http://140.112.65.17/ODBS/Physics/adcp/15_stick.html) ........................ 20 圖 2.4 現生種長牡蠣 (A)為左殼外視圖；(B)為左殼內視圖；(C)為右殼外視圖；(D)為右殼內視圖。 ..................................................................... 21. 圖 2.5 牡蠣生活史(修改自 Lorio and Malone, 1994)。 ................................ 24 xi.

(11) 圖 4.1 (A)圖為現生牡蠣左殼構造示意圖，(B)圖為現生牡蠣沿 A 圖中 aa’ 方向切割後，所得的切面圖。............................................................... 29. 圖 4.2 南關里遺址牡蠣殼體 NKL4277 置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A) 為透射光顯微鏡下的殼體全身；(B)為陰極射線顯微鏡下的殼體全身； (C)為透射光顯微鏡下韌帶部位放大圖；(D)為陰極射線顯微鏡下韌帶部位放大圖。NL 表示不發光，SL 代表殼體輕微發光，L 代表殼體發光。........................................................................................................... 32. 圖 4.3 南關里遺址牡蠣殼體 NKL4510 置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A) 為透射光顯微鏡下的韌帶部位殼體；(B)為陰極射線顯微鏡下的韌帶部位殼體。SL 代表殼體輕微發光，L 代表殼體發光。 ......................... 33. 圖 4.4 南關里遺址牡蠣殼體 NKL4758 置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A) 為透射光顯微鏡下的韌帶部位殼體；(B)為陰極射線顯微鏡下的韌帶部位殼體。NL 表示不發光，NL+L 代表殼體部分發光。 ..................... 34. 圖 4.5 南關里第一文化層牡蠣(NKL4277、NKL4510、NKL4578)不同發光情形之殼體碳氧同位素分布圖。........................................................... 35. 圖 4.6 現生牡蠣殼體置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A)為 JH080614_01； (B)為 JH080614_05；(C)為 JH080614_06。SL 代表殼體輕微發光。36. 圖 4.7 現生牡蠣(JH080614_01、JH080614_05、JH080614_06)不同發光情形之殼體碳氧同位素分布圖。............................................................... 37. 圖 4.8 現生與遺址牡蠣不同發光情形之殼體碳氧同位素分布圖。 .......... 37. xii.

(12) 圖 4.9 (A)現生牡蠣殼體間白堊粉末經 X 光繞射分析結果；(B)方解石 (Calcite)與霰石(Aragonite)的 X 光繞射圖形(Chen, 1977)。................ 39. 圖 4.10 NKL4277 殼體不同部位的氧同位素對距喙部距離分布圖。(A)為韌帶部位硬質殼體 (B)為殼身。 ............................................................... 40. 圖 4.11 JH080614_05 殼體不同部位的氧同位素對距喙部距離分布圖。(A) 為韌帶部位硬質殼體 (B)為殼身。 ....................................................... 41. 圖 4.12 JH02 殼體不同部位的氧同位素對距喙部距離分布圖。(A)為韌帶部位白堊層 (B)為韌帶部位硬質殼體。 ................................................... 41. 圖 4.13 JH02、JH080614_05、NKL4277 殼體不同部位的碳氧同位素分布圖 (平均值的線段長度為兩個標準偏差)。................................................ 42. 圖 4.14 2008 年 6 月 14 日的一日海水溫度、鹽度、氧同位素變化曲線。 ................................................................................................................... 44 圖 4.15 2008 年 7 月 12 日的一日海水溫度、鹽度、氧同位素變化曲線。 ................................................................................................................... 44 圖 4.16 金湖漁港牡蠣養殖區 2008 年 7 月 12 日至 2009 年 6 月 2 日實測海水溫度、鹽度、氧同位素隨時間分布圖。........................................... 46. 圖 4.17 中央氣象局雲林縣誼梧測站 2008 年 1 月至 2009 年 4 月雨量統計圖。........................................................................................................... 48. 圖 4.18 海水氧同位素對鹽度分布圖。......................................................... 48. xiii.

(13) 圖 4.19 中央氣象局嘉義縣東石測站海水溫度與金湖漁港實測海溫隨時間分布圖。................................................................................................... 49. 圖 4.20 金湖現生牡蠣、海水貝類(彭等人，1990)、Mook(1971)碳氧同位素分布圖。................................................................................................... 51. 圖 4.21 現生牡蠣與南關里、南關里東遺址牡蠣碳氧同位素分布圖(平均值的線段長度為兩個標準偏差)。 ............................................................. 53. 圖 4.22 不同日期採回的現生牡蠣碳氧同位素分布圖(平均值的線段長度為兩個標準偏差)。 ..................................................................................... 54. 圖 4.23 潮間帶與外海地區的現生牡蠣碳氧同位素分布圖(平均值的線段長度為兩個標準偏差)。 ............................................................................. 54. 圖 4.24 南關里遺址牡蠣個體碳氧同位素分布圖(平均值的線段長度為兩個標準偏差)。 ............................................................................................. 56. 圖 4.25 南關里東遺址牡蠣個體碳氧同位素分布圖(平均值的線段長度為兩個標準偏差)。 ......................................................................................... 56. 圖 4.26 2008 年 6 月 14 日於金湖漁港潮間帶牡蠣養殖區採集的牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。............................................... 58. 圖 4.27 2008 年 11 月 9 日於金湖漁港潮間帶牡蠣養殖區採集的牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。............................................... 59. 圖 4.28 2008 年 12 月 20 日於金湖漁港潮間帶牡蠣養殖區採集的牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。........................................... 60 xiv.

(14) 圖 4.29 2009 年 3 月 18 日於金湖漁港潮間帶與外海養殖區採集的牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。........................................... 61. 圖 4.30 2009 年 5 月 14 日於金湖漁港潮間帶牡蠣養殖區採集的牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。............................................... 62. 圖 4.31 2008 年 6 月 14 日採得牡蠣氧同位素與實測海溫隨時間分布圖。 ................................................................................................................... 65 圖 4.32 2008 年 11 月 9 日採得牡蠣氧同位素與實測海溫隨時間分布圖。66. 圖 4.33 2008 年 12 月 20 日採得牡蠣氧同位素與實測海溫隨時間分布圖。 ................................................................................................................... 66 圖 4.34 2009 年 3 月 18 日採得牡蠣氧同位素與實測海溫隨時間分布圖。 ................................................................................................................... 67 圖 4.35 2009 年 5 月 14 日採得牡蠣氧同位素與實測海溫隨時間分布圖。 ................................................................................................................... 67 圖 4.36 經方解石溫度轉換公式求出的溫度與實測溫度隨時間分布圖。 68. 圖 4.37 南關里遺址牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。 70. 圖 4.37 南關里遺址牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。(續) ................................................................................................................... 71 圖 4.38 南關里東遺址牡蠣韌帶部位硬質殼體碳氧同位素對距離分布圖。 xv.

(15) ................................................................................................................... 72 圖 4.39 距今 4000 年前牡蠣與現生牡蠣氧同位素數值比較圖。 .............. 74. xvi.

(16) 表目表. 頁碼. 表 4.1 牡蠣的資料與形態。........................................................................... 30. 表 4.2 現生牡蠣與南關里、南關里東遺址牡蠣碳氧同位素統計表。 ...... 52. xvii.

(17) 第一章、緒論 1.1 前言. IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change;政府間氣候變化專門委員會)的科學家在 2007 年的報告提出，根據不同情境模擬全球氣候的變遷所得的結果，如果本世紀的能源供應依舊是由化石燃料主宰的話，估計到了 2100 年全球氣溫將會升高 2.4~6.4°C，海水面可能升高 0.26~0.59 公尺 (Pachauri and Reisinger, 2007)。氣候改變會導致生物的死亡或遷徙(Wang et al.,1995；吳文祥和劉東生，2001)，近年來溫室效應加劇，全球溫暖化，使得冰川融化，這樣的變化對我們會造成多大影響？依詹姆士‧赫登所提出的均變說，現在與過去地質作用的原則是相同的，如果知道現在地質作用演變的法則，便可以回推過去，而過去到現今的演變過程變成了預測未來的依據，為了準確預測未來的變化，古環境研究便成為當紅的研究方向。科學家分析冰芯中的小氣泡所含的氣體成分(Petit et al., 1999)、植物孢粉紀錄(Liew and Huang, 1994; Shen et al., 2006)、大型植物化石的種類 (Spicer, 1989)、樹木的年輪(Briffa et al., 2001)、湖泊沉積物(Kaplan et al., 2002)、海洋岩心(Spero et al., 1997)、生物殼體的鍶/鈣比(Gentry et al., 2008)、脊椎動物化石組成(Pregill and Olson, 1981)、生物性碳酸鹽類(Kirby et al., 1998)等，以了解古環境的變化。不過，近年來人類大量使用化石燃料，造成二氧化碳濃度上升，工業的發展也產生許多廢氣，嚴重破壞自然環境，究竟人類活動對氣候環境的變化影響有多大？許多學者利用考古遺址出土的物質文化遺留與自然生態遺留，了解數千年前人類活動情形，與自然環境的依存關係(李匡悌， 2001；Milner, 2001；李匡悌，2005)。在地質環境中，溫度、壓力、時間是主要的作用因素，而其中又以溫度扮演的角色最為重要，目前地質溫度較常見的量測方法之一即穩定同位素地質溫度計。在保存良好的狀況下，這些生物性碳酸鹽類殼體，包含有孔蟲殼體(Spero et al., 1997; Wefer and Berger, 1980)、珊瑚骨骼(Gagan and 1.

(18) Chivas, 1995; Swart et al., 1996)、軟體動物殼體(Brigaud et al., 2008; Dettman et al., 2004; Gentry et al., 2008; Jones and Allmon, 1995; Kobashi and Grossman, 2003 )、腕足動物殼體(Buening and Spero, 1996; James et al., 1997; Mii et al., 1999)，經由穩定碳氧同位素的分析，可以推測殼體生長時的溫度，且利用生長紋可得到年至週際間的解析度記錄，因此穩定碳氧同位素已廣泛被應用於古環境的分析上。因此遺址中的海洋生物殼體便可利用穩定同位素分析過去水體環境變化，而生物與水體環境的關係的建立，也可從現今生物與週遭生活環境的關係進行校正。. 1.2 穩定碳氧同位素的原理與古環境上的應用. 同位素是指同一化學元素，其原子間具有相同的電子數與質子數，但是中子數不同，這些原子在元素週期表中的位置相同，化學性質大部份相同，但原子質量與質量數不同，所以原子核內中子與質子之間的排列方式不同，而各同位素間原子核內部的能量也就產生差異，其物理性質、質譜性質、放射性衰變性質也不同，所以同位素可分為穩定同位素與不穩定同位素。原子核內粒子之間吸引力與排斥力的大小關係，可代表原子核的穩定程度，同一元素的同位素中，以含有相同質子數與中子數的同位素較穩定，不同的中子與質子的排列形式，也呈現不同程度的穩定度。目前自然界中的元素大多為不同比例的同位素混合存在(Hoefs, 1987)。由於同一元素間同位素的中子數不同，質子與中子間的排列形式的差異，在大部分的物化反應中，表現出不同性質，使其反應物與產物間的同位素比值產生差異，同位素以不同比例分佈於不同物質間的現象稱為「同位素分異作用(isotope fractionation)」。在大氣水循環過程中，水分子受熱脫離水面蒸發至大氣中，水分子中氫的穩定同位素有 1H、2H 二種同位素，其天然存在的 1H 佔 99.9844%，2H 佔 0.0156%，氧有 16O、17O、18O 三種同位素，其在自然界中的含量分別為 16O 佔 99.7630%、17O 佔 0.0375%、 18. O 佔 0.1995%，由於 18O 含量較 17O 多，且 18O 質量較大，因此一般僅討. 論 16O 及 18O。水分子中因氫、氧元素各有不同同位素，所以水分子間有 2.

(19) 不同的同位素組成(Hoefs, 1987)，其蒸氣壓與擴散速率不同，H2 16O 因質量較輕，所以較先蒸發出來，在液氣平衡時，留下較多質量較重的 H218O 在水體中，變成氣相的水氣受熱在大氣中垂直運動，高空因壓力小，空氣團體積變大，氣體溫度降低，水氣達到凝結溫度冷凝成雲，當空氣的濕度達飽和且水滴有足夠的重力抵抗空氣上升的力量，即產生降雨，雨水中的水分子主要由較輕的 H2 16O 凝結而成，大氣降水中的同位素組成會因此偏離原始海水組成，所以地表來自降水的水體其同位素數值較原始的海水同位素數值輕。而大氣環流會將空氣由低緯度輸送至高緯度，在這過程中，大氣不斷得到同位素數值較輕的水分子，同時大氣中同位素數值相對較重的水分子也在降雨過程中回到地面，如此週而復始，越往高緯度其水分子的同位素數值呈現遞減的現象(圖 1.1)。在水氣冷凝過程中，除了緯度效應外，大氣溫度、陸地分布、所在高度、空氣中水氣輕重同位素含量分布也會影響，因蒸發造成同位素分異現象與輕同位素集中的程度，與當地大氣的相對溼度與溫度有關(van der Straaten and Mook, 1983)；氣溫越高蒸發效應越強，雨水中同位素組成越重；緯度與高度的影響，綜合了溫度及陸地所產生的效應(Dansgaard, 1964)。不同地區的降水，其同位素組成不同，當這些地表水流入鄰近海域，會影響海水的同位素值，因分異作用造成不同水域的同位素數值有不同分布現象，部分生物生長時獲得的元素，其同位素值會表現出當地海水特性，淡水與海水的混合程度不同也有不同同位素數值的特徵，而天水滲入地面下形成地下水後，地下水會保留同位素分異的現象，所以不同地區的地下水有不同同位素組成，可視為區域性的特性 (Gat, 1981; Senturk et al., 1970)，藉此分析環境的變化，此即常見的同位素分異作用原理的應用。. 3.

(20) -5‰Rain -13‰ Vapour. -3‰Rain. -15‰ Vapour. -17‰ Vapour. Continent Ocean δ18O=0‰ 圖1.1 水循環過程中，大氣中的氧同位素分化效應示意圖(取自Hoefs, 1987)。自從美國芝加哥大學化學系尤瑞(H. C. Urey)教授在 1947 年發表的論文中提到，貝殼從水中沉澱的碳酸鈣殼體，其氧同位素數值會因水體溫度 18. 不同而影響 16. O 的比值，當水體溫度降低時，殼體中碳酸鈣的氧同位素比 O. 值會變重(Urey, 1947)，Epstein, Buchsbaum, Lowenstam 和 Urey 取得海生的貝類殼體，在 1953 年首次發表碳酸鈣殼體中氧同位素的溫度方程式 (Epstein, 1953)，經過 Hays and Grossman(1991)修正，得到方解石氧同位素轉換溫度方程式為： T(°C)=15.7-4.36(δ18Ocalcite - δ18Ow,SMOW)+0.12(δ18Ocalcite - δ18Ow,SMOW)2 其中 T 為方解石殼體沉澱時的水體溫度，單位為°C；δ18Ocalcite 為方解石殼體與其形成時周圍水體之 H2O 之氧同位素於 T°C 達平衡時之氧同位素數值，相對於 PDB；δ18Ow,SMOW 為方解石殼體沉澱時周圍水體的氧同位素值，相對於 SMOW。此方程式適用溫度範圍為 0°C~60°C。. 4.

(21) 1.3 碳酸鈣殼體微量元素的原理與應用. 海洋中軟體動物殼體的主要成分為碳酸鈣，而全球大洋中的 pH 值約在 7.8~8.2 之間，在此 pH 範圍內，主要以碳酸氫根的形式存在，如圖 1.2 所示(Libes, 1992)：. 圖1.2 海水中不同形式碳酸鹽類在不同pH值中含量變化(取自Libes, 1992)。因此殼體沉澱時所需的碳酸鹽主要來自海水中的碳酸氫根，再與海水中的鈣離子形成碳酸鈣殼體的化學反應式為 -. Ca 2  2HCO 3  CaCO 3 (s)   CO 2 (g)   H 2 O (Stumm and Morgan, 1981). 生物沉澱碳酸鈣殼體時，理想狀況下，殼體的碳氧同位素會與海水達成同位素平衡，但部分生物殼體形成時，並未記錄海水訊號，所以不與海水達成同位素平衡，造成同位素不平衡(isotope disequilibrium)的現象，主要有兩種因素(McConnaughey, 1989a,b)：一、動態同位素效應(kinetic isotope effect)：因較重同位素分子反應速率較慢，所以生物造殼時，比較不會交換重的碳氧同位素分子，使殼體中的碳氧同位素值偏低。二、生機效應(vital effect)：生物因攝食習慣不同，或本身的新陳代謝影響，如：生物行光合作用時，較易與 12CO2 作用，使生物造殼處附近的水體溶解性無機碳 δ13C 值較高(Swart, 1983)。 5.

(22) 而生物死亡後，殼體的埋藏環境也可能影響殼體的成分，當殼體與天水或地下水接觸，有可能產生溶解與再結晶的作用，再結晶過程中，天水中較輕的碳氧同位素及微量元素可能與殼體的碳氧同位素及微量元素交換，並重新結晶為低鎂方解石，此作用使得生物碳酸鈣殼體原始的化學組成改變，失去原有環境的訊號(Pagel et al., 2000)。而生物沉澱的碳酸鈣經過礦化後，其礦物相主要以結晶構造較不穩定的霰石及鎂方解石為主(Folk, 1968)，若受到成岩作用影響將轉變成穩定性較高的低鎂方解石，同樣會使殼體原有元素組成發生變化，因此選擇研究材料時須小心篩選。而檢視殼體是否受到成岩作用影響的方法，可利用微量元素的含量比較得知，一般而言，天水在成岩作用環境中 Mn2+、Fe2+、Zn2+含量比海水高(Brand and Veizer, 1980)，若生物殼體曾受天水的成岩作用影響，其碳酸鈣殼體晶格中的 Ca2+會被 Mn2+、Fe2+、Zn2+取代，則殼體測得的 Mn2+、Fe2+、 Zn2+含量便會增加，當碳酸鈣中 Mn2+含量大於 10ppm 時(Pagel et al., 2000 )，在陰極射線照射下會呈現發光(luminescence)的現象(Pierson, 1981)，在陰極射線下，方解石呈現橘光，霰石呈現綠光(Pagel et al., 2000)，因此若在陰極射線下，殼體發出橘光，則可能受到天水成岩作用影響，這部份的殼體不適合用於古環境的研究，所以進行取樣時，應避免取到發光部位。不過若碳酸鈣中含有一定濃度的 Fe2+離子會抑制發光的現象(Pierson, 1981; Frank et al., 1982)，因此分析微量元素含量，較可確定殼體是否曾受成岩作用影響。. 6.

(23) 1.4 前人研究. 1.4.1 牡蠣相關研究與應用. 牡蠣分布於全世界，除了兩極圈外都有牡蠣，全世界牡蠣有 18 屬一百多種，台灣四周的海域有 7 屬十多種，盛產於西南沿海及澎湖群島(Wu, 1980)。在硬質骨骼年代學(Sclerochronology)中，牡蠣為良好的研究河口環境材料，因為牡蠣以濾食的方式在河口地區行固著生活，不會任意改變居住環境，而且從白堊紀到全新世都有，分布很廣泛，因此有助於研究河口地區時間及空間上的變化。牡蠣屬於雙殼綱，其殼體的形狀變化大，殼形常因所附著的基質性質不同，而有很大的差異：若基質質軟(如：泥)，則形成的殼形較細長；若基質質硬(如：石)，則殼形較圓(雷淑芬，1990)。一般而言，左殼較右殼大，左殼的平均重量也比右殼重，外殼具有韌帶(ligament)連接左、右殼，左殼的內韌帶(resilium)較長，向上延長成鳥嘴狀；殼的閉合主要藉由閉殼肌 (adductor muscle)的收縮，而殼的開張為左右殼接合處韌帶之彈性作用所致 (楊夢南，1996)。牡蠣是固著性生物，以左殼的殼頂或整個左殼表面附著在礁岩或堅硬的物體上(巫文隆，1980)。在電子顯微鏡下觀察，牡蠣殼體結構分成三層，即角質層 (periostracum)、稜柱層(prismatic layer)、珍珠層(foliated layer)，以稜柱層比例佔最高，為其他兩層的 1.5 倍以上，殼內部時有白色粉末沉積形成的白堊層(chalky deposite)(楊夢南，1996)。珍珠層、稜柱層、白堊層的礦物成分大多為方解石，而閉殼肌部位殼體及 ligostracum 由霰石組成(Stenzel, 1963; Carriker and Palmer, 1979)。多數牡蠣可供食用，臺灣牡蠣的養殖年產量居養殖貝類的首位，極具經濟價值，不但養殖歷史悠久，養殖面積亦為最廣(雷淑芬，1990)，其中又以長牡蠣(Crassostrea gigas)為最常見的養殖種類，關於牡蠣的研究多偏向生物學、分類學及繁養殖的研究(如：宋克義，1979；梁明煌，1981；溫秋明，1994)，又因河口與海岸地區容易受到汙染，及民國七十六年二仁溪 7.

(24) 非法熔煉業興起，廢五金業者利用強酸酸洗廢五金，而使用過的廢液中含有高濃度重金屬，未經處理即排入二仁溪，在出海口附近養殖的牡蠣吸收大量銅離子後，體色轉變成綠色，造成「綠牡蠣」事件，所以亦有研究分析牡蠣群體與環境中重金屬元素含量(如：黃品薰，2001)。在台灣養殖牡蠣殼體在形成時，殼層與殼層間容易有空隙產生，此現象稱為空腔化 (Chambering)，劉莉蓮(1995)認為牡蠣殼體空腔化是受海水中有機錫濃度的影響。由賴蕙蘭(1996)可知 STI(Shell thickness index)值、密度是牡蠣空腔化較佳的指標，值越小表示空腔化越大，而重金屬濃度(包括 Cu、Zn、Mn、 Cd、Fe)和空腔化卻未見顯著關係。由牡蠣殼體的剖面(圖 4.1)可知，其殼體生長情形並不規律，因此取樣位置的選擇是一大難題，Wang et al. (1995)利用長牡蠣殼身部位沿著生長方向分析氧同位素的變化，可看出年際間季節變化；Kirby et al. (1998)以美東牡蠣(Crassostrea virginica)的殼體韌帶部位的碳酸鈣粉末進行穩定碳氧同位素分析，由結果可知，牡蠣殼體韌帶部位可與週遭水體達成同位素平衡；Surge et al. (2001)比較美東牡蠣殼體韌帶部中三個不同部位(resilifer, foliated, chalky)的碳氧同位素，發現並無顯著差異，所以這三個部位皆可當作同位素分析的材料，其中白堊層因面積最大，可得到較高解析度的數據。因此牡蠣殼體的研究位置，大多為韌帶部位的稜柱層為主(Stenzel, 1971)。 Stenzl(1971)曾暗示牡蠣的韌帶是每年增長的，Kirby et al. (1998)檢驗韌帶中是否含有一年完整的紀錄，其研究結果顯示韌帶表面凸起部位氧同位素數值較輕，為春夏季快速生長期，凹下部位氧同位素數值較重，為秋冬季生長緩慢期，一個凹凸變化即為一年。Andrus and Crowe (2000)同樣也以美東牡蠣的碳氧同位素分析季節變化的訊號，在每個滿月採集到的牡蠣其同位素數值歸納出，暗帶為 10 月至 4 月天氣較冷時節所長，亮帶為 5 月至 9 月天氣較暖時節所長。Surge et al. (2001)在白堊層中間的硬質殼體看不出季節、潮汐、月亮變化，與 Andrus and Crowe (2000)的結果相反，也沒有 Kirby et al. (1998)所觀察到的凹凸帶變化。對於殼體韌帶部位的生長情形各有不同解釋，韌帶是每年增長的推論目前也未被證實，但一般研究 8.

(25) 認為的確是如此。因此仍利用殼體每年增長的特性，應用在考古研究中牡蠣貝塚的環境意義(Kent, 1988; Lawrence, 1988; Custer and Doms, 1990; Milner, 2002)，古生態及生長環境研究(Martinius, 1991; Richardson et al., 1993)，演化方向的研究(Sambol and Finks, 1977)，以及古環境的重建(Wang et al., 1995; Kirby et al., 1998; Surge et al., 2003)。海水溫度及鹽度變化會影響牡蠣的生長，Kirby et al. (1998)由殼體分析出的 δ18O 及殼體外觀判斷，牡蠣夏天生長較快，冬天生長較慢，在 15~25°C 生長速率最快，在水溫大於 27°C 及小於 10°C 時會停止生長；Wang et al. (1995)指出殼體的生長極限溫度是 28.2°C，在正常鹽度下氧同位素值應為 -2.74‰，但實際分析殼體的氧同位素卻是-5.07‰，顯示出牡蠣殼體之氧同位素數值與其生活水體之鹽度有關；Surge et al. (2003)認為現生殼體會記錄季節性溫度及鹽度變化，且夏季溫度太高及鹽度太低時殼體會停止生長。另外，生殖週期會不會影響牡蠣生長，亦有不同說法，Kirby et al. (1998) 認為生殖作用不會導致殼體停止生長，因牡蠣一年產卵兩次，但一年中並無兩次停止生長的現象，Surge et al. (2001)則是認為殼體生長停止發生於高溫時期，而生殖期亦在此時，但從碳氧同位素分辨不出停止生長的原因到底是溫度太高還是生殖現象造成的。而在碳同位素方面的研究，Kirby et al. (1998)認為牡蠣韌帶殼體 δ13C 可能與代謝作用及藻華現象有關，δ13C 值一年中兩次極小值及極大值分別代表不同生理現象，第一次極小值表示，春天呼吸作用旺盛(代謝速率快) 會使 δ13C 值降低，第一次極大值表示，春天產卵完後復原期代謝速率降低，使 δ13C 值升高，第二次極小值表示，秋天第二次產卵期代謝速率快，使 δ13C 值降低，第二次極大值表示，秋天產卵完後復原期代謝速率降低，使 δ13C 值升高。Surge et al.(2003)指出由碳同位素變化可知，過去兩千年間溶解性有機碳來源，由來自陸域或水域的 C4 植物，轉變成 C3 的紅樹林植物。 Lawrence (1995)研究牡蠣種類的演變，發現北美地區在第三紀時主要種屬為 Crassostrea gigantissima，而在第四紀早中新世逐漸被美東牡蠣取代，此兩種牡蠣外型最大的差別在於殼的大小，C. gigantissima 的殼大且 9.

(26) 厚，C. virginica 的殼小且薄，根據 Kirby (2000)利用碳氧同位素探討這兩者的消長原因，第三紀的 C. gigantissima δ18O 及 δ13C 的值較重且分布範圍小，C. gigantissima 生存於淺海環境，海洋中的季節變化情形較小，而且海洋中被捕食的壓力較大，所以生長較快，厚殼也較能抵禦敵人，而夏天藻華的分解提供較多食物，也使 δ13C 值變輕。 Stenzel (1971)認為牡蠣殼體中硬質及白堊層的形成是具選擇性的，白堊層中包含鬆軟的、白色、不透明的物質。白堊形成原因一種說法是自然選擇的結果(Carter, 1980)，另一種說法則是認為這些白堊層是二次沉積的結果，因為牡蠣死亡後，殼體受到外在環境影響會使白堊充填其中(Cai, 1990)，為了區別硬質殼體與白堊層是否同時產生，Wang et al. (1995)分成三部分比較(1)整個生長層，包含硬質殼體與白堊層(2)只含硬質殼體(3)只含白堊層，由碳氧同位素的結果可知，這三者的同位素值的振幅、範圍、平均值都相似，應該是同時期生成，Krantz et al. (1987)也認為白堊層非二次沉積充填，比較現生不同種類之間白堊層的含量並不一定，有的殼體大部分皆為白堊充填，有的殼體白堊部分較少，有的殼體完全沒有白堊，或同種不同個體間的白堊層的分布也沒有規律性，同一個體內可能有的部位有，有的部位沒有，Carriker et al. (1980)研究現生種類的殼體發現現生種也有白堊層的存在，這表示白堊層絕非二次充填，白堊層的存在可能是增加牡蠣在環境中的生存優勢，因白堊層可加大殼體體積，但因密度低所以重量增加不多。而白堊應該是在溫暖或溫和的季節分泌沉澱，當溫度降低，牡蠣便停止分泌白堊，轉而形成硬質殼體，硬質殼體的部分氧同位素較重 (Wang et al., 1995)，而韌帶部位與身體部位生長紋的觀察及計算方式不同，身體部位的生長紋明顯比殼體生長年齡多很多，有可能是殼體分泌時受環境干擾所致。. 10.

(27) 1.4.2 台南科學園區考古遺址的研究. 台南科學園區座落於台南縣新市鄉、善化鎮及安定鄉三鄉鎮間，由於位處嘉南平原南側，曾文溪及鹽水溪間，受河流洪水氾濫影響，堆積速度快，致使遺址深埋地下，不易被發現，直自民國八十二年中央政府初步選定園區現址作為開發基地，許多人質疑當地可能存有史前文化遺址，若進行開發，勢必會對遺址造成影響，因此展開南科園區遺址的調查，經由試掘與探挖，此地的遺址大多埋在地下一至兩公尺左右，的確不易被發現，而且遺址面積廣大，搶救費時，因此將遺址所在範圍劃設為「文化遺址保存區」，在園區開始建設後，因地質調查或鑽探工作又不斷發現遺址，至九十二年底園區內至少發現 25 處考古遺址，已進行並完成發掘的遺址共有 11 處。對各文化層出土的木炭及貝殼進行碳十四定年，由年代測定資料可知，南科考古遺址涵蓋時間為距今 4800 年前至距今 300 年前，長達 4500 年，將園區內出土的考古遺留初步區分為六個文化及十一個分期(圖 1.3) (臧振華等，2006)。而臧振華(2002)發掘南關里東遺址，由出土文物發現南關里與南關里東兩處遺址和澎湖菓葉遺址所出土的陶器相似，因此南關里與南關里東兩處遺址屬於大坌坑文化菓葉期。本地雖為曾文溪洪水氾濫區域，沉積物堆積快速，地層的堆疊層次非常清楚，有助於文化層的層位分隔，而在厚層沉積物下，遺址的保存狀況良好，受到現今地面開發的干擾較小，遺物大多在地下水位線之下，有機物受到阻隔，不易氧化，較有機會保存下來，文物保存完整，更有利於史前人類文化活動的重建。. 11.

(28) 大道公遺址. 五間厝遺址. 道爺遺址. 五間厝南遺址. 五間厝北遺址. 三抱竹遺址. 北三舍遺址道爺南遺址北三舍遺址. 右先方遺址. 南關里東遺址. 南關里遺址. 距今年代. 近代漢人期西拉雅期看西期. 1000. 蔦松期鞍子期魚寮期 12. 2000. 烏山頭期 3000. 大湖期牛稠子期鎖港期. 4000. 菓葉期八甲期. 5000. 圖1.3 台南科學園區遺址的六個文化及十一個分期分布圖(修改自臧振華等，2006)。 12.

(29) 1.4.3 距今 4000 至 5000 年前的氣候變化. 從全球的環境來看，瑞士湖中紋泥的氣候記錄研究說明，阿爾卑斯地區 4000a B. P.前後冰川開始向外擴張(Perry, 2000)，北大西洋海表溫下降 1~2°C(Bond et al., 1997; deMenocal et al., 2000)；而在 6000 至 4000a B. P.，挪威南端的大西洋沿岸地區，海溫約下降 2°C(Nichols, 1975)；中歐地區， 4000a B. P.事件之前，養牛業曾給北方的巨石器王國帶來繁榮，隨著寒冷潮濕氣候的到來，養牛所需乾草的供應不足，造成德國北部和斯堪地那維亞南部的印歐人不得不遷移(Perry, 2000; 許清華，1998)。而中國地區的相關研究提到，4.1~3.8ka B. P.之後黃河階地上普遍覆蓋著棕紅色黏土，是洪水氾濫造成的堆積。此時以木本植物為主，表示此時該地區氣候比較濕潤(夏正楷與楊曉燕，2003)。在 4300 a B. P.以前，昆侖山北坡克里雅河剖面中沉積物中值粒徑較小和較高的 A/C 值(Artemisiacl 蒿屬/ Chenopodiaceae 藜科)反映了所在地區相對濕潤，但從 4300 a B. P.開始，中值粒徑均值增加，反應這一時期有較強的風沙活動，氣候變乾(唐自華等人，2002)。中國渤海灣全新世牡蠣礁岸所得到的牡蠣化石，經由碳氧同位素與地層沉積狀況比較後，顯示在 4100 a B. P.之前渤海灣是個低鹽度、溫度高、沉積物供應少的環境。而在 4100 a B. P.之後，渤海灣便成鹽度高，沉積物供應量多的環境(Wang et al., 1995)。從考古證據可知，龍山時代晚期以來，大量城堡出現、武器的改進、亂葬坑的發現都表明了戰爭在這時期的頻繁發生，而戰爭的引起受 4000a B. P.前後降溫及洪水事件的影響，因西北部甘青地區和鄂爾多斯大面積地區都不適合人類生存，因此人類開始向南遷移，使得中原地區人口壓力增加，人地關係日趨緊張，容易引發衝突和戰爭(吳文祥和劉東生，2001)。由台灣地區的孢粉記錄得知，在 4900~3450 a B. P.頭社盆地植物群集屬於森林草原型態，森林組合型態以殼斗科等闊葉林為主，且冷溫樹種楊柳屬佔木本植物花粉的比例，由 9%逐漸上升至 55%，楊柳的擴張現象，反應出經過一段時間的溫暖期後，溫度又開始下降(郭兆敏，1994)。而台北盆地基隆河地區的孢粉，顯示五千年以後氣候有轉涼趨勢(Liew and Huang, 13.

(30) 1994)。因此由以上研究可推知，距今 4000~5000 年前全球出現溫度略微下降的現象，而雨區的轉移及地區性的差異，導致各地乾濕變化不同。. 1.5 研究目的. 不同種類、不同生長環境的牡蠣殼體生長型態有很大的差異，殼體白堊的含量比例也不同，台灣地區西部沿海養殖的牡蠣種類為長牡蠣 (Crassostrea gigas)，過去的文獻中少有台灣地區的長牡蠣同位素分析研究，而牡蠣一向是沿海地區重要的食用貝類，考古遺址中更是發掘出為數不少的牡蠣殼體，若能確定牡蠣殼體同位素與環境的關係是否達成平衡，對於考古遺址的環境重建有很大的幫助。此外殼體埋藏於地層中數千年，可能遭受天水的成岩作用影響，失去原始環境訊號，因此必須確定化石殼體保存度，才能進一步解讀殼體同位素代表的環境意義。本研究利用養殖於雲林縣金湖漁港潮間帶水域的現生長牡蠣標本以及水樣標本，分析殼體與海水的碳氧同位素，了解牡蠣與水體環境的同位素關係，並比對台南科學園區中南關里遺址及南關里東遺址牡蠣殼體的碳氧同位素數值，以了解台灣西南地區環境變遷的情形。標本取樣前皆用陰極射線顯微鏡觀察韌帶殼體是否具有發光現象，確定其保存狀況。. 14.

(31) 第二章、研究區域及材料. 2.1 研究區域. 本研究所採集的現生牡蠣養殖於雲林縣口湖鄉金湖沿海地區 (23°34’15”N 120°08’33”E)，水樣亦在同地採得，而從中央氣象局所獲得的海溫資料來自嘉義東石測站(23°26’39”N 120°08’27”E)，遺址牡蠣發掘位置為台南科學園區南關里遺址(23°07’04”N 120°16’05”E)及南關里東遺址 (23°07’01”N 120°16’47”E) (圖 2.1)。. 圖2.1 研究區域位置圖。★為現生牡蠣自雲林縣金湖漁港潮間帶水域；☆ 中央氣象局測站位置：嘉義東石漁港；△為南關里遺址；▲為南關里東遺址(圖片取自GMT http://www.aquarius.ifm-geomar.de/)。. 15.

(32) 2.1.1 口湖的人文特色自然環境演變. 口湖鄉位處台灣極西端(圖 2.1)，北緯 23 度 28 分至北緯 23 度 38 分 56 秒，東經 120 度 0 分 00 秒至東經 120 度 12 分 05 秒 (雲林縣民政局，2003)，在雲林縣西南端，是雲林縣沿海最南邊的鄉村，東界瑞穗橋，與水林鄉相鄰，南沿北港溪與嘉義縣東石鄉相峙，西面台灣海峽，北境與四湖鄉相接，全鄉總面積達 80.896 平方公里。口湖鄉位於北回歸線通過之北方 20 公里，屬副熱帶氣候，同時受南方來的暖海流影響，氣候溫暖，一年中平均溫度在 22°C 以上者達 220 天，年均溫約在 24°C 左右，除 12 月至隔年 1 月氣溫低於 20°C 外，其餘皆高於 20°C。口湖鄉臨接台灣海峽與廣大的沖積平原，屬第四紀老三角洲堆積層，其主要沖積母岩岩質為：黏板岩、砂岩、頁岩及泥岩，在河水搬運及海水作用下，沿海地平面寬的海埔地，依 Valentin (1952)的海岸分類系統，屬於「離水堆積進夷海岸」。口湖鄉地名由來一說為「北港以西多潟湖，而至本地可見到海，形成口形的樣子，因而得名。」此外，濱海的金湖港，舊稱下湖口港。早稱象鼻湖，又稱樹苓湖。潟湖型利於避風的金湖港，傳說嘉慶年間，嘉慶君遊歷台灣，經過台灣海峽時，適逢大風雨，船隻於是進入「樹苓湖」避風，喜其風平浪靜，賜名為「金湖」(丁招弟，2004)，金湖意為「寶貴的湖沼」，即風平浪靜的潟湖(陳國章，2006)。在康熙、雍正年代，口湖鄉幾乎尚處於潟湖發展階段(洪敏麟，1972)，由於河流與海水的堆積作用，使潟湖逐漸沼澤化。由台灣堡圖(洪敏麟，1969)可看出 20 世紀初期口湖鄉仍是湖沼遍布，在牛挑灣溪與北港溪之間更有數口面積頗大的湖沼，湖沼是潟湖的遺跡，這些湖沼皆為看天塭，因此此地的淡水養殖發展很早，而近海地區有鹹水養殖，海岸地區一帶，則以牡蠣、文蛤養殖為主，成為沿海居民主要經濟來源。. 16.

(33) 2.1.2 台南的自然環境——海岸環境與變遷. 末次冰期時，嘉南平原全區裸露於海水面以上成為陸相環境，約20000 年前，冰期結束後，海水沿著八掌溪及曾文溪河谷入侵，約在10000年前，海水已經完全淹沒整個嘉南平原，而6000年前至今，海水面漸趨穩定，不再大幅度變動，海水面的高度與現今相同，但受構造運動的影響，丘陵陸續抬升，沉積物也逐漸向海側堆積，使得海岸開始向外遷移(陳文山等， 2005)。台灣西部沖積平原因坡度平緩，進入平原的河流流速減緩，易導致海岸泥沙淤積，海底平淺，而沉積物快速堆積達海平面出露；加上中新世以後膠結未完全的地層受到河水沖刷侵蝕，大河輸沙量大，長久堆積下，海岸線呈現堆積進夷的特徵，而且濱外沙洲不斷形成，呈現洲潟海岸的特徵，此一現象以西南海岸最為明顯。由於18000年前冰期結束，之後海面逐漸上升，約15000年前海岸線到達現今海岸線的位置，距今15000~10000年前，全球海水面急劇上升，約 10000年前海岸線進到麓山帶之內(陳文山等，2009)，10000~6000年前，海水面持續上升，但因麓山帶坡度較陡峭，海岸線向東遷移範圍較小(陳文山等，2005)，而6000年前之後受沉積物及構造作用影響，海岸線向西遷移。依Chen and Liu (2000)及周飛宏(2007)推測5000年前海岸線大部份仍位在西部麓山帶前緣或稍偏西邊。之後，5000~3000年前因沉積物堆積及構造運動的抬升，3000年前的海岸線大致位於現今西部平原的中間(圖2.2)。. 17.

(34) 南科園區南關里遺址現今海岸線 0. 4km. 3000B.P.海岸 5000B.P.海岸曾文溪海拔 5 公尺等高線. 圖2.2 台灣西南地區5000年前、3000年前與現今海岸線位置。(修改自陳文山等，2009). 18.

(35) 2.1.3 南關里、南關里東之人文背景與地質條件特色. 南關里遺址(圖 2.1)以所在地所屬行政區域「南關里」命名之，位於台南科學園區專四奇美 LCM 廠內，中心位置為北緯 23 度 07 分 04 秒，東經 120 度 16 分 05 秒，東西寬約 200 公尺，南北長約 150 公尺，面積約 3 公頃左右。南關里遺址的地層堆積主要有兩層明顯的文化層，皆屬於大坌坑文化菓葉期，第一大坌坑文化層深度約在-0.8~-1.2 公尺左右，利用碳十四標本測定年代約在距今 4300 年前；而第二大坌坑文化層深度約在-1.6~-1.8 公尺左右，厚度約 20 公分，由碳十四標本所測定的年代約在距今 4700 年前。兩文化層分布皆略向西南方斜下，其間間隔一層厚約 40~60 公分之細砂土層，兩文化層之間距越向東北越小(臧振華等，2006)。南關里東遺址因位於南關里遺址東側，故命名之。中心位置為北緯 23 度 07 分 01 秒，東經 120 度 16 分 47 秒，東西寬為 150 公尺，南北長達 500 公尺，整體面積約 7 公頃。碳十四所測得的年代約距今 4200~4700 年前間，南關里東遺址地層中可區分為三層文化層，與大坌坑文化菓葉期的堆積性質相似，各層堆積厚度約為 10~20 公分，第一文化層深度在海拔 0.5 公尺，第二文化層深度約海拔 0.1 公尺，此層僅在搶救區之東南側有明顯的遺留，其他地區只有薄層的土壤化痕跡，第三文化層深度為海拔-0.5 公尺，各文化層堆積皆為東北略向西南斜下(臧振華等，2006)。依台南科學園區內的考古遺留概分，南關里與南關里東遺址屬於大坌坑菓葉期，此時期已有定居性的聚落，從出土之遺物和遺跡顯示，當時開始養狗，栽培稻米、小米等穀物，而稻米是現今台灣最早之栽培證據。出土的陶器質地主要為紅褐色泥質陶、暗紅褐色夾砂陶及灰褐色泥質陶，器物表面常施劃紋、繩紋、彩繪及貝印紋等。也開始使用木製棺材作為葬具，採頭朝向南方的仰身直肢的葬姿。斧、鋤、錛、鑿等石器使用產自澎湖的橄欖石玄武岩。大坌坑文化通常位於河口或近海岸階地區域，台南地區此時期的遺址分布於嘉南平原與中洲台地河階附近，從南關里、南關里東遺址灰坑中大量貝類遺留推測，當時廣泛利用海洋資源，主要從事漁撈 (臧振華等，2006)。 19.

(36) 2.1.4 台灣西南海域海流狀況台灣西部沿海的海流受季風影響，有季節性的差異，夏季受西南季風影響，海流由南向北流，冬季南端仍有北上的海流，但強度較弱，受東北季風影響，台灣北端有向南的海流(張志成，2000)，由國科會海洋海洋學門資料庫的受西南季風、東北季風影響的海況流矢圖(圖 2.3)，可知西南海域雲林至台南一帶的海流終年往北流，台南的海水沿海流北上流至雲林地區，因此台南地區與雲林地區的海流來源相同，並且從中央氣象局近十年年平均溫度可知，從 2000 年到 2009 年雲林地區與台南地區氣溫差異不超過 1°C(中央氣象局 http://www.cwb.gov.tw/V6/index.htm)，雲林金湖地區的海水特性與台南地區海水特性應差異不大。 (A) Composite Current Velocity Vectors at 020 m 1991~2008 Southwest Monsoon (May.- Oct.). (B) Composite Current Velocity Vectors at 020 m 1991~2008 Northeast Monsoon (Nov.- Apr.). 圖2.3 台灣周圍海域1991~2008年海況流矢圖(A)為5月至10月受西南季風影響的海流圖(B)為11月至4月受東北季風影響的海流圖(取自國科會海洋學門資料庫http://140.112.65.17/ODBS/Physics/adcp/15_stick.html) 20.

(37) 2.2 牡蠣 Crassostrea gigas 的生長史與生活習性. Crassostrea gigas 的中文名為長牡蠣或巨大牡蠣，俗稱蚵仔或蠔，是一種大型牡蠣，殼長可達 30 公分，通常左殼較深較大，右殼較平坦較小(圖 2.4)，表殼有不規則的輪紋狀，且形成波狀的突起，並帶有濃紫色之放射帶，內面為灰白色 (雷淑芬，1990)，殼表面帶有灰黑色，間雜有紫色、褐色、黑色或黃色的斑紋及紋點，殼內有一個明顯的帶紫色的閉殼肌痕(巫文隆，1980)。. (A). (C). (B). (D). 圖2.4 現生種長牡蠣 (A)為左殼外視圖；(B)為左殼內視圖；(C)為右殼外視圖；(D)為右殼內視圖。. 21.

(38) 根據 Kuroda(1941)、Moore(1971)、波部(1977)的論著，經楊夢南(1996) 整理，其動物學上的分類屬於： Phylum：Mollusca Linnaeus, 1758 Class：Bivalvia. 軟體動物門. Linnaeus, 1758. Order：Pterioida. Newell, 1965. Family：Ostreidae Rafinesque, 1815 Genus：Crassostrea Sacco, 1897 Species：gigas Thunberg, 1793. 雙殼綱鶯蛤目牡蠣科牡蠣屬長牡蠣種. 牡蠣分布極廣，長牡蠣一般棲息於河口、潮間帶及淺海的岩礁海底 (Stenzel, 1971；巫文隆，1980；Harry, 1985)，牡蠣的鰓絲上有許多纖毛，利用纖毛的擺動可將海水送入外套腔中，再濾食海水中的食物，其鰓絲上會分泌一種黏液，利用黏液將浮游生物黏在一起形成小塊後，再以鰓的纖毛運動將食物經由唇瓣送入口中(楊夢南，1996)。雷淑芬(1990)取同一隻長牡蠣觀察胃含物兩次，所得之 37 屬藻類中，大部分皆屬於浮游性與底棲性生活的混合型藻類，但牡蠣為懸浮性濾食性生物，應以浮游性藻類為主，而底棲性藻類可能是漲朝時潮水將其帶至上層。長牡蠣的攝食量是依鰓之纖毛運動機能而異，水溫、鹽度、濁度為主要影響因素，尤其是水溫最為敏感，水溫在 7~24°C 間，溫度越高纖毛運動越快(楊夢南，1996)。因牡蠣生長在潮間帶地區，攝食時會受潮汐影響，當漲朝時，牡蠣沒入水中，打開雙殼濾食，而退潮時，才開始消化，因此牡蠣殼體殼體碳酸鈣沉澱速率可能與月亮周期有關(Pannella & MacClintlock, 1968; Whyte, 1975)。而水體的溫度及鹽度也是影響牡蠣生長的主因，長牡蠣在 15°C~30°C 下較適合生長，低於 15°C 則生長不良，若低於 10°C 則停止生長，台灣位處副熱帶地區，周圍海域的水體年均溫高於 10°C，所以全年均適合牡蠣生長(繆端生，1953；黃丁郎，1974；宋薰華，1988)。牡蠣為廣鹽性的貝類，在 10~36‰均適合其生長，牡蠣在高鹽度下成長較好，但低鹽度下食物充足時則較易肥滿。至於海水比重在 1.005~1.025 之間是較適合的範圍 (Hopkins,1932)。牡蠣可能存活至 10~12 年(Kent, 1992)，一般生存時間約 5~6 年(Kennedy et al., 1996)。 22.

(39) 牡蠣為雌雄異體，但是部分牡蠣在生活史中性別會發生改變，通常一出生為雄性，後來變成雌性，也可能再變回雄性，這種現象稱為雄性先熟的雌雄同體(protandric hermaphrodite)。在第一次生殖季節時，大多數年幼的個體是雄性，而在第二次生殖週期時，雄性個體與雌性個體的數目幾乎相等，而性別的轉換也需視環境而定，若環境壓力大，則仍為雄性，若環境能量足夠，便會轉換成雌性(Lorio and Malone, 1994)。在生殖季節時，雌性個體排卵，雄性個體釋放精子，成熟的卵為梨形，受精後，受精卵呈球形，因受精卵比重比水體大，會沉至水底，再由水流或波浪帶走。受精後 1 小時開始行細胞分裂，約 5、6 小時進入擔輪子期(trochophore stage)，擔輪子幼蟲依靠口前的纖毛環行浮游生活，隨後纖毛環變成面盤，稱為面盤子(veliger)，此時能分泌造殼物質將肉體包裹起來，因成 D 狀，又稱 D 狀面盤子，約 24 小時內雙殼便形成，48 小時內雙殼可完全包裹住肉體，基本器官也形成，再經 10~12 天即進入固著期，幼貝會分泌某種物質使左殼固著於物體上，此時面盤便開始萎縮(圖 2.5；Lorio and Malone, 1994)。. 23.

(40) 面盤子 Veliger 面盤幼蟲 pediveliger 擔輪子期 Trochphore. 固著 Setting. 受精卵 fertilized egg. 早期雉貝 early spat. 未受精卵 unfertilized egg. 晚期雉貝 later spat. 產卵 Spawing. 成熟個體 Adult Oysters. 圖2.5 牡蠣生活史(修改自Lorio and Malone, 1994)。. 24.

(41) 第三章、研究方法. 3.1 殼體標本及水樣採集與處理. 本研究現生牡蠣標本及遺址牡蠣標本皆以長牡蠣為主，南關里與南關里東遺址出土的牡蠣有二十多種，但因現今西南沿海養殖的牡蠣為長牡蠣，為了避免種屬效應影響，遺址標本亦挑選長牡蠣作為研究材料。現生牡蠣養殖於雲林縣口湖鄉金湖漁港附近沿岸的潮間帶位置，此處牡蠣採用平掛式養殖，約於 2007 年 11 月放置舊殼，待其附苗成長，之後分別於 2008 年 6 月 14 日、2008 年 11 月 9 日、2008 年 12 月 20 日、2009 年 3 月 18 日、2009 年 5 月 14 日採收。而遺址標本由中央研究院歷史語言研究所李匡悌老師提供挖掘自台南科學園區中的南關里遺址及南關里東遺址。本研究分析現生標本共 18 個，其中 2008 年 6 月 14 日採集的標本有 3 個，2008 年 11 月 9 日採集的標本有 5 個，2008 年 12 月 20 日採集的標本有 4 個，2009 年 3 月 18 日採集的標本有 2 個，2009 年 5 月 14 日採集的標本有 4 個。遺址標本共 11 個，位於南關里第一文化層的標本有 3 個，位於南關里第二文化層的標本有 5 個，位於南關里東的標本有 3 個。自 97 年 7 月 13 日起，每日於滿潮時刻收集一瓶約 100c.c.的水樣，並於 97 年 6 月 14 日及 97 年 7 月 12 日當日第一次滿潮至第二次滿潮間，每隔一小時收集水樣一次。水樣裝瓶時以孔隙 0.45μm 的過濾器濾掉雜質，並加入些微氯化汞，確保瓶中水樣無生物繼續生存，影響水質，採集的同時，以 YSI 溫鹽計測量採集時的水溫及鹽度，並記錄下來。. 3.2 牡蠣標本前處理及薄片製作. 1.. 先將標本以清水做初步的清洗，再浸泡於 3%的過氧化氫水溶液，直到殼體表面附著的沉積物脫落，放置室溫下風乾。 25.

(42) 2.. 以 Buehler Epoxicure 樹脂與硬化劑以 5 比 1 的比例混合，為減少樹脂中的氣泡量，將調勻的樹脂置於真空皿中抽氣 5 分鐘，再把抽完真空的樹脂倒入裝有以黏土固定標本的紙盒中，傾倒量每次不超過一公分，直至淹蓋過牡蠣的韌帶。. 3.. 將固定後的標本沿韌帶部位縱切，切面以#600 的金剛砂磨平，和同樣以#600 的金剛砂磨成毛玻璃的玻片以 5 比 1 的 Buehler Epoxicure 樹脂與硬化劑黏合，待乾。. 4.. 將黏合於玻片上的標本切成薄片，切面以#600、#1000 金剛砂磨平，再以 3.0、0.3micron 的氧化鋁粉拋光，薄片即製作完成。. 3.3 透射光顯微鏡及陰極射線顯微鏡觀察. 為了瞭解殼體的微細構造，將標本薄片置於透射光顯微鏡下觀察其生長紋路的結構，並拍照，以利確定取樣位置。另外標本的保存度也決定標本的碳氧同位素是否值得採用，因此利用陰極射線顯微鏡觀察標本是否有發光現象，並加以拍攝。陰極射線顯微鏡在 8.5kV 加速電壓及 200~250μ A 電流環境下進行觀察。. 3.4 X-ray 分析. 因 X 光繞射分析可用來判斷礦物晶體內部離子或原子的位置，可藉此得知晶體結構。先挖取現生牡蠣白堊部位的粉末，並以研缽磨細，及硬質殼體部位磨成粉末，分別利用甲醇將粉末平鋪及固定於薄片上，送入 JEOL JDX-8038 X 光繞射儀分析，將電壓強度設定為 40.0kV，電流強度調為 30.0mA，將得到的繞射圖譜對照粉晶繞射標準(JCPDS; Joint Committee on Powder Diffraction Standards)，判斷牡蠣殼體礦物組成成分。. 26.

(43) 3.5 穩定碳氧同位素分析. 將透射光及陰極射線顯微鏡所拍攝的照片對照比較，確定取樣位置後，利用 Micromill 儀器鑽取粉末，鑽取的長度 2000μm，寬度約 100μm ，得到粉末量 100μg-200μg，將粉末裝入分析瓶中，封瓶後置入 Gilson 自動分析儀(Multicarb Sample Preparation System)中，瓶內的粉末於 90°C 下與 100 ％磷酸反應，產生的 CO2 氣體以 Micromass IsoPrime 質譜儀分析碳氧同位素組成。同時以國際標準試樣 NBS-19(δ18O=-2.20‰；δ13C=1.95‰)進行校正至 V-PDB，δ18O 及 δ13C 之精密度分別為 0.05‰及 0.03‰(N=701)。將採得的海水透過初步處理後，同樣送入 Micromass IsoPrime 質譜儀分析，水樣分析量為 200μL，同時利用實驗室標準水樣 DDW=-6.36‰，及南海 S1 測站取得 10m=0.10‰，1000m=-0.16‰，以及中央研究院地球科學研究所汪中和老師提供的 MS=-12.00‰，RDW=-14.60‰， LEW07=1.25‰，LWE09=3.08‰作為工作標準品(working standard)，並以國際標準水樣 VSMOW 及 SLAP 為校正標準，得到校正後至 V-SMOW 的海水氧同位素值，測量得到的氧同位素數值精密度達 0.1‰。. 27.

(44) 第四章、結果與討論. 4.1 標本觀察及組成. 由現生牡蠣左殼構造示意圖(圖 4.1A)觀察牡蠣左殼外觀，可看見殼體後側有清楚的閉殼肌痕，在接近殼體的背側有ㄧ凹槽為韌帶槽，而韌帶槽的末端即左右殼接合處。沿背部到腹部的方向(如圖 4.1A 中 a-a’方向)橫切，可得到圖 4.1B 的橫剖面圖，牡蠣殼體除了碳酸鈣結晶構成的硬質殼體，還夾有鬆軟的白堊層，殼身及韌帶部位皆有白堊層的存在，且隨不同個體生長差異，呈現不同型態，硬質殼體與白堊層的比例不一。而從表 4.1 的觀察資料可知，化石標本明顯較現生標本大，這是因為現生標本生長時間大多不超過一年，因此化石殼體的增長厚度也相對較厚。因牡蠣幼苗附著時間不固定，所以不同時間採集的牡蠣殼體大小並不固定，難以推斷殼體生長速度，且韌帶長度與殼長、殼高的相關性並不高。因現生及化石標本來源不同，故本文敘述時，將依地名區分，JH 代表採自雲林縣金湖的現生牡蠣，JH 後的六位數字表示採集日期，底線後的兩位數字是流水號；NKL 代表南關里遺址的化石，NKLE 代表南關里東遺址的化石，其後的四位數字為南科考古隊所提供的編號。. 28.

(45) a (A). 背韌帶槽. 閉殼肌高後. 前. 6cm. 長 4cm 腹 a’. (B). 殼身. 白堊層. 韌帶部位硬質殼體. 韌帶長. 圖4.1 (A)圖為現生牡蠣左殼構造示意圖，(B)圖為現生牡蠣沿A圖中aa’方向切割後，所得的切面圖。. 29.

(46) 表 4.1 牡蠣的資料與形態。. 標本編號. 採集地點. 採集日期或年代. JH080614_01 2008/6/14 JH080614_05 JH080614_06 JH081109_01 JH081109_02 2008/11/9 JH081109_03 JH081109_04 JH081220_01 雲林縣 JH081220_02 金湖 2008/12/20 JH081220_04 漁港 JH081220_05 JH090318_03 2009/3/18 JH090318_04 JH090514_02 JH090514_03 2009/5/14 JH090514_04 JH090514_06 NKL4277 4100~4300 B. P.. NKL4510. NKL4731 NKL6396_01 NKL6396_02 NKL6396_03 NKLE5016_01 NKLE5016_02 NKLE5016_03. 長牡蠣 (Crassostrea gigas). 近江牡蠣 (Crassostrea Rivularis) 長牡蠣大連灣牡蠣 (Crassostrea talienwhanensis) 長牡蠣. NKL4758 NKL4699. 種屬. 台南科學園區 4700 B. P.. 長牡蠣. 4200~4700 B. P.. 長牡蠣. 30. 長高韌帶長 (cm) (cm) (cm) 3.6 4.4 5.3 4.3 4.7 7.8 6.5 8.3 6.2 5.0 6.1 5.6 6.0 7.4 7.6 7.5 5.7. 3.0 3.8 2.8 2.0 2.6 4.0 3.5 3.7 3.5 3.8 3.2 4.7 4.0 5.0 5.1 4.5 3.3. 0.6 0.7 0.5 0.9 1.2 1.3 1.5 1.5 0.7 0.9 0.7 1.4 1.4 1.6 1.8 1.7 1.4. 7.8. 6.5. 1.3. 7.1. 3.7. 1.7. 11.9. 6.8. 1.7. 10.3. 6.2. 1.7. 11.6. 5.2. 3.0. 10.1 9.0 9.8 13.4 10.9 12.5. 5.6 5.7 5.0 7.8 6.2 6.1. 4.0 1.7 2.2 2.6 2.4 2.6.

(47) 4.2 殼體保存度. 陰極射線是在真空管中的電子流，晶格被電子流激發後電子回復會釋出能量而發出光。生物殼體的碳酸鈣來自生活環境以及生物代謝的二氧化碳，鈣離子與釋出一個質子的碳酸氫根結合形成碳酸鈣，而碳酸鈣呈過飽和狀態時，碳酸鹽類晶體會在外套膜液中形成。方解石與霰石是同質異形的碳酸鈣結晶，結晶構造在 Ca2+的位置可以被 Mn2+取代後，在陰極射線下，方解石呈現橘光，因此若在陰極射線下觀察到殼體發出橘光，表示殼體可能受到外在環境影響使 Mn2+取代 Ca2+的位置，即殼體在成岩作用時，極可能受到天水的影響，使元素發生置換，或部分殼體重新結晶，失去原始環境訊號，那麼這樣的殼體便不適合用來當做研究古環境的材料(Pagel et al., 2000)。不過 Zinkernagel(1981)提出 Mn2+濃度須達到 20~40ppm 才可直接觀察到，且 El Ali et al.(1993) 提出 Fe2+濃度大於 1000ppm 會抑制 Mn2+ 發光，所以陰極射線的觀察僅能初步提供檢驗是否受成岩作用的影響。將製作完成的牡蠣薄片置於陰極射線顯微鏡下觀察拍照，同時也在透射光顯微鏡下觀察殼體結構，牡蠣殼體較不透光，微細構造也不明顯(圖 4.2、圖 4.3、圖 4.4)。而觀察殼體發光情形可發現，遺址牡蠣殼體中白堊層部分皆發強烈橘光，硬質殼體部分則有不同程度的發光情形，而現生牡蠣殼體大部分不發光。標本描述時以 NL 代表殼體不發光，SL 代表殼體輕微發光，L 代表殼體發光。南關里第一文化層出土的殼體發光情形較嚴重，將不同發光情形之殼體碳氧同位素數值繪圖(圖 4.5)，輕微發光的殼體碳氧同位素分布很廣，而發光、輕微發光與不發光殼體之碳氧同位素分布呈現線性的關係，此現象究竟是不同程度成岩作用所導致，亦或受淡鹹水混合效應影響，為了釐清影響原因，將數據進行統計分析，由分析結果得知，發光與不發光殼體碳氧同位素具有顯著差異，碳同位素差異為 2.01‰，氧同位素差異為 2.51‰；而輕微發光與不發光殼體碳氧同位素亦有顯著差異，碳同位素差異為 2.33‰，氧同位素差異為 2.50‰；發光與輕微發光殼體碳氧同位素無顯著差異。而從. 31.

(48) (A). (B). (C). (D). 32. SL 白堊. L. NL. 圖4.2 南關里遺址牡蠣殼體NKL4277置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A)為透射光顯微鏡下的殼體全身；(B)為陰極射線顯微鏡下的殼體全身；(C)為透射光顯微鏡下韌帶部位放大圖；(D)為陰極射線顯微鏡下韌帶部位放大圖。NL表示不發光，SL 代表殼體輕微發光，L代表殼體發光。. 32.

(49) (A). (B). SL. 33. L 白堊. 圖4.3 南關里遺址牡蠣殼體NKL4510置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A)為透射光顯微鏡下的韌帶部位殼體；(B)為陰極射線顯微鏡下的韌帶部位殼體。SL代表殼體輕微發光，L代表殼體發光。. 33.

(50) (A). (B). NL. 白堊. 34. SL. 圖4.4 南關里遺址牡蠣殼體NKL4758置於顯微鏡下觀察拍照的結果。(A)為透射光顯微鏡下的韌帶部位殼體；(B)為陰極射線顯微鏡下的韌帶部位殼體。NL表示不發光，NL+L代表殼體部分發光。. 34.