Special Research Paper on “Conservation and Management of Stone Cultural Heritage and Paleontological Site”

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Econ. Environ. Geol. 2023; 56(6): 661-674

Published online December 29, 2023

https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Non-Destructive Material Analysis of Whetstones Discovered in Grain Transport Ship of the Early Joseon Period

Dal-Yong Kong1,*, Jae Hwan Kim2, Eun Young Park1, Yong Cheol Cho1, Ki Hong Yang1

1National Research Institute of Maritime Cultural Heritage, Taean 32132, Korea
2Natural Heritage Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 35204, Korea

Correspondence to : *kong.dalyong@daum.net

Received: November 9, 2023; Revised: December 3, 2023; Accepted: December 4, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

From the seafloor of Taean, Chungcheongnamdo Province, a ship of the Joseon Dynasty was discovered for the first time in the history of underwater excavations in Korea in 2014 and was named Mado Shipwreck No. 4. A total of 27 unused whetstones loaded as tribute were discovered on the hull of Mado No. 4, which revealed that Mado Shipwreck No. 4 was a Grain transport ship that sank while carrying tribute from Naju to Hanyang between 1417 and 1425 (King Taejong to King Sejong). All of the 27 whetstones are in the shape of narrow and long sticks. The average values of length, width, thickness, and weight are 161.5 mm, 36.1 mm, 22.7 mm, and 253.2 g, respectively. The result of X-ray diffraction analysis shows that the constituent minerals are quartz, alkali feldspar, and plagioclase, which is similar to that of the high-resolution digital stereomicroscope analysis. The average porosity of Mado-2672 and 2673 is 2.69% and 1.78%, respectively, and the average surface hardness is 807.2HLD and 834.5HLD, respectively. It is interpreted that if the porosity increases beyond a certain level, it affects the decrease in surface hardness. All of these are made of feldspathic sandstones with an average SiO2 content of 74.51% and were confirmed to be suitable as grindstones. They are all medium whetstones when classified based on the SiO2 content. These whetstones are small in size and weight and are convenient to carry, so they are presumed to be a type of non-stationary whetstone, and are estimated to have been mainly used in the fields such as weapon polishing and craft production during the Joseon Dynasty.

Keywords whetstone, Taean, Joseon Dynasty, Mado Shipwreck No. 4, Grain transport ship

조선 초기 조운선(마도4호선)에서 출수된 숫돌의 비파괴 재질 분석 연구

공달용1,* · 김재환2 · 박은영1 · 조용철1 · 양기홍1

1국립해양문화재연구소 서해문화재과
2국립문화재연구원 자연문화재구실

요 약

충남 태안 해역에서는 2014년 국내 수중발굴 역사상 처음으로 조선시대 선박이 발견되어 마도4호선으로 명명되었다. 마도4호선은 발굴된 유물을 통해 1417~1425년(태종~세종) 사이 나주에서 공물을 싣고 한양으로 가다 침몰한 조운선임이 밝혀졌다. 마도4호선의 선체에서는 공물로 적재된 총 27점의 미사용 숫돌이 발견되었다. 27점 숫돌은 모두 폭이 좁고 긴 막대기 형태이며. 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 161.5mm, 36.1mm, 22.7mm 및 253.2g 이다. X-선 회절 분석 결과, 구성광물은 석영, 알칼리장석, 사장석으로 고해상도 디지털 실체현미경 분석 결과와 유사하다. 마도-2672와 2673의 평균 공극률은 각각 2.69%와 1.78%, 평균 표면 경도는 각각 807.2HLD와 834.5HLD로 공극률이 일정 이상 증가하면 표면 경도 감소에 영향을 미치는 것으로 해석된다. 이들은 모두 장석질 사암(Arkose)이며 SiO2의 함량은 평균 74.51%로 숫돌로서 적합함이 확인되었다. 27점의 숫돌은 SiO2의 함량을 기준으로 구분할 때, 중간 숫돌에 해당한다. 이들 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추정되며, 조선시대 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

주요어 숫돌, 태안, 조선시대, 마도4호선, 조운선

  • Twenty-seven whetstones identified as tribute items were first discovered on a cargo vessel (named as Mado Shipwreck No. 4) of the Joseon Dynasty.

  • The whetstones are made of feldspathic sandstones, and estimated a non-stationary tools based on its small size and weight, and thus believed to have been mainly used in special fields such as craft production during the Joseon Dynasty.

  • The discovery of the Joseon whetstones will be a comparative research material for the study of Goryeo Dynasty whetstones discovered through underwater excavations.

우리나라 수중고고학에 있어 가장 중요한 지역인 충남 태안 해역은‘바다 속 경주’혹은‘수중문화재의 보고’라 불리는 곳이다. 이곳에서는 2007년 고려시대 선박인 태안선을 시작으로 2011년까지 총 4척의 고려시대 선박과 유물 약 2만 6천여 점이 발굴되었다. 이후 2014년 국내 수중발굴 역사상 처음으로 조선시대 선박이 발견되어 마도4호선으로 명명되었다(Fig 1).

Fig. 1. The location of Mado Shipwreck No. 4. and excavated hull and artifacts. Four ships and more than 26,000 artifacts from the Goryeo Dynasty were already discovered around the Mado Shipwreck No. 4.

마도4호선은 선박의 형태와 구조,‘내섬’이라는 명문이 기록된 분청사기 및 물품의 정보가 담긴 목간 등 발굴된 유물을 통해 1417년~1425년(태종~세종) 사이 나주(영산창)에서 공물을 싣고 한양(광흥창)으로 가다 침몰한 조운선(세곡 운반선)임이 밝혀졌다(NRIMCH, 2016). 마도4호선은 지금까지 발굴된 15척의 고대 선박 중 처음으로 발견된 조선시대 선박이자 배의 성격(조운선)이 밝혀진 유일한 선박으로써 그 중요성과 연구사적 의의가 매우 크다.

마도4호선에서는 분청사기 등 380여 점의 유물과 함께 일종의 화물표인 63점의 목간이 발견되었는데, 목간에는 이 선박의 출발지와 도착지뿐만 아니라 물품명, 곡물의 양과 종류 등의 정보가 기록되어 있었다(Fig 1). 이러한 목간은 오늘날의 물품 명세서와 같은 것으로, 연구 대상의 정확한 정보를 제공하여 유물의 가치와 의미 및 연구자료로서의 신뢰성을 높여준다. 또한, 선체 내부에서는 공물로 납품되었던 다량의 곡물들과 자연산 숫돌 꾸러미가 발견되었다(Fig 2). 지금까지 수중고고학의 연구 대상은 고대 선박, 도자기, 목간 등의 연구에 집중된 반면, 수중 출수 석재 유물에 관한 연구는 중요성에 대한 인식과 관심도가 낮아 몇몇 연구자에 의한 제한된 주제(예: 닻돌) 연구만 진행되었다(Hong, 2015; Kim, 2018; Park, 2022). 특히, 석재 유물 중에서도 숫돌은 그 자체가 완성된 물품이라기보다는 다른 물품의 가공을 위해 이용된 도구였다는 점에서 고고학자나 역사학자 등 기존 연구자들의 관심 밖 유물이었다. 그러나 숫돌은 인류 문명사에 있어 매우 중요한 재료이자 도구이다. 인류는 숫돌을 이용한 연마와 연삭을 통해 도구를 제작하고 수리하여, 보다 정교한 도구를 안정적으로 사용할 수 있게 되었고, 효율적인 도구의 안정적인 사용은 식량 생산부터 군사력에 이르기까지 큰 증대를 가져와 사회・경제적 발전에 크게 이바지하였다(Lee, 2003).

Fig. 2. The location of the whetstone within Mado Shipwreck No. 4 (A), appearance of the whetstones at the time of discovery (B), and the studied samples (C: Specimen no. Mado-2672-01~15, D: Mado-2673-01~12).

지금까지 수중에서 발굴된 숫돌은 마도4호선 숫돌을 제외하고 6점이 발굴되었으며, 모두 고려시대 선박(완도선, 안좌도선, 마도1·2호선, 해남선)에서 발견되었다. 이번 연구는 우리나라의 자연산 숫돌에 대해 처음으로 시도되는 암석학적 연구로서 이 연구를 통해 산업사적 가치가 높은 조선시대 숫돌의 재질특성과 채석산지를 해석하기 위한 기초 자료를 확보하는 데 그 목적이 있다. 또한, 연구 결과는 조선시대 초기 석재자원의 생산・유통・활용 등 조선시대 산업・경제사 연구에도 중요한 기초 자료를 제공할 것이다.

숫돌(whetstone)은 각종 도구를 갈아서 날을 세우거나 표면을 다듬는 용도로 사용되는 석기로, 숫돌을 구성하는 암석의 입자에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌) 등 세 단계로 나누고 있다(Lee, 2003). 신석기시대부터 사용된 숫돌은 우리나라에서도 여수 돌산 송도패총 유적, 통영 연대도 유적, 양양 오산리 유적 등 신석기 유적에서 다양한 숫돌들이 출토되었으며, 문헌 기록으로는『삼국유사』권1 「기이」1에서 확인된다. 숫돌의 출현은 연마 기술의 직접적인 증거이자 신석기시대의 정착 생활과 농경 기술의 발달에 따른 생산활동과 관련 있으며 시대를 거듭할수록 도구 제작 기술의 발전과 함께 다양한 종류의 숫돌이 사용되었다(Kwangju National Musseum, 1994).

조선시대 숫돌은 여석, 지석 또는 드물게 착으로 표현된다. 이 중 여석이라는 단어가 가장 일반적으로 사용되었으며, 여석은 다시 숫돌의 거친 정도에 따라 강여석・중려석・정려석・상려석・세려석・연려석으로, 크기나 색깔에 따라 대려석・청력석 등으로 구분하였다(Park, 2021; Cho, 2023). 조선시대 숫돌은 중앙에 공납하는 물품으로 그 사용처도 매우 다양하여, 도・검・창 등 군기 연마에서부터, 낫・칼 등 농기구 연마, 비석・지석 등 석재 연마 및 놋그릇 등 각종 제기와 동경・악기 등의 기타 물품 연마까지 거의 모든 물품의 제작에 있어 광범위하게 사용된 핵심 도구이자 산업사적으로 중요한 재료였다(Kong, 2023). 또한, 조선시대 숫돌은 임금이 신하에게 내리는 하사품이자 중국・일본 등과의 외교 혹은 무역의 주요한 교역품으로 사용될 정도로 중요하게 인식되었다. 이처럼 조선시대 숫돌은 그 쓰인 곳이 다양하였고 일반 가정에서 사용된 숫돌까지 고려한다면 조선시대 숫돌의 사용처와 그 수량은 상당히 많았을 것으로 추측된다. 이로 인해 조선시대에는 일찍부터 전국의 숫돌 산지를 파악하고자 노력하였다(Cho, 2023). 조선시대 전국의 숫돌 산지는 여러 문헌에서 확인되는데 중앙으로 공납되는 숫돌 산지의 경우『지리지』, 『실록』이나『승정원일기』와 같은 연대기 사료 및『의궤』등 관찬 사료에서 확인된다(Table 1).


Whetstone production area identified in the literatures of the Joseon Dynasty


RegionSejongsillok jirijiSinjeung-dongguk yeojiseungnamSeungjeongwon IlgiYeojidoseoUigweetc.
GyeongsangdoGeochangxxOxxx
DanseongxxOOxO
YeonilOOOOOO
JeolladoGosanxxOOxx
NajuxOxOxO
BoseongxOxxxx
TaeinxOxOxx
GangwondoGangneungxxOxxx

3.1. 연구 대상

이번 연구의 대상은 조선 초, 1417년~1425년(태종~세종) 사이 나주에서 공물을 싣고 한양으로 가다 침몰한 조운선(마도4호선)에서 발견된 미사용 숫돌 27점이다. 2014년 발견된 마도4호선에서는 공물로 납품되던 27점의 미사용 숫돌과 1점의 사용한 숫돌이 출수되었는데, 미사용 숫돌 27점 중 15점은 새끼줄로 묶인 상태로, 다른 12점은 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었다(Fig. 2A).

27점의 숫돌은 발견 당시 위치와 상태에 따라‘마도-2672와 마도-2673’으로 관리되고 있다(Fig. 2C, 2D). 마도-2672는 새끼줄로 묶인 상태로 발견된 15점으로, 숫돌의 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 162.5mm, 36.7mm, 22.3mm 및 245.2g이며, 색상은 대체로 회색을 띤다(Table 2). 마도-2673은 마도-2672 주변에 흩어진 상태로 발견되었다(Fig. 2A). 마도-2673의 12점 숫돌 역시 회색을 띠고 있으며, 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 160.4mm, 35.5mm, 23.0mm 및 261.2g으로 마도-2672와 매우 유사한 값을 나타낸다(Table 2).


Information of the studied whetstones (Mado-2672 and Mado-2673)


Specimen no.Size (mm)Weight (g)Color
LengthWidthThickness
Mado-2672-01163.131.726.9262.2Dark gray
-02150.944.017.7233.4Dark gray
-03137.835.621.0209.3Gray
-04161.545.314.2218.9Gray
-05158.435.320.1209.6Gray
-06153.429.916.9141.4Dark gray
-07157.236.723.5245.9Gray
-08154.032.028.4290.8Gray
-09136.831.317.9120Light gray
-10163.835.916.2176.1Dark gray
-11179.141.122.1295.1Light gray
-12176.644..125.7299.4Gray
-13190.132.422.2242.6Gray
-14177.135.433.3442.8Gray
-15177.440.528.5290.2Gray
Mean162.536.722.3245.2-
Mado-2673-01216.442.330.6417.0Gray
-02176.838.832.7507.2Dark gray
-03162.934.323.3256.4Gray
-04134.833.217.3158.6Dark gray
-05149.730.424.9209.3Gray
-06167.736.827.4222.4Gray
-07148.537.917.3223.1Gray
-08166.528.924.7261.8Dark gray
-09156.036.419.2230.7Light gray
-10178.945.020.8325.5Light gray
-11123.927.916.7122.0Dark gray
-12142.233.621.1200.6Gray
Mean160.435.523.0261.2-


3.2. 연구 방법

마도4호선에서 발견된 숫돌 27점을 대상으로 조선시대 공물로 공납된 숫돌의 재질특성을 규명하기 위해 물리적・광물학적・지구화학적 분석을 수행하였다. 연구 대상 숫돌은 육안관찰을 통해 암석의 색상과 광물 입자, 기질 등을 먼저 확인하였으며, 더욱 정밀한 암석 기재적 특징은 초고해상도 디지털 실체현미경 Leica Emspira 3를 활용하여 관찰하였다. 미세자기적 특성을 확인하기 위해 전암 대자율을 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 ZH Instrument사의 SM-30이며, 대자율의 세기는 10-3SI 단위로 표기하였다. 측정 방법은 연구 대상 숫돌 27점 대해 각 10회씩 측정한 후, 측정값에 따른 빈도수를 산출한 후 비교하였다. X-선 회절 분석은 국립문화재연구원에 보유하고 있는 X-선 회절 분석기(Empyrean, PANalytical)를 이용하였다. 일반적인 X-선 회절 분석에는 소량의 시료를 분말화하여 분석에 사용하지만, 연구 대상 숫돌의 경우, 분말 시료 확보가 제한된 표본이기에 원 시료 그대로 비파괴 표면 X-선 회절 분석법을 적용하였다. 분석에는 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406Å)을 사용하였으며, 고분해능 Pixel 3D(256Ch) Detector를 이용하여 회절 패턴을 측정하였다. 측정 조건은 40kV, 40mA 하에서 구간은 5~60°, 스텝 간격은 0.02°, 주사 시간은 100s로 설정하였다. 각 시료의 분석 대상면은 편평도를 고려하여 X-선의 입사각(θ)과 반사각(θ)이 최대한 같아지도록 높이를 설정하였으며, 높이 설정 과정에서 발생할 수 있는 오차만큼 이동된 피크가 기록될 수 있기 때문에 이는 해석 과정에서 보정하였다.

숫돌의 표면 경도 측정은 PROCEQ사의 에코팁 경도 시험기 Equotip3를 이용하였다. 이 장비는 비파괴로 표면 경도를 측정하는 데 주로 사용되는 장비로(HLD로 표기), 개별 시료마다 임의의 측정점 20개를 설정한 후, 각 지점별로 3회씩 측정하여 평균값을 이용하였다. 숫돌의 성분 분석은 Bruker사의 Tracer 5i 휴대용 XRF 분석기(Portable X-ray Fluorescence Analyzer)를 이용하였다. 분석은 Geo exploration mode를 사용하였고 측정 시간은 70초이다. 개별 시료마다 3회씩 측정한 후 평균값을 이용하였다. 물과 함께 사용하는 숫돌의 특성을 파악하기 위해 연구 대상 숫돌의 물성(비중, 공극률, 흡수율)을 측정하였다. 각각의 물리적 특성에 대한 측정방법은 ASTM C97/C97JM과 ISRM에서 제시하고 있는 방법을 이용하였다. 각 시료에 대해 건조질량(w1), 포화질량(w2), 수중질량(w3)을 측정한 후 이를 이용하여 비중, 공극률, 흡수율을 계산하였다. 여기서 건조 질량(w1)은 105℃ 온도에서 24시간 동안 건조 후의 질량이며, 포화질량(w2)은 48시간 동안 증류수에 완전히 침수시킨 후 표면의 물을 제거한 뒤의 질량이고, 수중질량(w3)은 증류수에 완전히 포화된 시료의 수중에서의 질량을 말한다.

4.1. 암석·광물학적 특성

연구 대상인 숫돌은 박편제작 등의 파괴분석이 제한된 표본으로 고해상도 디지털 실체현미경과 X-선 회절 분석을 통해 구성암석의 광물조성, 조직 등 기재적 특징을 분석하였다. 선체에서 발견되어 나온 숫돌의 표면은 산화되어 대체로 붉은색을 띠고 있었으나(Fig 2C, 2D), 보존처리 후 관찰된 숫돌의 본래 색은 어두운 회색에서 밝은 회색까지 확인되며 대체로 회색을 띤다. 실체현미경 관찰 결과, 마도-2672(15점)와 2673(12점)의 숫돌은 광물조성, 조직 등 암석 기재적 특징이 유사하다. 27점의 모든 숫돌에서 회백색의 기질이 확인되며 조직과 입자의 차이는 거의 없다. 구성광물은 모두 석영과 장석으로 동일하며 소량으로 흑운모가 관찰되나 암편은 확인되지 않는다(Fig. 3A, 3B). 이러한 암석 기재적 특징은 사암에 해당한다. X-선 회절 분석 결과, 숫돌의 높이 설정에 따른 회절 패턴이 일부 우측으로 0.005~0.02°정도 이동이 확인되어 이를 보정하여 구성광물을 동정하였다. 그 결과, 마도-2672와 마도-2673은 모두 유사한 회절 패턴을 보이며 구성광물은 석영, 알칼리장석, 사장석으로 동정되었다(Fig. 3C, 3D). 이는 고해상도 디지털 실체현미경 분석 결과와 유사하다. 마도-2672와 2673의 암석 동질성을 판단하기 위해 27점 숫돌의 대자율을 측정하였다(Table 3). 대자율 분석은 석조문화재의 산지 추정연구나 토기, 전벽돌의 재료학적 동질성 해석에 유용하게 사용하고 있다(Uchida et al., 2007; Park et al., 2019; Kim and Kong, 2022; Park et al., 2022). 마도-2672 숫돌의 대자율 값은 0.077~1.43(평균 0.75×10-3SI unit)의 분포 범위를, 마도-2673은 0.145~1.76(평균 0.78×10-3SI unit)의 범위를 보인다. 이러한 대자율 값은 강자성 광물의 함량과 정의 상관관계를 가지기 때문에 마도-2672와 2673은 모두 강자성 광물의 함량이 낮다는 것을 지시한다. 마도-2672와 2673은 유사한 분포 범위를 가지며 숫돌에 따른 미세한 값의 차이는 강자성 광물의 불균질한 분포에 의한 것으로 해석된다.

Fig. 3. Lithological and mineralogical characteristics of whetstones. A, B: Digital stereo microscope photos of whetstone. C, D: X-ray diffraction patterns of whetstones. E: Magnetic susceptibilities showing the stone properties of whetstones.


Physical properties and magnetic susceptibility of the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673


Specimen no.Specific gravityPorosity (%)Absorption ratio (%)Surface hardness (HLD)Magnetic Susceptibility (x10-3SI)
MinMaxMean
Mado-2672-012.532.450.99858.00.770.870.833
-022.622.300.90843.30.771.010.906
-032.522.130.86841.01.101.431.286
-042.551.940.78792.20.721.060.848
-052.622.911.15814.60.320.390.363
-062.551.420.57800.70.720.910.823
-072.542.020.81861.71.331.361.348
-082.521.030.41864.70.400.480.426
-092.569.634.17599.60.080.100.088
-102.530.570.23780.60.400.470.434
-112.524.872.03666.20.530.770.641
-122.532.881.17836.30.971.291.137
-132.531.340.54835.80.771.050.941
-142.602.410.95860.80.550.910.707
-152.622.470.96852.40.450.550.490
Mean2.562.691.10807.190.660.840.75
Mado-2673-012.533.631.49825.00.460.760.614
-022.531.810.73893.31.521.761.594
-032.562.340.94843.30.641.210.935
-042.540.640.25782.00.150.290.222
-052.540.840.33856.70.691.000.843
-062.544.061.66808.70.570.660.631
-072.531.670.67763.00.150.230.192
-082.530.670.27859.00.801.341.197
-092.531.620.65853.70.661.020.814
-102.521.070.43862.00.570.710.659
-112.561.240.49808.70.821.060.938
-122.611.790.70859.00.690.900.763
Mean2.541.780.72834.530.640.910.78


4.2. 물리적 특성 및 표면 경도

숫돌은 적정한 수준의 연마력과 연삭력이 중요한 도구이며 연마력과 연삭력은 숫돌의 거친 정도에 따라 달라진다. 따라서, 숫돌로 사용되는 암석의 재질특성에 따라 숫돌의 품위, 종류, 용도 등이 결정되는 것으로 생각된다. 이에 마도-2672와 2673의 재질적 차이를 확인하기 위해 물리적 특성 및 표면 경도를 측정하고 비교하였다(Fig. 4). 측정된 결과는 Table 3과 같다. 마도-2672의 비중은 2.52~2.62(평균 2.56), 공극률은 0.57~9.63%(평균 2.69%), 흡수율은 0.23~4.17%(평균 1.10%)의 값을 가진다. 마도-2673의 경우, 비중 2.52~2.61(평균 2.54), 공극률 0.64~4.06%(평균 1.78%), 흡수율 0.25~1.66%(평균 0.72%)이다. 그러나 마도-2672와 2673의 일부 숫돌(마도-2672-9, 11과 2673-1, 6)에서는 평균값을 벗어나는 이상치가 관찰된다(Fig. 4B, 4C). 이는 재질적 차이에 기인한 것이 아닌 풍화에 의한 것으로 해석된다. 따라서, 마도-2672와 2673은 동일 용도의 숫돌로 판단된다.

Fig. 4. Comparison of physical properties of whetstones of Mado-2672(green) and Mado-2673(brown). A: specific gravity. B: porosity. C: absorption. D: correlation of porosity and absorption. E: surface hardness. F: correlation of porosity and surface hardness.

또한, 표면 경도 측정 결과, 마도-2672는 599.6~864HLD(평균 807.2HLD)이고 마도-2673은 763~893.3HLD(평균 834.5HLD)이다(Fig. 4E, Table 3). 그러나, 일부 숫돌(마도-2672-9, 11)에서 상대적으로 낮은 표면 경도를 보이는데 이는 공극률에 따른 것으로 판단된다. 하지만 마도-2673의 공극률이 다소 높은 숫돌(2673-1, 6)에서는 표면 경도의 변화가 현저하게 나타나지 않은 것으로 보아, 공극률이 일정 이상으로 증가해야만 표면 경도에 영향을 미치는 것으로 생각된다(Fig. 4F). 기존 연구에 의하면, 신선한 화강암의 표면 강도는 약 820~850HDL 값을 보이고, 신선한 사암은 약 780HLD의 표면 경도 값을 나타내는 것으로 알려져 있다(Lee et al., 2012). 따라서 마도-2672와 2673의 평균 표면 경도 역시 807.2HLD와 834.5HLD의 값을 가지기에 매우 신선한 암석이라 할 수 있다. 일반적으로 표면 경도는 표면의 요철에 따라 그 값에 변화가 발생하지만, 이번 연구 대상인 숫돌의 경우, 표면 상태가 매우 매끄럽기에 요철에 따른 영향은 거의 없을 것으로 사료된다.

4.3. 숫돌의 화학조성

마도4호선 선체에서 발견된 마도-2672와 2673 숫돌 27점의 지구화학적 특성을 비교하기 위해 주성분 원소 분석을 실시하였다(Fig. 5; Table 4). 주성분 분석 결과, 마도-2672의 SiO2의 함량은 72.46~75.96wt.%이며, Al2O3 10.80~14.11wt.%, MgO 0.94~2.93wt.%, K2O 6.19~9.83wt.%, CaO 0.78~1.78wt.% 및 Fe2O3는 1.39~2.80wt.이다. 또한, 마도-2673의 SiO2의 함량은 72.92~76.15wt.%이며, Al2O3 11.81~13.90wt.%, MgO 1.06~2.56wt.%, K2O 7.19~8.28wt.%, CaO 0.57~1.84wt.% 및 Fe2O3는 0.83~2.38wt.%로 측정되었다. 각 숫돌의 구성암석에 대한 Harker 도표에서 SiO2의 변화에 따른 Al2O3, CaO, K2O의 뚜렷한 변화 경향은 관찰되지 않으나 MgO와 Fe2O3는 감소하는 경향을 보인다(Fig. 5A~5E). 또한, 마도 2672와 2673의 SiO2 함량의 평균값은 각각 74.24wt.%(72.46~75.96wt.%)와 74.77wt.%(72.92~76.15wt.%)로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(77.10wt.%)과 잡사암(66.7wt.%) 중 알코스사암의 평균 함량에 가깝다. Al2O3 함량의 평균값은 각각 13.16wt.%(10.80~14.11wt.%)와 13.24wt.%(11.81~13.90wt.%)로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(8.70wt.%) 보다 높게 나타난다. Al2O3는 주로 기질로 존재하는 점토광물의 양에 좌우되는 것으로, 장석들의 풍화 변질 및 풍화정도의 양에 의해 차이가 발생하는 것으로 해석된다(Park et al., 1997; Choi and Lee, 2009). MgO 함량의 평균값은 각각 1.42wt.%, 1.67wt.%로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(0.50wt.%) 보다 높게 나타난다. 반면, Fe2O3 함량의 평균값은 각각 1.79wt.%, 1.54wt.%로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(2.2wt.%) 보다는 낮게 나타난다. 이러한 MgO와 Fe2O3의 함량은 SiO2함량의 증가에 따라 두 성분 모두 감소하는 경향을 보인다. 이는 Park et al.(1997)에 의하면, 알코즈 사암의 입자들이 대체로 화강암질 심성암으로부터 유도된 것으로 해석하였다. 또한, 암편질 사암과 장석질 사암의 분류에 주로 사용되는 Herron(1988)의 사암 분류에 도시해보면 마도-2672와 2673의 숫돌 27점은 모두 장석질 사암(Arkose)에 해당한다(Fig. 5F).

Fig. 5. Geochemical relationship between the contents (%) of major cations and SiO2 (A~E), (F) rock classification of Mado-2672 and Mado-2673.


Representative compositions of major elements (wt.%) in the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673


Specimen no.Major elements (wt%)
SiO2Al2O3MgOK2OCaOFe2O3
Mado-2672-0174.0213.561.477.541.701.51
-0275.9611.821.036.191.591.72
-0374.3413.251.867.421.581.60
-0474.8212.062.097.991.561.68
-0574.3813.751.527.801.381.45
-0674.5913.711.287.411.302.37
-0773.5614.051.187.551.741.44
-0873.9413.001.357.671.761.92
-0972.4610.802.209.831.092.80
-1074.9013.631.327.041.581.75
-1173.1413.421.628.480.862.46
-1273.6213.741.177.841.731.39
-1375.8212.811.107.210.781.49
-1473.9513.651.228.121.781.47
-1574.0614.110.947.351.481.78
Mado-2673-0172.9211.812.567.421.842.38
-0274.3213.551.597.521.352.33
-0374.9013.901.067.620.751.52
-0474.9913.511.427.621.121.53
-0575.0213.361.777.201.271.37
-0673.6513.611.897.471.171.79
-0775.1112.391.878.280.571.60
-0874.8513.831.368.030.651.57
-0975.1512.991.757.581.621.01
-1076.1513.761.147.191.400.83
-1175.0612.831.697.730.891.24
-1275.1613.281.897.361.501.27

신석기시대에 등장한 숫돌은 삼국시대를 거치면서 용도와 기능에 맞게 다양한 숫돌이 사용되었다. 조선시대에는 외교 혹은 무역의 주요한 교역품으로 사용될 정도로 중요하게 인식되고, 거의 모든 물품의 제작에 있어 광범위하게 사용된 핵심 도구이자 산업사적으로 중요한 재료였다. 이후 우리나라 숫돌은 질 좋고 가격이 싼 공장제 낫의 생산과 같은 농업환경의 변화 등으로 자연산 숫돌 산업은 급격히 줄어들어 1990년대 중반 영양 저석생산조합(혹은 숫돌조합)이 해체되면서 국내 자연산 생산이 중단되었다(Lee, 2003).

숫돌은 고대부터 근대에 이르기까지 사회․경제 및 산업사적으로 중요한 도구였으나 고고학적 발굴에 따른 단순 보고 외, 우리나라 자연산 숫돌에 대한 체계적인 연구는 전무하다. 우리나라와 함께 숫돌의 역사와 산업이 발달한 일본 역시 전통 숫돌에 대한 지질학적 연구는 손으로 셀 정도로 많지 않지만(Makoto, 1993; Sato, 2005; Takemura, 2009), 선행 연구된 일본의 자연산 숫돌에 대한 암석학적 연구자료 참고하여 조선시대 숫돌의 암석학적 연구를 시도하였다.

5.1. 마도-2672와 2673의 동질성 검토

마도-2672와 2673은 발견 당시, 2672는 15점의 숫돌이 하나의 새끼줄로 묶인 꾸러미 상태로 발견되었고, 2673의 12점 숫돌은 2672의 주변에서 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었다(Fig. 2A). 이로 인해 두 그룹(마도-2672와 2673)의 숫돌이 조선시대 당시 한 지역에서 납품된 공물인지 두 지역의 공물인지에 대한 의문 제기와 함께 전통 숫돌에 대한 암석학적 비교 연구의 필요성이 제기되었다. 이에, 마도-2672와 2673의 형태, 크기(길이·폭·두께), 무게 등과 암석·광물학적 특징 및 지구화학적 특성을 비교 분석하여 두 그룹의 동질성을 확인하였다. 숫돌의 동질성 확인을 위해서 박스플롯(box plot) 차트를 활용한 전체 숫돌의 크기, 무게 등의 데이터 분포와 이상치를 비교 분석하였다. 그 결과, 1~2개의 숫돌을 제외하면 각각의 그룹에서 개별 숫돌은 편차의 폭이 매우 적게 관찰된다. 또한, 두 그룹의 비교에서는 폭과 두께의 편차는 적은 반면, 길이와 무게는 그에 비해 상대적인 편차가 관찰되나 두 그룹은 전체적인 유사성을 보인다(Fig. 6). 이러한 것은 암석의 층리면이나 절리 등과 같은 지질학적인 영향에 의한 것으로 생각된다.

Fig. 6. Comparison of size (length, width, thickness) and weight of Mado-2672 and Mado-2673 whetstones.

연구 대상 숫돌의 암석광물학적 및 지구화학적 특징에서 광물조성, 조직 등 암석 기재적 특징이 모두 유사하며, 마도-2672와 2673은 모두 동일한 장석질 사암(Arkose)으로 동정된다. 전암 대자율 측정에서도 두 그룹은 유사한 경향을 보인다. 또한, 암석의 마모도에 영향을 미치는 주요 인자에는 광물의 구성, 구성광물의 경도, 입자의 모양과 크기 및 암석의 물성(강도, 경도 등) 등이 중요하다(Atkinson et al., 1986). 따라서 연구 대상 숫돌의 물리적 특성(비중, 공극률, 흡수율) 및 표면 경도를 비교해본 결과, 물리적 특성에서도 동일한 분포 범위를 보여 유사성이 확인된다(Fig. 4). 공극률과 흡수율에서 이상치의 값을 보이는 숫돌은 재질이 서로 다른 것이 아니라, 풍화에 의한 영향으로 해석된다. 이는 공극률과 표면 경도의 상관관계에서도 동일한 경향을 보인다(Fig. 4F).

이상의 결과를 종합하면, 마도-2672와 2673은 동일한 장석질 사암(Arkose)으로 두 그룹이 동일한 장소에서 공급된 것을 의미하며, 이는 마도4호선에 실려있던 숫돌들은 한 지역의 공납품인 것으로도 해석할 수 있다.

5.2. 연구 대상 숫돌의 재질적 특성 및 용도

숫돌은 다른 암석과 광물 자원보다 일상생활에서 친숙한 암석으로, 고고학적 발굴에서 출토된 숫돌을 보면 다양한 형태, 크기 등을 보이는데 이는 고대국가에서부터 사용 용도와 기능에 따라 여러 종류의 숫돌을 사용하였음을 의미한다. 일반적으로 숫돌은 암석의 입자와 용도에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌) 등 세 단계로 나뉘는데, 단계별 사용되는 숫돌의 재질특성은 모두 다르다. 숫돌의 거친 정도는 그 숫돌의 연마력 및 연삭력과 관련있으며 거친 숫돌은 다른 숫돌에 비해 연마제 입자가 커서 연삭력도 크다. 반면 마무리 숫돌로 갈수록 입자가 미세하여 연삭력은 줄어들지만 연마력이 우수하여 칼과 같은 도구의 날을 날카롭게 세우거나 놋그릇이나 동경과 같은 물품의 경면효과를 내는 데 사용된다. 이처럼 용도와 기능에 따라 매우 다양하게 분화된 숫돌에 사용된 암석은 아무 암석이 숫돌로써 사용된 것이 아니라 양질의 우수한 숫돌로서의 특성을 가진 암석만이 고품위의 좋은 숫돌로 이용되었다. 그러나 조선시대 숫돌의 문헌사적 자료를 통해 확인하였듯이 재료학적으로 우수한 숫돌의 특성을 가지면서 매장량이 풍부한 채석산지는 매우 드물다(Table 1).

일본은 16세기부터 숫돌을 채굴하여 1960년대까지 일본 전역에서 숫돌이 채굴되었으며 현재까지 일부 지역에서 전통 숫돌을 채굴하고 있다(Sato, 2005). 일본의 선행연구에 의하면, <변성작용의 여부>, <자철석과 황철석의 함량>, 2의 함량> 등이 우수한 숫돌의 기준이다(Makoto, 1993; Sato, 2005; Takemura, 2009). Sato(2005)는 숫돌로 형성된 암석은 퇴적 후 속성작용과 화강암질 마그마의 관입 등 열변성 작용을 받아야 하고, 이러한 변성작용의 정도 차이가 숫돌의 성능에 영향을 미치는 것으로 추정하였다. 또한, 자철석과 황철석의 함량 여부가 고품위의 우수한 숫돌을 결정하며, 이는 이들 광물이 매우 단단하여 연구대상의 날을 훼손시키고 녹을 발생시켜 상품의 가치를 떨어지게 하는 원인이 되기 때문이다. 따라서, 이들의 함량이 작을수록 고품위의 숫돌인 것으로 판단하였다. 또한, Makoto(1993)에 의한 일본 교토지역의 숫돌 연구에 의하면, 숫돌로 사용된 SiO2의 함량은 65~85%의 범위이고, Iwao(1955)는 SiO2의 함량이 90% 이상인 쳐트와 같은 단단한 암석은 숫돌로서 적합하지 않는 것으로 보고하였다. 이중 완성용 숫돌(마무리 숫돌)은 SiO2 함량이 약 65% 정도에 해당한다. 즉, 양질의 우수한 숫돌은 모암이 변성작용을 받고, 자철석과 황철석을 거의 함유하지 않으며, SiO2 함량이 너무 높지도 낮지도 않은 65~85% 범위를 갖는 것이라 할 수 있다. 따라서 SiO2 함량에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌)로 구분하였다.

연구 대상 숫돌인 마도 2672와 2673의 SiO2 함량은 평균 74.24%와 74.77%로 일본의 연구 결과(65~85%) 범위에 포함되는 SiO2 함량이다. 또한, Makoto(1993)가 보고한 마무리 숫돌의 SiO2 함량(65%) 보다는 높은 값으로, 이는 마도4호선에 실린 숫돌은 <중간 숫돌>에 해당하는 것으로 판단된다. 또한, 조선시대 숫돌은 사용 방식에 따라 바닥이나 틀에 고정시키고 연하마는 고정식 숫돌과 숫돌을 손으로 잡고 가공하는 비고정식 숫돌 및 원형으로 제작된 숫돌을 회전시켜서 날을 연마하는 회전식 숫돌로 나눈다(Lee, 2003). 이중 가장 보편적인 숫돌은 일반적으로 많이 사용하는 고정식 숫돌이며, 마도4호선의 실린 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추측된다. 따라서, 연구 대상 숫돌은 조선시대 장검 등 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

국내에서 처음으로 발굴된 조선 초기 조운선에서 공물로 확인된 27점의 숫돌이 발견되었다. 27점의 숫돌 중, 15점은 새끼줄로 묶인 상태로, 다른 12점은 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었으며 발견 당시 위치와 상태에 따라‘마도-2672와 마도-2673’으로 관리되고 있다. 이 숫돌의 암석학적 연구를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 마도-2672(15점) 숫돌의 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 162.5mm, 36.7mm, 22.3mm 및 245.2g이며, 마도-2673(12점)은 각각 160.4mm, 35.5mm, 23.0mm 및 261.2g으로 마도-2672와 매우 유사한 값을 나타낸다.

2. 27점의 숫돌은 장석질 사암(arkose)으로 확인되며 구성광물은 대부분 석영과 장석(알칼리장석, 사장석)으로 구성되어 있다.

3. 마도-2672와 2673에 대한 암석 기재학적 특징, 물리적 특성(비중·공극률·흡수율), 표면 경도, 전암 대자율, 지구화학적 특성을 종합적으로 비교해 본 결과, 두 그룹은 동일한 장소에서 공급되었으며, 이는 한 지역의 공납품인 것으로 해석된다.

4. 마도 2672와 2673의 SiO2 함량은 평균 74.24%와 74.77%로 일본의 숫돌 연구 결과(65~85%) 범위에 포함되며 SiO2 함량을 기준으로 볼 때, 숫돌로서 적합하다.

5. SiO2 함량에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌)로 구분하며, 마도4호선에서 발견된 27점의 숫돌은 <중간 숫돌>에 해당된다.

6. 마도4호선의 실린 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추측되며, 조선시대 장검 등 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

7. 이번 연구는 마도4호선에서 발견된 숫돌의 채석산지를 규명하는데 중요한 정보를 제공할 것이며, 향후 수중발굴을 통해 발견된 고려시대 숫돌 연구에 있어 좋은 비교 연구자료가 될 것이다. 또한, 산업사적 가치가 높은 숫돌의 채석산지에 대한 연구를 심화시켜 국가적 보존가치가 높은 채석산지는 지질유산 혹은 근대유산의 지정에 대한 검토가 필요하다.

이 연구를 위해 많은 도움을 준 영암문화원 김인창 사무국장님과 국립해양문화재연구소 서해문화재과의 김택준 연구사, 최지선·박상준 연구원께 감사드리며, 논문의 심사과정에서 세심한 검토와 지적으로 논문의 질을 높여주신 심사위원님들께 감사드린다. 이 연구는 국립해양문화재연구소「서해 중부 해역 해양문화유산 전시 및 활용사업」의 일환으로 수행되었다.

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Article

Special Research Paper on “Conservation and Management of Stone Cultural Heritage and Paleontological Site”

Econ. Environ. Geol. 2023; 56(6): 661-674

Published online December 29, 2023 https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Non-Destructive Material Analysis of Whetstones Discovered in Grain Transport Ship of the Early Joseon Period

Dal-Yong Kong1,*, Jae Hwan Kim2, Eun Young Park1, Yong Cheol Cho1, Ki Hong Yang1

1National Research Institute of Maritime Cultural Heritage, Taean 32132, Korea
2Natural Heritage Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 35204, Korea

Correspondence to:*kong.dalyong@daum.net

Received: November 9, 2023; Revised: December 3, 2023; Accepted: December 4, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

From the seafloor of Taean, Chungcheongnamdo Province, a ship of the Joseon Dynasty was discovered for the first time in the history of underwater excavations in Korea in 2014 and was named Mado Shipwreck No. 4. A total of 27 unused whetstones loaded as tribute were discovered on the hull of Mado No. 4, which revealed that Mado Shipwreck No. 4 was a Grain transport ship that sank while carrying tribute from Naju to Hanyang between 1417 and 1425 (King Taejong to King Sejong). All of the 27 whetstones are in the shape of narrow and long sticks. The average values of length, width, thickness, and weight are 161.5 mm, 36.1 mm, 22.7 mm, and 253.2 g, respectively. The result of X-ray diffraction analysis shows that the constituent minerals are quartz, alkali feldspar, and plagioclase, which is similar to that of the high-resolution digital stereomicroscope analysis. The average porosity of Mado-2672 and 2673 is 2.69% and 1.78%, respectively, and the average surface hardness is 807.2HLD and 834.5HLD, respectively. It is interpreted that if the porosity increases beyond a certain level, it affects the decrease in surface hardness. All of these are made of feldspathic sandstones with an average SiO2 content of 74.51% and were confirmed to be suitable as grindstones. They are all medium whetstones when classified based on the SiO2 content. These whetstones are small in size and weight and are convenient to carry, so they are presumed to be a type of non-stationary whetstone, and are estimated to have been mainly used in the fields such as weapon polishing and craft production during the Joseon Dynasty.

Keywords whetstone, Taean, Joseon Dynasty, Mado Shipwreck No. 4, Grain transport ship

조선 초기 조운선(마도4호선)에서 출수된 숫돌의 비파괴 재질 분석 연구

공달용1,* · 김재환2 · 박은영1 · 조용철1 · 양기홍1

1국립해양문화재연구소 서해문화재과
2국립문화재연구원 자연문화재구실

Received: November 9, 2023; Revised: December 3, 2023; Accepted: December 4, 2023

요 약

충남 태안 해역에서는 2014년 국내 수중발굴 역사상 처음으로 조선시대 선박이 발견되어 마도4호선으로 명명되었다. 마도4호선은 발굴된 유물을 통해 1417~1425년(태종~세종) 사이 나주에서 공물을 싣고 한양으로 가다 침몰한 조운선임이 밝혀졌다. 마도4호선의 선체에서는 공물로 적재된 총 27점의 미사용 숫돌이 발견되었다. 27점 숫돌은 모두 폭이 좁고 긴 막대기 형태이며. 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 161.5mm, 36.1mm, 22.7mm 및 253.2g 이다. X-선 회절 분석 결과, 구성광물은 석영, 알칼리장석, 사장석으로 고해상도 디지털 실체현미경 분석 결과와 유사하다. 마도-2672와 2673의 평균 공극률은 각각 2.69%와 1.78%, 평균 표면 경도는 각각 807.2HLD와 834.5HLD로 공극률이 일정 이상 증가하면 표면 경도 감소에 영향을 미치는 것으로 해석된다. 이들은 모두 장석질 사암(Arkose)이며 SiO2의 함량은 평균 74.51%로 숫돌로서 적합함이 확인되었다. 27점의 숫돌은 SiO2의 함량을 기준으로 구분할 때, 중간 숫돌에 해당한다. 이들 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추정되며, 조선시대 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

주요어 숫돌, 태안, 조선시대, 마도4호선, 조운선

Research Highlights

  • Twenty-seven whetstones identified as tribute items were first discovered on a cargo vessel (named as Mado Shipwreck No. 4) of the Joseon Dynasty.

  • The whetstones are made of feldspathic sandstones, and estimated a non-stationary tools based on its small size and weight, and thus believed to have been mainly used in special fields such as craft production during the Joseon Dynasty.

  • The discovery of the Joseon whetstones will be a comparative research material for the study of Goryeo Dynasty whetstones discovered through underwater excavations.

1. 서 론

우리나라 수중고고학에 있어 가장 중요한 지역인 충남 태안 해역은‘바다 속 경주’혹은‘수중문화재의 보고’라 불리는 곳이다. 이곳에서는 2007년 고려시대 선박인 태안선을 시작으로 2011년까지 총 4척의 고려시대 선박과 유물 약 2만 6천여 점이 발굴되었다. 이후 2014년 국내 수중발굴 역사상 처음으로 조선시대 선박이 발견되어 마도4호선으로 명명되었다(Fig 1).

Figure 1. The location of Mado Shipwreck No. 4. and excavated hull and artifacts. Four ships and more than 26,000 artifacts from the Goryeo Dynasty were already discovered around the Mado Shipwreck No. 4.

마도4호선은 선박의 형태와 구조,‘내섬’이라는 명문이 기록된 분청사기 및 물품의 정보가 담긴 목간 등 발굴된 유물을 통해 1417년~1425년(태종~세종) 사이 나주(영산창)에서 공물을 싣고 한양(광흥창)으로 가다 침몰한 조운선(세곡 운반선)임이 밝혀졌다(NRIMCH, 2016). 마도4호선은 지금까지 발굴된 15척의 고대 선박 중 처음으로 발견된 조선시대 선박이자 배의 성격(조운선)이 밝혀진 유일한 선박으로써 그 중요성과 연구사적 의의가 매우 크다.

마도4호선에서는 분청사기 등 380여 점의 유물과 함께 일종의 화물표인 63점의 목간이 발견되었는데, 목간에는 이 선박의 출발지와 도착지뿐만 아니라 물품명, 곡물의 양과 종류 등의 정보가 기록되어 있었다(Fig 1). 이러한 목간은 오늘날의 물품 명세서와 같은 것으로, 연구 대상의 정확한 정보를 제공하여 유물의 가치와 의미 및 연구자료로서의 신뢰성을 높여준다. 또한, 선체 내부에서는 공물로 납품되었던 다량의 곡물들과 자연산 숫돌 꾸러미가 발견되었다(Fig 2). 지금까지 수중고고학의 연구 대상은 고대 선박, 도자기, 목간 등의 연구에 집중된 반면, 수중 출수 석재 유물에 관한 연구는 중요성에 대한 인식과 관심도가 낮아 몇몇 연구자에 의한 제한된 주제(예: 닻돌) 연구만 진행되었다(Hong, 2015; Kim, 2018; Park, 2022). 특히, 석재 유물 중에서도 숫돌은 그 자체가 완성된 물품이라기보다는 다른 물품의 가공을 위해 이용된 도구였다는 점에서 고고학자나 역사학자 등 기존 연구자들의 관심 밖 유물이었다. 그러나 숫돌은 인류 문명사에 있어 매우 중요한 재료이자 도구이다. 인류는 숫돌을 이용한 연마와 연삭을 통해 도구를 제작하고 수리하여, 보다 정교한 도구를 안정적으로 사용할 수 있게 되었고, 효율적인 도구의 안정적인 사용은 식량 생산부터 군사력에 이르기까지 큰 증대를 가져와 사회・경제적 발전에 크게 이바지하였다(Lee, 2003).

Figure 2. The location of the whetstone within Mado Shipwreck No. 4 (A), appearance of the whetstones at the time of discovery (B), and the studied samples (C: Specimen no. Mado-2672-01~15, D: Mado-2673-01~12).

지금까지 수중에서 발굴된 숫돌은 마도4호선 숫돌을 제외하고 6점이 발굴되었으며, 모두 고려시대 선박(완도선, 안좌도선, 마도1·2호선, 해남선)에서 발견되었다. 이번 연구는 우리나라의 자연산 숫돌에 대해 처음으로 시도되는 암석학적 연구로서 이 연구를 통해 산업사적 가치가 높은 조선시대 숫돌의 재질특성과 채석산지를 해석하기 위한 기초 자료를 확보하는 데 그 목적이 있다. 또한, 연구 결과는 조선시대 초기 석재자원의 생산・유통・활용 등 조선시대 산업・경제사 연구에도 중요한 기초 자료를 제공할 것이다.

2. 조선시대 숫돌

숫돌(whetstone)은 각종 도구를 갈아서 날을 세우거나 표면을 다듬는 용도로 사용되는 석기로, 숫돌을 구성하는 암석의 입자에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌) 등 세 단계로 나누고 있다(Lee, 2003). 신석기시대부터 사용된 숫돌은 우리나라에서도 여수 돌산 송도패총 유적, 통영 연대도 유적, 양양 오산리 유적 등 신석기 유적에서 다양한 숫돌들이 출토되었으며, 문헌 기록으로는『삼국유사』권1 「기이」1에서 확인된다. 숫돌의 출현은 연마 기술의 직접적인 증거이자 신석기시대의 정착 생활과 농경 기술의 발달에 따른 생산활동과 관련 있으며 시대를 거듭할수록 도구 제작 기술의 발전과 함께 다양한 종류의 숫돌이 사용되었다(Kwangju National Musseum, 1994).

조선시대 숫돌은 여석, 지석 또는 드물게 착으로 표현된다. 이 중 여석이라는 단어가 가장 일반적으로 사용되었으며, 여석은 다시 숫돌의 거친 정도에 따라 강여석・중려석・정려석・상려석・세려석・연려석으로, 크기나 색깔에 따라 대려석・청력석 등으로 구분하였다(Park, 2021; Cho, 2023). 조선시대 숫돌은 중앙에 공납하는 물품으로 그 사용처도 매우 다양하여, 도・검・창 등 군기 연마에서부터, 낫・칼 등 농기구 연마, 비석・지석 등 석재 연마 및 놋그릇 등 각종 제기와 동경・악기 등의 기타 물품 연마까지 거의 모든 물품의 제작에 있어 광범위하게 사용된 핵심 도구이자 산업사적으로 중요한 재료였다(Kong, 2023). 또한, 조선시대 숫돌은 임금이 신하에게 내리는 하사품이자 중국・일본 등과의 외교 혹은 무역의 주요한 교역품으로 사용될 정도로 중요하게 인식되었다. 이처럼 조선시대 숫돌은 그 쓰인 곳이 다양하였고 일반 가정에서 사용된 숫돌까지 고려한다면 조선시대 숫돌의 사용처와 그 수량은 상당히 많았을 것으로 추측된다. 이로 인해 조선시대에는 일찍부터 전국의 숫돌 산지를 파악하고자 노력하였다(Cho, 2023). 조선시대 전국의 숫돌 산지는 여러 문헌에서 확인되는데 중앙으로 공납되는 숫돌 산지의 경우『지리지』, 『실록』이나『승정원일기』와 같은 연대기 사료 및『의궤』등 관찬 사료에서 확인된다(Table 1).


Whetstone production area identified in the literatures of the Joseon Dynasty.


RegionSejongsillok jirijiSinjeung-dongguk yeojiseungnamSeungjeongwon IlgiYeojidoseoUigweetc.
GyeongsangdoGeochangxxOxxx
DanseongxxOOxO
YeonilOOOOOO
JeolladoGosanxxOOxx
NajuxOxOxO
BoseongxOxxxx
TaeinxOxOxx
GangwondoGangneungxxOxxx

3. 연구 대상 및 방법

3.1. 연구 대상

이번 연구의 대상은 조선 초, 1417년~1425년(태종~세종) 사이 나주에서 공물을 싣고 한양으로 가다 침몰한 조운선(마도4호선)에서 발견된 미사용 숫돌 27점이다. 2014년 발견된 마도4호선에서는 공물로 납품되던 27점의 미사용 숫돌과 1점의 사용한 숫돌이 출수되었는데, 미사용 숫돌 27점 중 15점은 새끼줄로 묶인 상태로, 다른 12점은 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었다(Fig. 2A).

27점의 숫돌은 발견 당시 위치와 상태에 따라‘마도-2672와 마도-2673’으로 관리되고 있다(Fig. 2C, 2D). 마도-2672는 새끼줄로 묶인 상태로 발견된 15점으로, 숫돌의 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 162.5mm, 36.7mm, 22.3mm 및 245.2g이며, 색상은 대체로 회색을 띤다(Table 2). 마도-2673은 마도-2672 주변에 흩어진 상태로 발견되었다(Fig. 2A). 마도-2673의 12점 숫돌 역시 회색을 띠고 있으며, 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 160.4mm, 35.5mm, 23.0mm 및 261.2g으로 마도-2672와 매우 유사한 값을 나타낸다(Table 2).


Information of the studied whetstones (Mado-2672 and Mado-2673).


Specimen no.Size (mm)Weight (g)Color
LengthWidthThickness
Mado-2672-01163.131.726.9262.2Dark gray
-02150.944.017.7233.4Dark gray
-03137.835.621.0209.3Gray
-04161.545.314.2218.9Gray
-05158.435.320.1209.6Gray
-06153.429.916.9141.4Dark gray
-07157.236.723.5245.9Gray
-08154.032.028.4290.8Gray
-09136.831.317.9120Light gray
-10163.835.916.2176.1Dark gray
-11179.141.122.1295.1Light gray
-12176.644..125.7299.4Gray
-13190.132.422.2242.6Gray
-14177.135.433.3442.8Gray
-15177.440.528.5290.2Gray
Mean162.536.722.3245.2-
Mado-2673-01216.442.330.6417.0Gray
-02176.838.832.7507.2Dark gray
-03162.934.323.3256.4Gray
-04134.833.217.3158.6Dark gray
-05149.730.424.9209.3Gray
-06167.736.827.4222.4Gray
-07148.537.917.3223.1Gray
-08166.528.924.7261.8Dark gray
-09156.036.419.2230.7Light gray
-10178.945.020.8325.5Light gray
-11123.927.916.7122.0Dark gray
-12142.233.621.1200.6Gray
Mean160.435.523.0261.2-


3.2. 연구 방법

마도4호선에서 발견된 숫돌 27점을 대상으로 조선시대 공물로 공납된 숫돌의 재질특성을 규명하기 위해 물리적・광물학적・지구화학적 분석을 수행하였다. 연구 대상 숫돌은 육안관찰을 통해 암석의 색상과 광물 입자, 기질 등을 먼저 확인하였으며, 더욱 정밀한 암석 기재적 특징은 초고해상도 디지털 실체현미경 Leica Emspira 3를 활용하여 관찰하였다. 미세자기적 특성을 확인하기 위해 전암 대자율을 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 ZH Instrument사의 SM-30이며, 대자율의 세기는 10-3SI 단위로 표기하였다. 측정 방법은 연구 대상 숫돌 27점 대해 각 10회씩 측정한 후, 측정값에 따른 빈도수를 산출한 후 비교하였다. X-선 회절 분석은 국립문화재연구원에 보유하고 있는 X-선 회절 분석기(Empyrean, PANalytical)를 이용하였다. 일반적인 X-선 회절 분석에는 소량의 시료를 분말화하여 분석에 사용하지만, 연구 대상 숫돌의 경우, 분말 시료 확보가 제한된 표본이기에 원 시료 그대로 비파괴 표면 X-선 회절 분석법을 적용하였다. 분석에는 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406Å)을 사용하였으며, 고분해능 Pixel 3D(256Ch) Detector를 이용하여 회절 패턴을 측정하였다. 측정 조건은 40kV, 40mA 하에서 구간은 5~60°, 스텝 간격은 0.02°, 주사 시간은 100s로 설정하였다. 각 시료의 분석 대상면은 편평도를 고려하여 X-선의 입사각(θ)과 반사각(θ)이 최대한 같아지도록 높이를 설정하였으며, 높이 설정 과정에서 발생할 수 있는 오차만큼 이동된 피크가 기록될 수 있기 때문에 이는 해석 과정에서 보정하였다.

숫돌의 표면 경도 측정은 PROCEQ사의 에코팁 경도 시험기 Equotip3를 이용하였다. 이 장비는 비파괴로 표면 경도를 측정하는 데 주로 사용되는 장비로(HLD로 표기), 개별 시료마다 임의의 측정점 20개를 설정한 후, 각 지점별로 3회씩 측정하여 평균값을 이용하였다. 숫돌의 성분 분석은 Bruker사의 Tracer 5i 휴대용 XRF 분석기(Portable X-ray Fluorescence Analyzer)를 이용하였다. 분석은 Geo exploration mode를 사용하였고 측정 시간은 70초이다. 개별 시료마다 3회씩 측정한 후 평균값을 이용하였다. 물과 함께 사용하는 숫돌의 특성을 파악하기 위해 연구 대상 숫돌의 물성(비중, 공극률, 흡수율)을 측정하였다. 각각의 물리적 특성에 대한 측정방법은 ASTM C97/C97JM과 ISRM에서 제시하고 있는 방법을 이용하였다. 각 시료에 대해 건조질량(w1), 포화질량(w2), 수중질량(w3)을 측정한 후 이를 이용하여 비중, 공극률, 흡수율을 계산하였다. 여기서 건조 질량(w1)은 105℃ 온도에서 24시간 동안 건조 후의 질량이며, 포화질량(w2)은 48시간 동안 증류수에 완전히 침수시킨 후 표면의 물을 제거한 뒤의 질량이고, 수중질량(w3)은 증류수에 완전히 포화된 시료의 수중에서의 질량을 말한다.

4. 연구 결과 및 해석

4.1. 암석·광물학적 특성

연구 대상인 숫돌은 박편제작 등의 파괴분석이 제한된 표본으로 고해상도 디지털 실체현미경과 X-선 회절 분석을 통해 구성암석의 광물조성, 조직 등 기재적 특징을 분석하였다. 선체에서 발견되어 나온 숫돌의 표면은 산화되어 대체로 붉은색을 띠고 있었으나(Fig 2C, 2D), 보존처리 후 관찰된 숫돌의 본래 색은 어두운 회색에서 밝은 회색까지 확인되며 대체로 회색을 띤다. 실체현미경 관찰 결과, 마도-2672(15점)와 2673(12점)의 숫돌은 광물조성, 조직 등 암석 기재적 특징이 유사하다. 27점의 모든 숫돌에서 회백색의 기질이 확인되며 조직과 입자의 차이는 거의 없다. 구성광물은 모두 석영과 장석으로 동일하며 소량으로 흑운모가 관찰되나 암편은 확인되지 않는다(Fig. 3A, 3B). 이러한 암석 기재적 특징은 사암에 해당한다. X-선 회절 분석 결과, 숫돌의 높이 설정에 따른 회절 패턴이 일부 우측으로 0.005~0.02°정도 이동이 확인되어 이를 보정하여 구성광물을 동정하였다. 그 결과, 마도-2672와 마도-2673은 모두 유사한 회절 패턴을 보이며 구성광물은 석영, 알칼리장석, 사장석으로 동정되었다(Fig. 3C, 3D). 이는 고해상도 디지털 실체현미경 분석 결과와 유사하다. 마도-2672와 2673의 암석 동질성을 판단하기 위해 27점 숫돌의 대자율을 측정하였다(Table 3). 대자율 분석은 석조문화재의 산지 추정연구나 토기, 전벽돌의 재료학적 동질성 해석에 유용하게 사용하고 있다(Uchida et al., 2007; Park et al., 2019; Kim and Kong, 2022; Park et al., 2022). 마도-2672 숫돌의 대자율 값은 0.077~1.43(평균 0.75×10-3SI unit)의 분포 범위를, 마도-2673은 0.145~1.76(평균 0.78×10-3SI unit)의 범위를 보인다. 이러한 대자율 값은 강자성 광물의 함량과 정의 상관관계를 가지기 때문에 마도-2672와 2673은 모두 강자성 광물의 함량이 낮다는 것을 지시한다. 마도-2672와 2673은 유사한 분포 범위를 가지며 숫돌에 따른 미세한 값의 차이는 강자성 광물의 불균질한 분포에 의한 것으로 해석된다.

Figure 3. Lithological and mineralogical characteristics of whetstones. A, B: Digital stereo microscope photos of whetstone. C, D: X-ray diffraction patterns of whetstones. E: Magnetic susceptibilities showing the stone properties of whetstones.


Physical properties and magnetic susceptibility of the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673.


Specimen no.Specific gravityPorosity (%)Absorption ratio (%)Surface hardness (HLD)Magnetic Susceptibility (x10-3SI)
MinMaxMean
Mado-2672-012.532.450.99858.00.770.870.833
-022.622.300.90843.30.771.010.906
-032.522.130.86841.01.101.431.286
-042.551.940.78792.20.721.060.848
-052.622.911.15814.60.320.390.363
-062.551.420.57800.70.720.910.823
-072.542.020.81861.71.331.361.348
-082.521.030.41864.70.400.480.426
-092.569.634.17599.60.080.100.088
-102.530.570.23780.60.400.470.434
-112.524.872.03666.20.530.770.641
-122.532.881.17836.30.971.291.137
-132.531.340.54835.80.771.050.941
-142.602.410.95860.80.550.910.707
-152.622.470.96852.40.450.550.490
Mean2.562.691.10807.190.660.840.75
Mado-2673-012.533.631.49825.00.460.760.614
-022.531.810.73893.31.521.761.594
-032.562.340.94843.30.641.210.935
-042.540.640.25782.00.150.290.222
-052.540.840.33856.70.691.000.843
-062.544.061.66808.70.570.660.631
-072.531.670.67763.00.150.230.192
-082.530.670.27859.00.801.341.197
-092.531.620.65853.70.661.020.814
-102.521.070.43862.00.570.710.659
-112.561.240.49808.70.821.060.938
-122.611.790.70859.00.690.900.763
Mean2.541.780.72834.530.640.910.78


4.2. 물리적 특성 및 표면 경도

숫돌은 적정한 수준의 연마력과 연삭력이 중요한 도구이며 연마력과 연삭력은 숫돌의 거친 정도에 따라 달라진다. 따라서, 숫돌로 사용되는 암석의 재질특성에 따라 숫돌의 품위, 종류, 용도 등이 결정되는 것으로 생각된다. 이에 마도-2672와 2673의 재질적 차이를 확인하기 위해 물리적 특성 및 표면 경도를 측정하고 비교하였다(Fig. 4). 측정된 결과는 Table 3과 같다. 마도-2672의 비중은 2.52~2.62(평균 2.56), 공극률은 0.57~9.63%(평균 2.69%), 흡수율은 0.23~4.17%(평균 1.10%)의 값을 가진다. 마도-2673의 경우, 비중 2.52~2.61(평균 2.54), 공극률 0.64~4.06%(평균 1.78%), 흡수율 0.25~1.66%(평균 0.72%)이다. 그러나 마도-2672와 2673의 일부 숫돌(마도-2672-9, 11과 2673-1, 6)에서는 평균값을 벗어나는 이상치가 관찰된다(Fig. 4B, 4C). 이는 재질적 차이에 기인한 것이 아닌 풍화에 의한 것으로 해석된다. 따라서, 마도-2672와 2673은 동일 용도의 숫돌로 판단된다.

Figure 4. Comparison of physical properties of whetstones of Mado-2672(green) and Mado-2673(brown). A: specific gravity. B: porosity. C: absorption. D: correlation of porosity and absorption. E: surface hardness. F: correlation of porosity and surface hardness.

또한, 표면 경도 측정 결과, 마도-2672는 599.6~864HLD(평균 807.2HLD)이고 마도-2673은 763~893.3HLD(평균 834.5HLD)이다(Fig. 4E, Table 3). 그러나, 일부 숫돌(마도-2672-9, 11)에서 상대적으로 낮은 표면 경도를 보이는데 이는 공극률에 따른 것으로 판단된다. 하지만 마도-2673의 공극률이 다소 높은 숫돌(2673-1, 6)에서는 표면 경도의 변화가 현저하게 나타나지 않은 것으로 보아, 공극률이 일정 이상으로 증가해야만 표면 경도에 영향을 미치는 것으로 생각된다(Fig. 4F). 기존 연구에 의하면, 신선한 화강암의 표면 강도는 약 820~850HDL 값을 보이고, 신선한 사암은 약 780HLD의 표면 경도 값을 나타내는 것으로 알려져 있다(Lee et al., 2012). 따라서 마도-2672와 2673의 평균 표면 경도 역시 807.2HLD와 834.5HLD의 값을 가지기에 매우 신선한 암석이라 할 수 있다. 일반적으로 표면 경도는 표면의 요철에 따라 그 값에 변화가 발생하지만, 이번 연구 대상인 숫돌의 경우, 표면 상태가 매우 매끄럽기에 요철에 따른 영향은 거의 없을 것으로 사료된다.

4.3. 숫돌의 화학조성

마도4호선 선체에서 발견된 마도-2672와 2673 숫돌 27점의 지구화학적 특성을 비교하기 위해 주성분 원소 분석을 실시하였다(Fig. 5; Table 4). 주성분 분석 결과, 마도-2672의 SiO2의 함량은 72.46~75.96wt.%이며, Al2O3 10.80~14.11wt.%, MgO 0.94~2.93wt.%, K2O 6.19~9.83wt.%, CaO 0.78~1.78wt.% 및 Fe2O3는 1.39~2.80wt.이다. 또한, 마도-2673의 SiO2의 함량은 72.92~76.15wt.%이며, Al2O3 11.81~13.90wt.%, MgO 1.06~2.56wt.%, K2O 7.19~8.28wt.%, CaO 0.57~1.84wt.% 및 Fe2O3는 0.83~2.38wt.%로 측정되었다. 각 숫돌의 구성암석에 대한 Harker 도표에서 SiO2의 변화에 따른 Al2O3, CaO, K2O의 뚜렷한 변화 경향은 관찰되지 않으나 MgO와 Fe2O3는 감소하는 경향을 보인다(Fig. 5A~5E). 또한, 마도 2672와 2673의 SiO2 함량의 평균값은 각각 74.24wt.%(72.46~75.96wt.%)와 74.77wt.%(72.92~76.15wt.%)로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(77.10wt.%)과 잡사암(66.7wt.%) 중 알코스사암의 평균 함량에 가깝다. Al2O3 함량의 평균값은 각각 13.16wt.%(10.80~14.11wt.%)와 13.24wt.%(11.81~13.90wt.%)로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(8.70wt.%) 보다 높게 나타난다. Al2O3는 주로 기질로 존재하는 점토광물의 양에 좌우되는 것으로, 장석들의 풍화 변질 및 풍화정도의 양에 의해 차이가 발생하는 것으로 해석된다(Park et al., 1997; Choi and Lee, 2009). MgO 함량의 평균값은 각각 1.42wt.%, 1.67wt.%로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(0.50wt.%) 보다 높게 나타난다. 반면, Fe2O3 함량의 평균값은 각각 1.79wt.%, 1.54wt.%로 Pettijohn(1975)의 알코스사암(2.2wt.%) 보다는 낮게 나타난다. 이러한 MgO와 Fe2O3의 함량은 SiO2함량의 증가에 따라 두 성분 모두 감소하는 경향을 보인다. 이는 Park et al.(1997)에 의하면, 알코즈 사암의 입자들이 대체로 화강암질 심성암으로부터 유도된 것으로 해석하였다. 또한, 암편질 사암과 장석질 사암의 분류에 주로 사용되는 Herron(1988)의 사암 분류에 도시해보면 마도-2672와 2673의 숫돌 27점은 모두 장석질 사암(Arkose)에 해당한다(Fig. 5F).

Figure 5. Geochemical relationship between the contents (%) of major cations and SiO2 (A~E), (F) rock classification of Mado-2672 and Mado-2673.


Representative compositions of major elements (wt.%) in the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673.


Specimen no.Major elements (wt%)
SiO2Al2O3MgOK2OCaOFe2O3
Mado-2672-0174.0213.561.477.541.701.51
-0275.9611.821.036.191.591.72
-0374.3413.251.867.421.581.60
-0474.8212.062.097.991.561.68
-0574.3813.751.527.801.381.45
-0674.5913.711.287.411.302.37
-0773.5614.051.187.551.741.44
-0873.9413.001.357.671.761.92
-0972.4610.802.209.831.092.80
-1074.9013.631.327.041.581.75
-1173.1413.421.628.480.862.46
-1273.6213.741.177.841.731.39
-1375.8212.811.107.210.781.49
-1473.9513.651.228.121.781.47
-1574.0614.110.947.351.481.78
Mado-2673-0172.9211.812.567.421.842.38
-0274.3213.551.597.521.352.33
-0374.9013.901.067.620.751.52
-0474.9913.511.427.621.121.53
-0575.0213.361.777.201.271.37
-0673.6513.611.897.471.171.79
-0775.1112.391.878.280.571.60
-0874.8513.831.368.030.651.57
-0975.1512.991.757.581.621.01
-1076.1513.761.147.191.400.83
-1175.0612.831.697.730.891.24
-1275.1613.281.897.361.501.27

5. 고찰

신석기시대에 등장한 숫돌은 삼국시대를 거치면서 용도와 기능에 맞게 다양한 숫돌이 사용되었다. 조선시대에는 외교 혹은 무역의 주요한 교역품으로 사용될 정도로 중요하게 인식되고, 거의 모든 물품의 제작에 있어 광범위하게 사용된 핵심 도구이자 산업사적으로 중요한 재료였다. 이후 우리나라 숫돌은 질 좋고 가격이 싼 공장제 낫의 생산과 같은 농업환경의 변화 등으로 자연산 숫돌 산업은 급격히 줄어들어 1990년대 중반 영양 저석생산조합(혹은 숫돌조합)이 해체되면서 국내 자연산 생산이 중단되었다(Lee, 2003).

숫돌은 고대부터 근대에 이르기까지 사회․경제 및 산업사적으로 중요한 도구였으나 고고학적 발굴에 따른 단순 보고 외, 우리나라 자연산 숫돌에 대한 체계적인 연구는 전무하다. 우리나라와 함께 숫돌의 역사와 산업이 발달한 일본 역시 전통 숫돌에 대한 지질학적 연구는 손으로 셀 정도로 많지 않지만(Makoto, 1993; Sato, 2005; Takemura, 2009), 선행 연구된 일본의 자연산 숫돌에 대한 암석학적 연구자료 참고하여 조선시대 숫돌의 암석학적 연구를 시도하였다.

5.1. 마도-2672와 2673의 동질성 검토

마도-2672와 2673은 발견 당시, 2672는 15점의 숫돌이 하나의 새끼줄로 묶인 꾸러미 상태로 발견되었고, 2673의 12점 숫돌은 2672의 주변에서 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었다(Fig. 2A). 이로 인해 두 그룹(마도-2672와 2673)의 숫돌이 조선시대 당시 한 지역에서 납품된 공물인지 두 지역의 공물인지에 대한 의문 제기와 함께 전통 숫돌에 대한 암석학적 비교 연구의 필요성이 제기되었다. 이에, 마도-2672와 2673의 형태, 크기(길이·폭·두께), 무게 등과 암석·광물학적 특징 및 지구화학적 특성을 비교 분석하여 두 그룹의 동질성을 확인하였다. 숫돌의 동질성 확인을 위해서 박스플롯(box plot) 차트를 활용한 전체 숫돌의 크기, 무게 등의 데이터 분포와 이상치를 비교 분석하였다. 그 결과, 1~2개의 숫돌을 제외하면 각각의 그룹에서 개별 숫돌은 편차의 폭이 매우 적게 관찰된다. 또한, 두 그룹의 비교에서는 폭과 두께의 편차는 적은 반면, 길이와 무게는 그에 비해 상대적인 편차가 관찰되나 두 그룹은 전체적인 유사성을 보인다(Fig. 6). 이러한 것은 암석의 층리면이나 절리 등과 같은 지질학적인 영향에 의한 것으로 생각된다.

Figure 6. Comparison of size (length, width, thickness) and weight of Mado-2672 and Mado-2673 whetstones.

연구 대상 숫돌의 암석광물학적 및 지구화학적 특징에서 광물조성, 조직 등 암석 기재적 특징이 모두 유사하며, 마도-2672와 2673은 모두 동일한 장석질 사암(Arkose)으로 동정된다. 전암 대자율 측정에서도 두 그룹은 유사한 경향을 보인다. 또한, 암석의 마모도에 영향을 미치는 주요 인자에는 광물의 구성, 구성광물의 경도, 입자의 모양과 크기 및 암석의 물성(강도, 경도 등) 등이 중요하다(Atkinson et al., 1986). 따라서 연구 대상 숫돌의 물리적 특성(비중, 공극률, 흡수율) 및 표면 경도를 비교해본 결과, 물리적 특성에서도 동일한 분포 범위를 보여 유사성이 확인된다(Fig. 4). 공극률과 흡수율에서 이상치의 값을 보이는 숫돌은 재질이 서로 다른 것이 아니라, 풍화에 의한 영향으로 해석된다. 이는 공극률과 표면 경도의 상관관계에서도 동일한 경향을 보인다(Fig. 4F).

이상의 결과를 종합하면, 마도-2672와 2673은 동일한 장석질 사암(Arkose)으로 두 그룹이 동일한 장소에서 공급된 것을 의미하며, 이는 마도4호선에 실려있던 숫돌들은 한 지역의 공납품인 것으로도 해석할 수 있다.

5.2. 연구 대상 숫돌의 재질적 특성 및 용도

숫돌은 다른 암석과 광물 자원보다 일상생활에서 친숙한 암석으로, 고고학적 발굴에서 출토된 숫돌을 보면 다양한 형태, 크기 등을 보이는데 이는 고대국가에서부터 사용 용도와 기능에 따라 여러 종류의 숫돌을 사용하였음을 의미한다. 일반적으로 숫돌은 암석의 입자와 용도에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌) 등 세 단계로 나뉘는데, 단계별 사용되는 숫돌의 재질특성은 모두 다르다. 숫돌의 거친 정도는 그 숫돌의 연마력 및 연삭력과 관련있으며 거친 숫돌은 다른 숫돌에 비해 연마제 입자가 커서 연삭력도 크다. 반면 마무리 숫돌로 갈수록 입자가 미세하여 연삭력은 줄어들지만 연마력이 우수하여 칼과 같은 도구의 날을 날카롭게 세우거나 놋그릇이나 동경과 같은 물품의 경면효과를 내는 데 사용된다. 이처럼 용도와 기능에 따라 매우 다양하게 분화된 숫돌에 사용된 암석은 아무 암석이 숫돌로써 사용된 것이 아니라 양질의 우수한 숫돌로서의 특성을 가진 암석만이 고품위의 좋은 숫돌로 이용되었다. 그러나 조선시대 숫돌의 문헌사적 자료를 통해 확인하였듯이 재료학적으로 우수한 숫돌의 특성을 가지면서 매장량이 풍부한 채석산지는 매우 드물다(Table 1).

일본은 16세기부터 숫돌을 채굴하여 1960년대까지 일본 전역에서 숫돌이 채굴되었으며 현재까지 일부 지역에서 전통 숫돌을 채굴하고 있다(Sato, 2005). 일본의 선행연구에 의하면, <변성작용의 여부>, <자철석과 황철석의 함량>, 2의 함량> 등이 우수한 숫돌의 기준이다(Makoto, 1993; Sato, 2005; Takemura, 2009). Sato(2005)는 숫돌로 형성된 암석은 퇴적 후 속성작용과 화강암질 마그마의 관입 등 열변성 작용을 받아야 하고, 이러한 변성작용의 정도 차이가 숫돌의 성능에 영향을 미치는 것으로 추정하였다. 또한, 자철석과 황철석의 함량 여부가 고품위의 우수한 숫돌을 결정하며, 이는 이들 광물이 매우 단단하여 연구대상의 날을 훼손시키고 녹을 발생시켜 상품의 가치를 떨어지게 하는 원인이 되기 때문이다. 따라서, 이들의 함량이 작을수록 고품위의 숫돌인 것으로 판단하였다. 또한, Makoto(1993)에 의한 일본 교토지역의 숫돌 연구에 의하면, 숫돌로 사용된 SiO2의 함량은 65~85%의 범위이고, Iwao(1955)는 SiO2의 함량이 90% 이상인 쳐트와 같은 단단한 암석은 숫돌로서 적합하지 않는 것으로 보고하였다. 이중 완성용 숫돌(마무리 숫돌)은 SiO2 함량이 약 65% 정도에 해당한다. 즉, 양질의 우수한 숫돌은 모암이 변성작용을 받고, 자철석과 황철석을 거의 함유하지 않으며, SiO2 함량이 너무 높지도 낮지도 않은 65~85% 범위를 갖는 것이라 할 수 있다. 따라서 SiO2 함량에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌)로 구분하였다.

연구 대상 숫돌인 마도 2672와 2673의 SiO2 함량은 평균 74.24%와 74.77%로 일본의 연구 결과(65~85%) 범위에 포함되는 SiO2 함량이다. 또한, Makoto(1993)가 보고한 마무리 숫돌의 SiO2 함량(65%) 보다는 높은 값으로, 이는 마도4호선에 실린 숫돌은 <중간 숫돌>에 해당하는 것으로 판단된다. 또한, 조선시대 숫돌은 사용 방식에 따라 바닥이나 틀에 고정시키고 연하마는 고정식 숫돌과 숫돌을 손으로 잡고 가공하는 비고정식 숫돌 및 원형으로 제작된 숫돌을 회전시켜서 날을 연마하는 회전식 숫돌로 나눈다(Lee, 2003). 이중 가장 보편적인 숫돌은 일반적으로 많이 사용하는 고정식 숫돌이며, 마도4호선의 실린 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추측된다. 따라서, 연구 대상 숫돌은 조선시대 장검 등 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

6. 결론

국내에서 처음으로 발굴된 조선 초기 조운선에서 공물로 확인된 27점의 숫돌이 발견되었다. 27점의 숫돌 중, 15점은 새끼줄로 묶인 상태로, 다른 12점은 새끼줄이 풀려있는 상태로 선체 선미부에서 발견되었으며 발견 당시 위치와 상태에 따라‘마도-2672와 마도-2673’으로 관리되고 있다. 이 숫돌의 암석학적 연구를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 마도-2672(15점) 숫돌의 길이, 폭, 두께 및 무게의 평균값은 각각 162.5mm, 36.7mm, 22.3mm 및 245.2g이며, 마도-2673(12점)은 각각 160.4mm, 35.5mm, 23.0mm 및 261.2g으로 마도-2672와 매우 유사한 값을 나타낸다.

2. 27점의 숫돌은 장석질 사암(arkose)으로 확인되며 구성광물은 대부분 석영과 장석(알칼리장석, 사장석)으로 구성되어 있다.

3. 마도-2672와 2673에 대한 암석 기재학적 특징, 물리적 특성(비중·공극률·흡수율), 표면 경도, 전암 대자율, 지구화학적 특성을 종합적으로 비교해 본 결과, 두 그룹은 동일한 장소에서 공급되었으며, 이는 한 지역의 공납품인 것으로 해석된다.

4. 마도 2672와 2673의 SiO2 함량은 평균 74.24%와 74.77%로 일본의 숫돌 연구 결과(65~85%) 범위에 포함되며 SiO2 함량을 기준으로 볼 때, 숫돌로서 적합하다.

5. SiO2 함량에 따라 거친 숫돌・중간 숫돌・완성용 숫돌(마무리 숫돌)로 구분하며, 마도4호선에서 발견된 27점의 숫돌은 <중간 숫돌>에 해당된다.

6. 마도4호선의 실린 숫돌은 크기와 무게가 작고 휴대하기 편리한 특징을 갖고 있어 비고정식 숫돌의 한 종류로 추측되며, 조선시대 장검 등 무기 연마와 공예품 제작 등 특수분야에 주로 사용된 것으로 판단된다.

7. 이번 연구는 마도4호선에서 발견된 숫돌의 채석산지를 규명하는데 중요한 정보를 제공할 것이며, 향후 수중발굴을 통해 발견된 고려시대 숫돌 연구에 있어 좋은 비교 연구자료가 될 것이다. 또한, 산업사적 가치가 높은 숫돌의 채석산지에 대한 연구를 심화시켜 국가적 보존가치가 높은 채석산지는 지질유산 혹은 근대유산의 지정에 대한 검토가 필요하다.

감사의 글

이 연구를 위해 많은 도움을 준 영암문화원 김인창 사무국장님과 국립해양문화재연구소 서해문화재과의 김택준 연구사, 최지선·박상준 연구원께 감사드리며, 논문의 심사과정에서 세심한 검토와 지적으로 논문의 질을 높여주신 심사위원님들께 감사드린다. 이 연구는 국립해양문화재연구소「서해 중부 해역 해양문화유산 전시 및 활용사업」의 일환으로 수행되었다.

Fig 1.

Figure 1.The location of Mado Shipwreck No. 4. and excavated hull and artifacts. Four ships and more than 26,000 artifacts from the Goryeo Dynasty were already discovered around the Mado Shipwreck No. 4.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 661-674https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

Fig 2.

Figure 2.The location of the whetstone within Mado Shipwreck No. 4 (A), appearance of the whetstones at the time of discovery (B), and the studied samples (C: Specimen no. Mado-2672-01~15, D: Mado-2673-01~12).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 661-674https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

Fig 3.

Figure 3.Lithological and mineralogical characteristics of whetstones. A, B: Digital stereo microscope photos of whetstone. C, D: X-ray diffraction patterns of whetstones. E: Magnetic susceptibilities showing the stone properties of whetstones.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 661-674https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

Fig 4.

Figure 4.Comparison of physical properties of whetstones of Mado-2672(green) and Mado-2673(brown). A: specific gravity. B: porosity. C: absorption. D: correlation of porosity and absorption. E: surface hardness. F: correlation of porosity and surface hardness.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 661-674https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.6.661

Fig 5.

Figure 5.Geochemical relationship between the contents (%) of major cations and SiO2 (A~E), (F) rock classification of Mado-2672 and Mado-2673.
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Fig 6.

Figure 6.Comparison of size (length, width, thickness) and weight of Mado-2672 and Mado-2673 whetstones.
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Whetstone production area identified in the literatures of the Joseon Dynasty.


RegionSejongsillok jirijiSinjeung-dongguk yeojiseungnamSeungjeongwon IlgiYeojidoseoUigweetc.
GyeongsangdoGeochangxxOxxx
DanseongxxOOxO
YeonilOOOOOO
JeolladoGosanxxOOxx
NajuxOxOxO
BoseongxOxxxx
TaeinxOxOxx
GangwondoGangneungxxOxxx


Information of the studied whetstones (Mado-2672 and Mado-2673).


Specimen no.Size (mm)Weight (g)Color
LengthWidthThickness
Mado-2672-01163.131.726.9262.2Dark gray
-02150.944.017.7233.4Dark gray
-03137.835.621.0209.3Gray
-04161.545.314.2218.9Gray
-05158.435.320.1209.6Gray
-06153.429.916.9141.4Dark gray
-07157.236.723.5245.9Gray
-08154.032.028.4290.8Gray
-09136.831.317.9120Light gray
-10163.835.916.2176.1Dark gray
-11179.141.122.1295.1Light gray
-12176.644..125.7299.4Gray
-13190.132.422.2242.6Gray
-14177.135.433.3442.8Gray
-15177.440.528.5290.2Gray
Mean162.536.722.3245.2-
Mado-2673-01216.442.330.6417.0Gray
-02176.838.832.7507.2Dark gray
-03162.934.323.3256.4Gray
-04134.833.217.3158.6Dark gray
-05149.730.424.9209.3Gray
-06167.736.827.4222.4Gray
-07148.537.917.3223.1Gray
-08166.528.924.7261.8Dark gray
-09156.036.419.2230.7Light gray
-10178.945.020.8325.5Light gray
-11123.927.916.7122.0Dark gray
-12142.233.621.1200.6Gray
Mean160.435.523.0261.2-


Physical properties and magnetic susceptibility of the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673.


Specimen no.Specific gravityPorosity (%)Absorption ratio (%)Surface hardness (HLD)Magnetic Susceptibility (x10-3SI)
MinMaxMean
Mado-2672-012.532.450.99858.00.770.870.833
-022.622.300.90843.30.771.010.906
-032.522.130.86841.01.101.431.286
-042.551.940.78792.20.721.060.848
-052.622.911.15814.60.320.390.363
-062.551.420.57800.70.720.910.823
-072.542.020.81861.71.331.361.348
-082.521.030.41864.70.400.480.426
-092.569.634.17599.60.080.100.088
-102.530.570.23780.60.400.470.434
-112.524.872.03666.20.530.770.641
-122.532.881.17836.30.971.291.137
-132.531.340.54835.80.771.050.941
-142.602.410.95860.80.550.910.707
-152.622.470.96852.40.450.550.490
Mean2.562.691.10807.190.660.840.75
Mado-2673-012.533.631.49825.00.460.760.614
-022.531.810.73893.31.521.761.594
-032.562.340.94843.30.641.210.935
-042.540.640.25782.00.150.290.222
-052.540.840.33856.70.691.000.843
-062.544.061.66808.70.570.660.631
-072.531.670.67763.00.150.230.192
-082.530.670.27859.00.801.341.197
-092.531.620.65853.70.661.020.814
-102.521.070.43862.00.570.710.659
-112.561.240.49808.70.821.060.938
-122.611.790.70859.00.690.900.763
Mean2.541.780.72834.530.640.910.78


Representative compositions of major elements (wt.%) in the whetstones of Mado-2672 and Mado-2673.


Specimen no.Major elements (wt%)
SiO2Al2O3MgOK2OCaOFe2O3
Mado-2672-0174.0213.561.477.541.701.51
-0275.9611.821.036.191.591.72
-0374.3413.251.867.421.581.60
-0474.8212.062.097.991.561.68
-0574.3813.751.527.801.381.45
-0674.5913.711.287.411.302.37
-0773.5614.051.187.551.741.44
-0873.9413.001.357.671.761.92
-0972.4610.802.209.831.092.80
-1074.9013.631.327.041.581.75
-1173.1413.421.628.480.862.46
-1273.6213.741.177.841.731.39
-1375.8212.811.107.210.781.49
-1473.9513.651.228.121.781.47
-1574.0614.110.947.351.481.78
Mado-2673-0172.9211.812.567.421.842.38
-0274.3213.551.597.521.352.33
-0374.9013.901.067.620.751.52
-0474.9913.511.427.621.121.53
-0575.0213.361.777.201.271.37
-0673.6513.611.897.471.171.79
-0775.1112.391.878.280.571.60
-0874.8513.831.368.030.651.57
-0975.1512.991.757.581.621.01
-1076.1513.761.147.191.400.83
-1175.0612.831.697.730.891.24
-1275.1613.281.897.361.501.27

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Dec 29, 2023 Vol.56 No.6, pp. 629~909

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