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《微美幻境–海洋微化石》特展分為「微化石美術館」、「微化石的藝術與科學」、「臺灣的微化石」，以及「見微知著探未來」4個單元。「微化石美術館」展區介紹有孔蟲、放射蟲、矽藻、鈣板藻等4大類海洋微化石，策展團隊細心以淺藍色代表有孔蟲、黃色代表放射蟲、紫色代表矽藻、紅色代表鈣板藻，民眾參觀時可以欣賞其獨特的幾何造型，以及形態的多樣性。展區在國家交響樂團豎琴首席解瑄老師的「紅色薩拉邦」琴音中，充分展示地球內太空世界—海洋的神祕與浩瀚，本身是天文學家的科博館孫維新館長大讚「微化石美術館」展區彷如外太空的滿天星斗，深刻展現了「在自然中看見科學，用科學理解自然」的宗旨。展區還有中山大學慨借的180餘件有孔蟲放大模型，依其棲息於海洋的不同深度陳列於櫥窗中，並介紹在20世紀初歐洲新藝術運動，師法放射蟲結構的建築手法，以及鈣板藻沉積成岩成為地質學白堊紀命名的由來等。
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走入「微化石的藝術與科學」展區，彷彿置身英國維多利亞時期的城堡大廳，在壁爐的溫暖烘照中，欣賞10餘幅18世紀以來的海洋微化石相關的精美版畫作品，透過博物學家、畫家、鐫版師攜手合作，從微體古生物學的濫觴，到19世紀維多利亞女王在位期間所風行的微觀自然美學時尚。年代超過一個世紀的維多利亞時期顯微玻片更是不能錯過的重點，蒐藏者，同時也是《微美幻境》特展主要策展人之一的台北市立大學李孟陽教授風趣表示，這次特展最大的缺點，就是讓太太知道了這些他原本偷偷藏在書房抽屜中的維多利亞時期顯微玻片蒐藏。展區還有最早以中文出版的地質學專門著作《地學淺釋》，於19世紀下半葉由江南製造局翻譯館刊行。
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「臺灣的微化石」展區介紹臺灣海洋微化石的分布與研究，展出科博館所蒐藏臺灣最大的大型有孔蟲，及西部麓山帶最老的有孔蟲化石，還有數件國立臺灣博物館灣所珍藏，富有早期採集原始標籤的有孔蟲化石。想親眼看看臺灣最古老的化石嗎？這裡展出1951年發現，經分析後年代為二疊紀的有孔蟲及珊瑚化石。為讓民眾更加了解微體古生物學家的研究工作，「臺灣的微化石」展區實境展出微體古生物學家的研究室，在開展後的第一個月內，將有研究人員實地操作由國家實驗研究院台灣海洋科技中心自行研發的TORI FOCUS 顯微拍照系統，民眾透過玻璃櫥窗就可以清楚看到研究人員拍攝保留景深但影像清晰的光學顯微影像，實質拉近普羅大眾與尖端科研的距離。
最後的「見微知著探未來」展區介紹可經由海洋微化石來驗證板塊構造學說，海洋微生物的研究可以探知全球環境變遷，以及微生物在調節地球氣候上所扮演重要的角色。藉由這些大型海報展版的精美繪圖與文字說明，了解微化石個體雖小，卻是探討古環境變遷不可或缺的時空膠囊。
《微美幻境–海洋微化石》特展入口處擺放著五百多萬年前的有孔蟲石灰岩大標本，表面的有孔蟲化石清晰可見，策展人科博館地質學組王士偉主任大方表示，民眾可以自由觸摸，也可以透過放大鏡更進一步欣賞微化石令人讚嘆之美。這些比沙粒還細小的海洋微化石，從地球生命演化初期開始，就扮演著形塑今日地球的重要角色。人類發明顯微鏡後，訝異於其精巧的顯微構造，除了讚嘆造物之妙，也啟發了諸多藝術科技的濫觴。《微美幻境–海洋微化石》特展兼具科學與藝術的知與美，在欣賞展場與展品的同時，也讓人更加珍惜我們僅有的大地之母。圖/國立自然科學博物館提供
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