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Consideration of Procurement System and Material Homogeneity for Lime and Clay using the Tombs within the King Muryeong and the Royal Tombs in Gongju, Korea
공주 무령왕릉과 왕릉원 내부에 사용한 석회 및 점토의 재료학적 동질성과 조달체계 검토
Econ. Environ. Geol. 2022 Oct;55(5):447-63
Published online October 31, 2022;  https://doi.org/10.9719/EEG.2022.55.5.447
Copyright © 2022 The Korean Society of Economic and Environmental Geology.

Il Kyu Choi, Hye Ri Yang, Chan Hee Lee*
최일규 · 양혜리 · 이찬희*

Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju, 32588, Korea
공주대학교 문화재보존과학과
Received September 16, 2022; Revised October 8, 2022; Accepted October 9, 2022.
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 the original work is properly cited.
 Abstract
The lime and clay that used in the construction of the Tomb of King Muryeong and the Royal Tombs in Gongju are auxiliary materials, and are used joint and plaster materials for the wall to play a role of structural support. In this study, the homogeneity between the tombs and material characteristics were interpreted through quantitative analysis of lime and clay. As a result of microtexture and composition analysis, almost the same minerals were identified in each sample groups, and similar characteristics were shown in thermal analysis. Geochemically, it is confirmed that the behavior characteristics are very similar regardless of the tombs. The compositions is also confirmed high homogeneity in the diagrams of CaO-MgO-SiO2, RO2-(RO+R2O) correlations, A-CN-K and ACNK-FM triangles. Therefore, it is interpreted that the clay used for the construction of the tomb complex was supplied from around area, and the raw materials of lime were produced using shell fragments of oyster family based on mainly composed of calcite. It is interpreted that the raw materials of lime were supplied from middens along the west coast of down the Geumgang river in Korean peninsula, but the consideration of the supply site, needs to be cross-validated through stable isotope analysis, use of carbonate rock and reproduction experiments.
Keywords : lime and clay, material characteristics, chemical composition, shell fragments, stable isotope
Research Highlights
  • Material characteristics for lime and clay of the tomb complex

  • Geochemical homogeneity between each tomb for lime and clay

  • Possible provenance and procurement system of lime and clay

1. 서 언

공주 무령왕릉과 왕릉원은 백제 웅진기 왕과 왕족의 무덤군이다. 최초 발견 이후 역사적 및 학술적 가치를 인정받아 사적으로 관리되어 왔으며, 2015년 공주와 부여 및 익산의 대표적 백제문화유산과 함께 유네스코 세계문화유산에 등재되었다. 이곳은 발견 직후인 일제강점기부터 송산리고분군으로 불려 왔으나, 2021년 9월 문화유산의 성격과 위계에 걸맞게 공주 무령왕릉과 왕릉원으로 개칭되었다.

무령왕릉과 왕릉원 일대에는 20여기 이상의 고분들이 분포하는 것으로 알려져 왔으나(Jung, 2012), 현재는 5호분과 6호분 및 무령왕릉을 포함하여 총 7기의 무덤만이 정비되어있다. 무령왕릉과 5호분 및 6호분은 모두 발견 이후 고분 내부가 공개되었고, 급격한 환경변화에 노출되면서 다양한 손상이 발생하였다(Yoon, 2008; Kim and Lee 2019; Choi et al., 2021).

따라서 왕릉원에 대한 과학적 연구를 바탕으로 체계적 보존관리의 필요성이 대두되었고, 안정성 및 누수 등에 대한 종합적 진단이 수행되었다(Suh et al., 1998; Suh, 1999). 최근에는 고분 벽체의 정밀 계측모니터링(Kim and Lee 2019; Kim et al., 2020)과 3차원 정밀스캔을 통한 취약부의 변위분석(Choi et al., 2021) 등 다양한 과학적 연구가 수행되고 있다.

무령왕릉과 왕릉원에 대한 연구는 대부분 보존환경 검토를 위한 계측모니터링 등이며, 축조에 사용한 주요 재료와 부재료에 대한 연구는 상대적으로 미진하다. 또한 재료학적 연구도 무령왕릉의 벽돌에 치중되어 있다(Kim et al., 2007; Kwon and Hong, 2014; Jang and Lee, 2013; 2014). 왕릉원의 구성 재료는 벽돌 외에도 부재 사이의 접착과 미장에 사용한 석회 및 점토가 있으나, 6호분의 일부에 대한 검토가 유일하다(Han, 2011).

석회와 점토는 벽체의 줄눈재 및 미장재로 활용되어 미세한 충격에도 영향을 받는 부재료들이다. 그러나 이들의 과학적 자료는 거의 없어 손상이 발생했을 경우 안정성을 유지하기 어려운 상태이다. 이 연구의 대상과 같은 반지하식 건축문화유산은 형식과 기능을 유지하기 위해 지속적인 수리 또는 보수와 같은 정비가 불가피하며, 이 과정에서 보존원칙에 따라 진정성이 확보된 재료의 사용이 필수적이다.

따라서 이 연구에서는 공주 왕릉원 5호분, 6호분 및 무령왕릉 부재료를 구성하는 석회와 점토에 대한 과학적 분석을 통해 재료학적 진정성을 확보하였다. 또한 분석결과를 토대로 고분 간의 동질성을 검토하였으며, 석회와 점토에 대해서는 원료 공급지와 조달체계를 고찰하였다. 이 결과는 향후 연구대상의 안정적 보존을 위한 정량적 기준과 근거로 활용될 수 있을 것이다.

2. 연구대상 및 방법

2.1. 대상 및 시료선택

공주 무령왕릉과 왕릉원 축조에는 편마암제 할석, 벽돌, 석회 및 점토 등 다양한 재료가 활용되었다. 이 중에서 편마암과 벽돌이 주재료이며, 줄눈과 미장재 및 벽화 등에 석회와 점토가 부재료로 선택되었다. 5호분은 유일하게 편마암제 할석으로 벽체를 축조하였으며, 이를 조적하는 과정에서 할석 사이에 점토를 충전하여 줄눈부를 구성하였고, 벽체의 모든 방위에는 미장재로 석회를 사용하였다(Fig. 1).

Figure 1. Construction materials showing the western wall of tomb No. 5. from the Royal Tombs in Gongju.

6호분은 벽돌 기반의 전축분으로 벽면과 천장부 벽돌 사이에 석회 줄눈을 이용하여 구조물의 내구성을 향상시켰다(Fig. 2). 또한 6호분 내부 네 벽면에 있는 벽화의 바탕층에 점토를 사용하였다. 무령왕릉도 전축분으로 줄눈재료가 위치에 따라 조금씩 다른 것이 특징이다. 석회는 천장부 줄눈재로 사용되었으며, 점토는 벽체의 줄눈에서 확인된다(Fig. 3).

Figure 2. Construction materials showing the western wall of tomb No. 6. from the Royal Tombs in Gongju.

Figure 3. Construction materials showing the western wall from tomb of King Muryeong in Gongju.

그러나 벽체 마감을 위한 다른 재료의 사용은 없는 것으로 보인다. 이와 같이 5호분, 6호분 및 무령왕릉 축조에 사용한 부재료의 용도는 현실의 벽체 외에도 천장과 연도 및 바닥 등에서 줄눈재와 마감 및 미장재로 활용되었다. 이들은 고분의 위치와 기능에 따라 선택적으로 유연하게 활용한 것으로 판단되며, 결실된 부분이 많으나 특별한 보수의 흔적은 없는 것으로 나타난다.

이 연구에서는 연구대상에 대한 정밀조사를 바탕으로 부재료의 위치와 용도를 구분하여 시료를 수습하였다. 시료는 이미 탈락된 재료에 대해서만 선별하였으며, 석회 7점과 점토 8점을 미량 획득하였다(Table 1). 6호분 벽화의 점토층과 백색 채색부위 및 줄눈재는 보존에 유의가 필요하여 이 연구의 분석대상에서 제외하였다.

Table 1 . Analytical samples of lime and clay

TypeLocationSample No.Use
LimeTomb No. 5Southern wall5-SLPlaster Material
Northern wall5-NL
Tomb No. 6Western wall6-WLJoint Material
Aisle6-AL
Tomb of King MuryeongBetween upper brickM-TL
Eastern wallM-ELJoint Material
Between floor brickM-FL
ClayTomb No. 5Floor5-FCFloor Material
Western wall5-WCJoint Material
Western ceiling5-TCJoint Material
Tomb No. 6Floor6-FCJoint Material
Aisle6-BC
Tomb of King MuryeongEastern wallM-EC
Western wallM-WCJoint Material
Southern wallM-SC


시료는 고분에 따라 5(5호분), 6(6호분), M(무령왕릉)으로 명명하였으며, 종류에 따라 L(석회)과 C(점토)로 세분하였다(Table 1). 5호분의 석회시료는 2개로 5-SL은 주변의 점토 줄눈재로 인해 전반적으로 황갈색의 산출상태를 보인다. 5-NL은 이물질이 적어서 상대적으로 백색도가 높다(Fig. 4). 6호분 석회시료는 연도와 현실의 서측 벽체에서 수습하였다. 6-WL과 6-AL은 유백색 기질에 옅은 갈색과 황갈색의 사질 입자가 혼재되어 있다.

Figure 4. Representative samples of lime and clay in each burial chamber from the tomb complex. Sample numbers are the same as those of Table 1.

무령왕릉에서는 현실 상부와 동측 및 바닥의 줄눈재에서 시료를 수습하였다. M-TL은 전체 석회 시료 중 가장 유백색을 보이며, M-EL과 M-FL은 표면에 피복된 이물질로 인해 옅은 황갈색 및 암회색이 나타난다(Fig. 4). 획득한 모든 석회 시료에서 육안으로 관찰 가능한 혼입물은 거의 없으며, 표면은 수습 위치에 따라 조금씩 다른 색상을 보인다. 이는 시료의 고유 특성이 아닌 주변 재료가 묻어나거나 풍화에 의한 영향으로 판단된다.

점토시료는 색상에 따라 황색 내지 황갈색 및 적갈색으로 구분되며, 상대적인 명도와 채도는 약간 다르다. 5호분에서는 3개의 시료를 수습하였으며, 5-FC는 저채도 황갈색 기질에 1∼2mm 내외의 백색과 흑색 석립이 관찰된다. 5-WC는 적갈색을 띠며, 5-TC는 황색 내지 황갈색의 기질에 5-FC보다 상대적으로 세립질의 석립들을 볼 수 있다(Fig. 4).

6호분 시료는 벽체 줄눈부와 연도의 바닥에서 수습하였다. 6-FC는 옅은 황갈색 기질에 1mm 내외의 백색과 흑색 석립이 관찰되며, 석회가 미량 혼재되어 있다. 6-BC는 연도 부재의 줄눈으로 진한 황갈색을 띠며, 일부 표면에서 흑색 물질이 확인된다. 무령왕릉에서는 현실 북측을 제외한 나머지 방위의 벽체에서 점토 줄눈재를 수습하였다. 모든 시료에서 석립은 관찰되지 않으며, 기질은 육안으로 입자가 관찰되지 않을 정도로 미립질이다. M-EC는 갈색에서 황갈색을 띠며 다른 시료는 옅은 황갈색으로 산출된다(Fig. 4).

점토시료를 비교하면 5호분과 6호분에서는 중립 내지세립의 기질에 석립이 다소 관찰되었다. 반면 무령왕릉 시료는 미립 내지 극미립의 기질을 가져, 석립을 거의 볼 수 없다. 따라서 무령왕릉에 사용한 점토가 상대적으로 더욱 세심한 정선과정을 거친 것으로 판단할 수 있다.

2.2. 연구방법

이 연구에서는 5호분과 6호분 및 무령왕릉 축조의 부재료인 석회와 점토에 대한 광물학적 및 지구화학적 분석을 통해 재료학적 특성을 규명하였으며, 석회와 점토의 원료물질과 공급지를 검토하였다. 먼저 모든 시료의 산출상태와 조직적 특징을 살펴보기 위해 실체현미경(Nikon Eclipse LV 100N POL)과 편광현미경(Nikon Eclipse E600W) 관찰을 수행하였으며, 색도는 분광측색계(Konica Minolta Cm2500d)를 활용하여 분석하였다.

분석대상 시료의 구성광물을 정확하게 동정하기 위해 X-선 회절분석(Rigaku MiniFlex600, Japan)을 실시하였다. X-선은 CuKα를 사용하였으며, 양극의 가속전압은 40kV, 전류는 15mA, 측정범위는 3∼50°, 측정속도는 1°/min로 분석하였다. 각 시료의 미세조직 및 성분분석은 주사전자현미경(TESCAN MIRA3, Czech)과 에너지 분산형 성분분석기(Burker Quantax 200, Germany)를 활용하였다.

모든 시료의 열이력 분석은 시차열 및 열중량분석기(TA Instrument SDT Q600, Germany)를 활용하였다. 열분석은 10℃/min의 승온속도로 상온부터 1,000℃까지의 변화양상을 검출하였다. 또한 지구화학적 정량분석을 통해 주성분, 미량 및 희토류 원소의 함량을 산출하였다. 분석은 캐나다 ACTLAB에서 수행하였으며, 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES)와 질량분석기(ICP-MS) 및 중성자방사화분석기(INAA)를 사용하였다.

3. 결과 및 해석

3.1. 산출상태와 미세조직

석회와 점토의 입도, 조직, 공극 및 유기물 등 산출상태를 기록하기 위해 실체현미경 관찰을 수행하였다. 이 결과, 석회는 대부분 미정질 내지 은미정질의 기질을 보이며 전반적인 색상은 위치에 따라 다소 차이가 있다. 5호분의 석회는 공통적으로 어두운 회색에 미립의 석영과 장석 및 흑색의 결정질 물질이 공존한다. 6호분과 무령왕릉의 석회는 모두 유백색 기질에 운모로 보이는 흑색물질과 적색 결정이 반점으로 관찰된다(Fig. 5).

Figure 5. Stereoscopic microphotographs of lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

특징적으로 무령왕릉과 5호분 석회에서는 불규칙한 크기의 패각이 관찰된다. 무령왕릉 시료에서는 비교적 식별이 가능한 형태의 패각편이 확인되어 표면과 단면에 대한 실체현미경 관찰을 실시하였으며, 5호분 시료에서는 패각의 기질부로 보이는 부분도 관찰된다(Fig. 6).

Figure 6. Estimated shell fragments of lime samples. (A to F) Samples from tomb of King Muryeong. (G, H) Samples from tomb No. 5 of Royal Tombs. Sample numbers are the same as those of Table 1.

무령왕릉 시료의 패각은 표면과 단면에서 잘 발달된 판상의 줄무늬가 확인되며, 이는 석회의 제조과정에서 완전하게 소성되지 않은 잔류물로 판단된다. 패각편들은 대부분의 석회에서 불특정하게 나타나지만 굴과의 특징을 보여, 석회의 기원을 유추할 수 있는 중요한 단서이다.

현미경으로 볼 때, 점토의 기질은 옅은 황색에서 갈색으로 시료에 따라 색상이 조금씩 다르다. 또한 불균질한 표면에 다수의 공극이 관찰되며, 원마도와 분급은 비교적 양호하다. 5호분의 5-FC는 전반적으로 옅은 황색을 보이며, 표면에서 아각형의 석영과 장석이 관찰된다. 5-WC는 옅은 황갈색에서 갈색을 띠며, 흑색의 운모류도 확인된다. 5-TC는 암갈색 내지 갈색이며, 분급은 상대적으 Fig. 5.로 양호한 편이다(Fig. 5).

6호분 점토의 기질은 좋은 분급을 보이며, 기질에는 흑색, 회갈색 및 황갈색 등의 결정이 혼재되어 산출된다. 이중 황갈색이 우세하게 나타나며 흑색 반점도 관찰된다. 6-BC는 옅은 황색의 치밀한 기질을 가지며, 아각형 내지각형의 석영과 사장석이 공존한다.

무령왕릉 점토는 기질이 치밀하고 공극이 매우 적어 점토시료 중 가장 양호한 분급을 보인다. M-EC는 황색의 기질에 흑색의 석립과 미립의 석영이 함께 관찰되며, MWC는 옅은 갈색의 매우 치밀한 비현정질 기질로 나타난다. 또한 M-SC는 석립의 함량이 적고 공극이 있으나 기질은 전반적으로 균질하다(Fig. 5).

이들의 광물 동정을 위해 박편을 제작하여 편광현미경으로 관찰하였다. 석회에서는 석영과 방해석 및 운모류가 확인된다. 5호분(5-SL)에서는 방해석과 함께 1mm 내외의 아각형 석영과 미량의 흑운모가 관찰된다. 6호분(6-AL)에서도 석영과 흑운모가 발견되나, 광물의 크기와 형태는 일정하지 않다. 무령왕릉 석회에서는 1~2mm의 방해석이 대부분이며, 모두 풍화 및 변질작용을 받은 것으로 보인다(Fig. 7).

Figure 7. Representative polarizing microphotographs of lime and clay samples. PPL; plane polarized light, XPL; cross polarized light. Q; quartz, Ca; calcite, Bt; biotite, Ms; muscovite, Pl; plagioclase. Sample numbers are the same as those of Table 1.

점토에서는 고분에 관계없이 주로 1mm 내외의 반자형 및 타형의 석영이 관찰된다. 5호분에서는 아각형 내지 각형의 석영이 혼재되어 나타나며, 흑운모는 2mm 정도로 신장되어 있고 미량의 백운모도 확인된다. 6호분 시료는 다양한 크기와 형태의 석영이 주를 이루며, 다른 광물은 거의 관찰되지 않는다. 무령왕릉에서는 미립의 석영과 사장석이 함께 관찰된다(Fig. 7). 이와 같이 석회와 점토는 각각 광물의 원마도와 입도의 차이는 있으나, 광물조성은 거의 유사하였다.

3.2. 색도분석

모든 시료의 색 정보를 획득하기 위해 분광측색계를 활용하여 색도를 분석하였으며, 측정값은 국제조명위원회에서 규정한 CIE LAB 색공간에 도시하였다. 또한 시료간의 색차를 검토하기 위해 색의 평균값을 기준으로 각각의 색차를 산출하였다(Table 2). 석회의 색도는 5호분과 6호분에서 서로 밀접하게 도시되어 균질한 색상을 보인다. 그러나 무령왕릉(M-FL)은 다른 시료들에 비해 다소 다른 색도를 보이는데, 이는 바닥의 줄눈 석회에서 현저하며 이물질이 혼입된 결과이다.

Table 2 . Chromaticity of lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1

MaterialsSample No.Chromaticity
L*a*b*ΔE*
Lime5-SL61.866.0418.3316.51
5-NL74.685.8318.635.30
6-WL82.513.4213.454.89
6-AL77.242.5312.892.47
M-TL87.741.7910.5510.99
M-EL86.811.8612.099.58
M-FL74.184.9118.585.31
Clay5-FC60.614.5215.429.66
5-WC53.9212.0720.593.13
5-TC47.2417.1624.8211.51
6-FC56.103.0014.0410.08
6-BC53.749.8421.751.51
M-EC48.088.2421.647.23
M-WC59.7512.4532.1411.75
M-SC62.198.3623.397.27


색차는 대부분 5~10의 범위에 도시되며 5호분(5-SL)에서 16.51로 가장 상이한 값을 보였다. 이는 석회시료 표면에 잔류한 점토의 영향으로 추정된다. 또한 6호분의 6-AL은 2.46으로 낮은 색차 값을 보여, 이 시료가 평균 색상에 가장 근접한 석회인 것으로 판단된다(Fig. 8).

Figure 8. Diagrams showing the chromaticity of lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

점토는 47.24∼62.19(평균 55.20)의 명도(L*)를 보여 시료별로 유사하다. 명도는 무령왕릉의 M-SC에서 가장 높고, 5호분(5-TC)에서 가장 낮다. 적색도와 황색도는 고분에 관계없이 8~12 및 20~25의 영역에 도시된다. 적색도는 5호분에서 가장 다양하며 5-TC에서 가장 높다. 황색도는 무령왕릉에서 가장 산포되며 M-WC에서 32.14로 아주 높다. 6호분의 6-FC는 황색도와 적색도가 3.00과 14.04로 가장 낮은 영역에 도시되었다(Fig. 8).

점토의 색차 범위는 1.51∼11.75(평균 7.77)로 산출되며, 6호분의 6-BC가 1.51로 가장 낮은 값을 보인다. 무령왕릉의 M-WC에서 11.75로 가장 높은 색차가 확인되며, 해당 점토시료가 평균 색도 값과 가장 큰 차이를 갖는 것을 알 수 있다. 이 결과는 M-WC의 높은 황색도 값의 영향인 것으로 판단된다.

3.3. 광물학적 특성

X-선 회절분석 결과, 석회에서는 아라고나이트(aragonite)와 방해석이 우세하게 동정되며, 대부분의 시료에서 석영이 검출되었다. 5호분 석회에서는 방해석과 석영 및 아라고나이트 피크가, 6호분과 무령왕릉 석회에서는 아라고나이트와 방해석 외에도 사장석과 녹니석이 미량 확인된다. 사장석과 녹니석은 미세조직 관찰에서 확인된 색상차이와 관련 있는 것으로 보이며, 석회에 첨가한 것이 아닌 주변의 오염물질에 영향을 받은 것으로 판단된다. 연구대상 석회들은 약간의 차이는 있으나 전반적인 양상은 거의 유사하다(Fig. 9A).

Figure 9. X-ray diffraction patterns of lime and clay samples. Ca; calcite, Ar; aragonite, Ch; chlorite, Q; quartz, Pl; plagioclase, Af; alkali-feldspar, M; mica, Ho; hornblende, Sm; smectite. Sample numbers are the same as those of Table 1.

점토에서는 석영, 스멕타이트(smectite), 운모류, 사장석 및 알칼리 장석이 공통적으로 동정되었다. 특징적으로 5호분에서는 6호분과 무령왕릉에서 검출되지 않는 각섬석이 확인되며, 6호분은 시료에 따라 녹니석이 동정되었다. 6호분 시료의 6-FC에서는 방해석이 검출되었는데, 이는 바닥을 구성하는 재료로 주변의 석회가 혼입되어 나타난 것으로 판단된다. 무령왕릉의 점토시료는 6호분과 매우 유사한 양상을 보이나, 구성광물의 함량에는 약간의 차이가 있다(Fig. 9B).

연구대상 석회와 점토의 미세조직 및 변질정도를 파악하기 위해 주사전자현미경 관찰을 수행하였다. 또한 일부 지점에 대해서는 에너지분산형 X-선 분광분석(EDS)도 병행하였다. 이 결과, 고분에 관계없이 모든 석회의 기질에서는 공통적으로 조직의 경계부가 느슨한 형태로 확인되며 미세한 공극들이 산포되어 나타난다(Fig. 10A, 10C, 10E). 이들의 EDS 분석 결과를 보면 석회의 대부분은 80 wt.% 이상의 CaO가 검출되었다(Table 3).

Table 3 . Chemical compositions (wt.%) by SEM-EDS of lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1

TypeTombsNo.SiO2Al2O3TiO2FeOCaOMgONa2OK2OC
LimeNo. 516.645.96--87.40----
211.53---88.47----
No. 639.92--84.00-6.08
4----88.101.77--10.13
5----91.46---8.54
King Muryeong639.777.50-5.3124.745.84--16.83
73.41---76.91---19.68
82.79---81.72---17.64
92.33---80.02---15.48
ClayNo. 51040.3427.22-12.52-6.33-3.619.98
1144.3627.61-12.63-3.58-4.027.80
1211.9412.15-65.71--5.55-4.65
No. 61315.5444.541.0223.73-3.88--11.30
1423.0944.67-15.74-2.64--13.86
1519.5945.96-20.44-2.48--11.52
1625.1743.88-13.79-1.37-1.0514.73
1726.1243.79-11.78-1.42-1.4515.44
1825.0142.910.8714.38-1.57-1.2813.98
King Muryeong1931.1111.60-46.56-0.64--9.25
2042.085.27-14.0716.9515.21--6.42
2132.5323.77-30.07-2.372.471.906.89
2229.3723.41-34.30-1.812.282.106.73
2334.2716.99-36.75-0.66-2.828.51


Figure 10. Scanning electron microphotographs and analyzed spots of energy dispersive spectrum for lime and clay samples. (A, B) 5-NL. (C, D) 6-WL. (E, F) M-EL. (G, H) 5-TC. (I, J) 6-BC. (K, L) M-WC. Sample numbers are the same as those of Table 1.

석회의 결정형태는 주상, 능면상, 침상의 형태로 관찰되며(Fig. 10B, 10D, 10F), 특히 무령왕릉 시료에서 비정질 결정과 함께 침상결정이 다발상으로 확인된다. 무령왕릉 시료(M-TL)의 6번 지점에서는 FeO 함량이 5.31 wt.%로 나타나며, 이를 X-선 회절분석과 함께 검토할 때 흑운모로 판단된다(Fig. 10E, Table 2).

점토의 기질은 전반적으로 치밀하지 못하나 모두 유사한 조직을 가진다(Fig. 10G, 10I, 10K). 바탕을 이루는 입자는 대부분 2μm 전후의 불규칙하게 만곡된 엽편상을 띤다. 이들의 EDS 분석에서는 공통적으로 Al2O3, SiO2, FeO의 함량이 다른 화합물에 비해 높게 검출된다(Table 3). 이를 X-선 회절분석 결과로 볼 때 스멕타이트군의 점토광물로 판단된다(Fig. 9B).

점토의 결정상은 5호분과 무령왕릉에서는 판상의 형태로 나타나며, 6호분에서는 사각기둥으로 분산되어 관찰된다(Fig. 10H, 10J, 10L). 5호분과 무령왕릉 결정상에 대한 EDS 분석 결과, 모두 유사한 화학조성이 검출되며 특징적으로 FeO와 Na2O의 함량이 높게 나타났다. 이는 스멕타이트군에 속하는 점토광물 중 Fe과 Na을 포함하고 있는 논트로나이트(nontronite)로 판단된다.

미세조직으로 볼 때, 점토의 기질에서는 유리질화 되지 않은 스멕타이트군이 확인된다. 이는 200℃ 이하에서 안정하며(Essene and Peacor, 1995), 온도증가에 따라 속성작용을 받아 층간수가 탈수되고 이후 결정이 소멸된다. 그러나 연구대상 점토에서는 스멕타이트의 결정이 명확히 관찰되고 있어 점토의 수비 당시 별도의 소성과정은 거치지 않은 것으로 판단할 수 있다.

이 연구에서는 시료의 제한으로 인해 입도에 대한 정량분석은 불가하였으나, X-선 회절분석과 주사전자현미경 관찰에서 점토광물 함량이 매우 높은 것으로 나타났다. 따라서 5호분, 6호분 및 무령왕릉의 축조에는 인위적으로 점토 함량이 높은 토양을 활용하여 벽체의 내구성을 향상시킨 것으로 해석된다.

3.4. 열적 특성

석회와 점토의 온도에 따른 광물상 변화와 중량감소를 검토하기 위해 시차열분석과 열중량분석을 실시하였다. 석회는 대부분 150∼200℃에서 1차 중량감소가 나타나며, 750∼800℃에서 큰 2차 중량감소와 흡열피크를 형성한다. 150∼200℃ 부근의 흡열피크는 석회의 구조수와 흡착수의 탈수반응에 의한 것이며, 800℃ 이전의 흡열피크는 방해석의 탈탄산화반응으로 해석된다(Kim et al., 2006). 또한 573℃에서 석영의 상전이로 인한 발열피크가 나타난다(Fig. 11).

Figure 11. Representative diagrams of DTA-TG patterns for lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

석회는 900℃ 정도의 발열반응에 따라 두 그룹으로 구분되며, 발열피크가 나타나지 않은 것은 최소 900℃ 이상의 소성을 경험하여 이미 열분해 및 재결정화가 이루어진 것으로 해석된다. 이 외의 발열피크가 나타난 그룹은 소성 당시 열의 차별적인 작용으로 인해 900℃ 이상의 온도를 경험하지 못한 미소성 방해석의 상변화에서 기인한 것으로 판단된다(Fig. 11).

점토는 모두 100∼200℃의 저온영역에서 1차 흡열피크가 있고, 400∼500℃에서 2차 흡열피크가 관찰된다. 또한 석영의 상전이로 인한 573℃ 부근의 예리한 흡열피크와 점토광물의 재결정화에 따른 900℃ 전후의 발열피크가 나타난다. 또한 중량감소율은 4.35∼14.49 wt.%로 비교적 적은 범위에서 확인된다(Fig. 11).

점토에서 주로 관찰되는 스멕타이트는 함수규산염 광물로 2개의 실리카판에 1개의 알루미나판으로 이루어진 층들이 무수히 결합되어 있다. 스멕타이트는 이 층간에 물분자 등을 결합시킴으로서 구조를 팽창시키고 수축시킬 수 있으며, 100∼200℃ 구간에서 나타난 흡열피크와 중량감소는 스멕타이트 내부 층간수의 이탈과 속성작용에 의한 것으로 판단된다(Fig. 11).

또한 점토는 900∼1,000℃ 구간에서 발열피크가 나타나는데 점토광물의 상전이 및 재결정화는 이러한 고온영역에서 주로 나타난다. 스멕타이트는 80∼100℃의 온도에서 일라이트와 스멕타이트 혼합층 광물로 전이되며, 이 과정에서 다량의 중량감소가 발생한다(Son, 2002). 온도가 지속적으로 증가하여 스멕타이트 함량이 감소하고, 일라이트 함량이 50%를 넘게 될 때, 규칙적인 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물을 형성하게 된다.

이와 같은 전이과정을 통해 최종적으로는 일라이트가 생성된다(Pollastro, 1990). 점토시료의 고온영역 발열피크로 볼 때 스멕타이트가 속성작용에 따라 일라이트와 같은 이차광물로 전이된 것으로 판단된다. 모든 점토에서 900℃ 부근의 발열피크가 관찰되는 것은 점토광물의 열분해 및 재결정화가 일어난 것을 의미하며, 이는 연구대상 구성 점토가 제작 당시 고온을 경험하지 않은 것을 지시한다.

3.5. 지구화학적 특성

석회와 점토의 재료학적 동질성 검토를 위해 지구화학적 분석을 수행하였으며, 각 분류 원소에 해당하는 기준으로 표준화하여 원소의 상대적 증감 및 진화경향을 검토하였다. 석회는 CaO 함량이 36.39∼45.08 wt.%, SiO2가 8.53∼23.63 wt.%, Al2O3는 2.01∼5.84 wt.%로 나타나 모래와 같은 골재를 부분적으로 사용한 것으로 보인다. CaO는 6-AL에서 가장 높은 함량으로 나타나지만, 위치와 관계없이 대부분 유사한 값을 갖는다. 석회의 작열감량(LOI)은 33.22∼40.74 wt.%로 비교적 좁은 범위를 보였다(Table 4).

Table 4 . Compositions of major elements (wt.%), some trace and rare earth elements (ppm) for lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1

No.LimeClay
5-SL5-NL6-WL6-ALM-TLM-ELM-FL5-FC5-WC5-TC6-BC6-FCM-ECM-WCM-SC
SiO211.1920.089.538.688.359.2623.6367.8852.7662.6561.0049.0360.4260.8660.61
Al2O32.945.842.012.092.022.464.8013.9919.8914.0016.2512.3818.0317.8217.60
Fe2O31.291.501.291.231.271.571.333.966.274.965.134.886.096.045.78
MnO0.030.030.030.030.040.040.040.070.100.080.070.090.040.040.04
MgO1.451.021.631.983.172.430.831.562.024.050.941.581.010.931.08
CaO43.3637.5244.2545.0844.1544.5636.391.301.282.821.4511.910.390.360.66
Na2O0.140.190.100.130.080.090.520.690.290.790.440.550.710.740.75
K2O0.381.110.270.220.150.171.312.431.982.212.831.982.952.942.95
TiO20.090.140.070.080.070.090.120.400.410.470.660.630.880.880.86
P2O50.060.040.060.060.070.070.060.050.110.030.070.110.040.030.02
LOI38.9333.2240.1240.7440.5839.731.657.7314.176.869.5017.158.348.268.29
Total99.85100.7099.36100.3099.96100.40100.70100.1099.2798.9298.34100.3098.8998.8898.64
Ba22039196927489335753532743539630621661655
Be11<1<1<1<1<144332333
Cd0.9<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<1.0<0.5<0.5<0.50.6<0.5<0.5<0.5<0.5
Co343<1348112417141391011
Cr14201012810345271587499747576
Cu439185419134053578885164217232262
Hf<0.51.8<0.5<0.5<0.5<0.50.95.94.83.76.55.75.96.26.4
Mo<2<2<2<2<2<2<4<2<2<2<2<2<2<2<2
Ni784445122964343441282629
Pb12813<5<558037251547462272730
Rb<2030<20<20<20<20<2090120906080180120160
Sc2.03.11.92.11.72.12.37.811.08.611.410.413.913.213.5
Sr31313529235828330729974329357180737678
Th3.27.82.12.42.02.35.817.530.116.019.813.819.017.418.1
V11152217141317486455808810898100
Y67876772226172023242324
Zn152091010144081787384133837889
Zr25442423171850200145136219196211202201
La11.223.59.010.27.88.820.155.554.765.649.147.748.148.451.2
Ce1536141413163072959010387888694
Nd813<510<5<5113441383134322930
Sm1.52.41.31.41.01.52.06.37.56.46.36.26.86.57.1
Eu0.30.40.30.30.30.30.41.51.61.11.30.91.41.21.5
Tb<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5
Yb0.60.50.40.40.20.70.31.92.51.82.52.42.62.62.4
Lu<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.050.190.220.160.210.160.290.250.31


석회의 주성분원소 표준화는 Gold(1963)가 제시한 탄산염암의 평균조성을 활용하였다. 이 결과, SiO2, Al2O3, Na2O, K2O는 모두 부화되어 나타나며, MnO와 MgO는 결핍되는 양상을 보인다. 그러나 CaO는 평균조성과 거의 일치하는 것을 알 수 있다(Fig. 12). MgO와 MnO 함량은 CaO 보다 결핍되어 있는데, 이는 이온반경 차이에 의한 것으로 아라고나이트의 Ca2+와 치환하는 것이 용이하지 않을 때 주로 나타난다.

Figure 12. Diagrams showing the normalized major, trace, rare earth, compatible and incompatible element patterns of lime and clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

점토의 주성분원소는 Nockolds(1954)가 제시한 화강암의 평균조성을 기준으로 표준화하였다. 이 결과, 대부분의 원소가 표준치인 1에 가깝게 도시되었으나, 일부 원소는 고분에 따라 부화경향이 다르게 나타난다. 점토는 공통적으로 Al2O, Fe2O3, MgO, TiO2가 부화되며, Na2O, K2O, P2O5는 대체로 결핍되어 있다(Fig. 12).

연구대상 점토에서는 흑운모, 스멕타이트 및 녹니석으로 인해 Al2O3, Fe2O3, MgO가 표준치보다 부화되어 나타난다. 또한 MgO나 CaO와 같은 호정원소가 약간 부화되고 Na2O와 K2O가 결핍된 양상으로 관찰되는데, 이를 통해 점토는 마그마 분화과정을 충분히 겪지 않은 화강암질암의 풍화물질로 판단된다(Fig. 12).

석회의 미량원소로는 Cu, Zr, La, Ce, Cr 등이 높게 검출되었으며, 특히 Cu, Zr, La의 함량이 높았다(Table 4). 석회의 미량원소를 Gold(1963)가 제안한 탄산염암의 미량원소 평균조성으로 표준화하였다. 이 결과, 연구대상은 모두 Ni과 Y가 결핍되어 있으며 Co, Cu, Mo, La, Ce는 부화된 경향을 보인다. 시료의 위치에 따라 Cu에 대한 부화정도는 약간의 차이가 있지만, 이를 제외한 미량원소의 전반적인 거동양상은 매우 유사하다(Fig. 12).

점토의 미량원소에서는 Ba, Cr, Cu, Rb, Sr, Zr 등이 다른 원소들에 비해 상대적으로 높게 나타난다(Table 4). 이를 Govindaraju(1989)가 제안한 화강암의 평균조성으로 표준화하면 Cd, Co, Cr, Ni, V이 모든 고분에서 부화되고 Rb, Sr, Yb은 결핍되었다. 이 외의 원소들은 표준값에 수렴하며 거동특성은 유사하였다(Fig. 12).

일반적으로 Rb과 Sr은 CaO의 함량과 비례하여 감소하는 경향을 보인다. 이는 광물 내에서 Ca을 치환하고 있어 용해과정에서 Ca과 함께 용탈되기 때문이다(Kang and Lee, 2018). 점토는 거의 모든 시료에서 Rb과 Sr이 결핍되며, 이는 주성분원소의 경향과 동일하다. 6-FC는 CaO의 함량이 다른 시료보다 높아 Sr이 표준값에 가까운 것으로 판단된다.

석회의 희토류원소에서는 La, Ce, Nd 등과 같은 경희토류가 다른 원소에 비해 높게 검출된다(Table 4). 이들의 표준화는 Taylor and Mclennan(1985)이 제시한 콘트라이트 운석의 초생치를 기준으로 수행하였다. 이 결과, 경희토류에서 중희토류로 갈수록 부화되는 특성이 있다. 특징적으로 경희토류는 모두 결핍되어 있으며, 중희토류는 Tb을 제외하면 모두 부화되었다. 이들은 대부분 미세한 부화와 결핍의 차이가 있으나 모두 유사한 거동특성을 보였다(Fig. 12).

점토의 희토류원소도 Taylor and Mclennan(1985)의 콘트라이트 초생치로 표준화하였다. 이 결과, 경희토류는 상대적으로 부화되고 중희토류는 낮고 급한 기울기를 보인다. 또한 Eu와 Lu의 미세한 차이를 제외하면 전체적인 양상은 모두 유사하다(Fig. 12). 경희토류는 풍화과정에서 모암 주위로 흡착이 이루어지나, 중희토류는 제거되는 성질을 가진다(Shin et al., 2005; Nesbit et al., 1990; Lee, 2021). 점토의 희토류원소 함량과 차이 및 거동양상을 볼 때, 비슷한 풍화과정을 겪은 것으로 보이며 연구대상 고분의 축조에는 거의 동일한 원료를 사용한 것으로 판단된다.

주성분원소와 미량원소에서 호정 및 불호정을 갖는 원소를 선별하여 Pearce(1983)가 제시한 원시 맨틀의 조성으로 표준화하였다. 5호분과 무령왕릉 석회에는 이동성이 높은 원소가 포함되어 있어 Sr, K2O, Ba, Th, Ce에서 미세한 차이가 나타나며, 이외의 거동특성은 모두 유사하다. 그러나 6호분 시료는 부화도의 차이가 거의 나타나지 않는다(Fig. 12).

점토에 대한 표준화 결과, Th을 기준으로 대칭적 기울기를 보이며 지각의 섭입대 환경에서 형성된 마그마의 특징이 나타난다. 또한 P2O5, TiO2, Sc, Cr 등은 결핍되어 있으며 다른 원소들은 부화되어 있다. Sr과 Th은 5호분과 6호분에서 부화도 차이가 있지만 이동성이 큰 원소임을 감안하면 차이는 크지 않은 것으로 판단된다. 점토의 호정 및 불호정 원소는 화강암류의 거동특성과 매우 높은 일치도를 보이고 있어, 이를 통해 연구대상 고분에 사용한 점토는 화강암의 풍화토를 활용했을 가능성이 높은 것으로 판단된다(Fig. 12).

4. 고 찰

4.1. 재료학적 동질성 검토

연구대상 고분에 사용한 석회와 점토의 재료학적 특성 분석을 바탕으로 고분 간의 동질성을 검토하였다. X-선 회절분석과 열분석에서 석회와 점토 모두 각각 유사한 광물조성과 열적 특성이 확인되며, 시료의 광물학적 유사도가 높게 나타난다. 지구화학적 거동특성에서도 석회와 점토는 모두 매우 유사한 거동양상을 보였다.

이는 연구대상으로 사용된 석회 및 점토가 각각 성인적으로 동질하다는 것을 의미하며, 왕릉원의 5호분, 6호분 및 무령왕릉 축조에 동일 기원의 부재료를 활용한 것으로 해석할 수 있다. 그러나 보다 정량적인 검토를 위해 화학분석 결과를 토대로 교차검증하였다. 석회는 CaOMgO-SiO2 성분계 및 RO2-(RO+R2O) 상관도에 도시하였으며, 점토는 A-CN-K와 A-CNK-FM 삼각도에 도시하여 풍화경향과 동질성을 살펴보았다(Fig. 13, 14).

Figure 13. Diagrams of CaO-MgO-SiO2 and RO2-(RO+R2O) for lime samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

Figure 14. Diagrams of A-CN-K and A-CNK-FM for clay samples. Sample numbers are the same as those of Table 1.

CaO-MgO-SiO2 성분계에서 석회는 모두 CaO-SiO2 선을 따라 도시되었다. 규산염광물이 다소 높은 시료를 제외하면 모두 석회질 성분에 조밀하게 도시되며 높은 동질성을 보인다. 산화물 분포도에서도 시료 간의 동질성이 확인되며, 특징적으로 염기성 산화물에 치우쳐 있다 (Fig. 13). 이는 CaO-MgO-SiO2 성분에서 보는 바와 같으며 피복된 토양의 영향인 것으로 판단된다. 지구화학적 거동특성과 CaO-MgO-SiO2 성분계 및 산화물 분포도를 종합할 때, 연구대상 석회는 모두 동일기원의 원료물질을 활용한 것으로 해석된다.

일반적으로 마그마에서 분화된 암석은 초기에 장석의 풍화로 인해 CaO와 Na2O 등이 감소하나, 후기로 갈수록 K2O가 감소하면서 Al2O3로 이동하는 경향이 있다. 이는 A-CN-K 삼각도에서 보듯이 풍화 초기에는 A-CN 선에 분포하며, 이후에는 A-K 선을 따라 진화한다(Kim and Kee, 2014; Lee, 2021).

연구대상 점토는 대부분 A-K 선을 따라 일라이트 방향으로 밀집되어(Fig. 14), 이들은 동일한 풍화과정을 겪어 점토광물화된 것으로 판단된다. 6-FC는 CaO의 함량이 두드러져(Table 4), 점토 이외의 물질이 함께 포함되어 전체적인 경향에서 벗어난 것으로 보인다. A-CNKFM에서 6-FC를 제외한 시료들은 모두 일정한 영역에 도시되며, A-FM 선의 스멕타이트 방향에 밀집된다(Fig. 14). 따라서 연구대상 점토는 모두 유사한 특징을 보여 재료학적 동질성이 인정된다.

이를 지구화학적 거동특성과 연관지어 검토하면 연구대상 고분의 내부에 활용한 점토는 거의 동일 기원의 태토를 사용한 것으로 판단된다. 또한 연구대상 고분의 축조시기가 상이함에도 불구하고 재료가 동질한 특성을 나타내는 것은 태토를 수비하고 공급하는 일정한 기술이 있었을 가능성을 지시하는 결과이기도 하다.

4.2. 조달체계 검토

공주 무령왕릉과 왕릉원의 연구대상 고분에 사용한 석회와 점토는 각각 거의 동일한 재료를 활용한 것으로 해석되어, 이를 근거로 원료물질 및 공급지를 검토하였다. 점토는 모래 함량이 낮고, 점토함량이 높은 토양을 활용하였으며, 위치와 용도에 따라 약간의 차이가 있지만 대부분 동일하다. 이 점토에서는 스멕타이트가 산출되는 것으로 보아 소성을 거치지 않은 것으로 판단된다.

점토의 공급지에 대해서는 유적 주변의 다양한 토지 이용과 수문학적 변화로 인해 명확하게 제시하기 어려운 상황이다. 그러나 대부분의 유적에서 보고된 바와 같이 연구대상 인근에서 원료를 조달했을 가능성이 높다(Jang and Lee, 2013; Lee et al., 2018; Lee, 2021).

석회는 재료학적 특성과 동일시대의 유사사례 및 석회소성법 등을 검토하여 원료의 물질과 공급지를 검토하였다. 석회에서는 아라고나이트와 방해석이 동정되며 패각이 발견되었다. 이는 원료로 패각이 사용되었을 가능성을 지시한다. 그러나 패각과 같은 유기기원 원료와 석회암과 같은 암석과의 구분이 어려워 여러 가능성에 대한 검토가 필수적이다. 따라서 현재 연구대상 고분에 사용한 석회의 기원을 정확히 해석할 수 없으나, 원료에 대해서는 두 가지 가능성을 제시할 수 있다.

첫 번째는 아라고나이트로 구성된 유기기원 탄산염암을 사용한 경우이다. 아라고나이트 각질을 생성하는 이매패류와 복족류 등이 있으며, 이들은 물의 흐름이 거의 없는 석호환경과 천해에서 죽은 뒤 먼 거리를 이동하지 않고 분지 내에서 퇴적된다. 이후 지질학적 시간을 걸쳐 해수면이 하강하면 지표면에서 우이드나 골격질 입자로 탄산염 사질퇴적물에서 나타나는 것이다.

두 번째는 패총의 패각을 조달하여 사용한 경우이다. 패각은 탄산칼슘과 미량의 유기질로 구성되며, 가공을 통해 탄산칼슘을 얻을 수 있다. 패각류 가공은 크게 소성법과 풍화법으로 분류되며, 소성법은 패각을 불에 구워 분말화하고 수비하는 방법으로 일반적으로 소성, 소화, 수비 및 건조단계를 거쳐 생산한다. 풍화법은 오랜 기간 야외에서 풍화된 패각을 분말화하여 수비하는 가공방법이다. Lee et al.(2008)은 소성온도별 패각의 결정구조 변화를 분석하여, 방해석과 아라고나이트를 동정하였다.

이를 근거로 석회의 원료와 소성온도를 검토하면, 대부분의 석회시료는 방해석이 주성분인 굴과의 패각을 사용했을 가능성이 높다. 그러나 방해석의 결정구조를 갖는 석회는 고분환경에서 아라고나이트로 상전이 되기 어렵다. 따라서 모든 석회시료에서 아라고나이트가 미량 동정되는 것으로 볼 때 이매패류 및 복족류가 포함되었을 수 있다. 특히 700∼900℃에서 불완전 연소된 패각이 존재하며, 이로 인해 잔류한 탄산칼슘이 확인된다. 석회시료에서 아라고나이트가 검출된 이유도 소성 당시 열의 차별적 영향으로 인해 일부 불완전 연소된 패각에 의한 것으로 해석된다.

또한 연구대상 석회는 모두 백색도가 높으며, 기질에서는 탈탄산화반응으로 인한 다공성 조직이 나타난다. 따라서 왕릉원 고분에 활용된 석회는 패각의 소성온도가 최소 700∼900℃ 이상을 경험하여 양질의 백색도가 얻어진 것으로 판단된다.

한편 원료물질 해석을 위해서는 동일시대에 사용한 석회에 대한 검토가 필수적이며, 삼국시대에 조성된 고분중 석회물질을 미장재로 사용한 사례로는 하남 감일동 고분군과 고구려 고분벽화 진파리 4호분 및 고령 고아동 벽화고분(Kim et al., 2019; Lim, 2009; Lee et al., 2014)등이 잘 알려져 있다. 이들은 모두 패각을 가열해 생석회를 제작하는 과정에서 숯과 점토질 풍화토를 넣어 제작한 것으로 보고된 바 있다.

이와 같이 삼국시대 고분에서 패각의 사용과 공주 왕릉원에서 패각이 발견된 것으로 볼 때, 연구대상 역시 패각을 원료로 한 유기기원의 석회가 활용되었을 가능성이 크다. 또한 사용할 만큼 다량의 원료와 축조시기에 관계 없이 동일한 재료를 조달하여 제작하였다면, 패총에서 원료물질을 조달하였을 가능성이 가장 합리적이다. 그러나 현재 삼국시대의 패각과 관련된 원료 공급지를 검토한 사례는 없으며, 삼국시대 석회가마와 생산시설 등의 발견 및 관련 기록도 없다.

현재 석회의 공급지 검토에 있어 지형변화와 개발 등으로 패총유적이 매립된 사례가 많아 분석에 한계가 있다. 그러나 이 연구에서 검토한 석회공급지로 가능성이 있는 패총과 석회의 탄소 및 산소 안정동위원소 분석, 전자현미분석, 재현실험 등을 추가적으로 수행하여 재료적 특성을 비교한다면 원료물질의 기원과 종류 및 원산지에 대한 보다 명확한 해석이 가능할 것이다.

5. 결 언

1. 공주 왕릉원의 5호분과 6호분 및 무령왕릉 축조에 사용한 부재료로는 석회와 점토가 있으며, 이들은 고분내부에서 미장재 또는 줄눈재로 활용되었다. 이 연구에서는 위치와 용도를 구분하여 탈락시료를 수습하였으며, 이들의 광물학적 및 지구화학적 분석을 통해 재료학적 특성을 규명하였다. 또한 석회와 점토에 대해서는 원료물질과 공급지를 검토하였다.

2. 석회와 점토의 색도분석 결과, 위치에 따라 미세한 차이는 있으나 거의 유사하다. 또한 석회에서는 공통적으로 아라고나이트와 방해석이 점토에서는 석영, 스멕타이트, 운모류, 사장석, 알칼리 장석이 검출되어 시료 간의 유사성이 확인된다. 미세조직과 조성 및 열분석으로도 각각 시료의 동질성이 확인되며, 특징적으로 무령왕릉과 5호분 석회에서는 패각이 관찰된다.

3. 이들의 지구화학적 거동특성 분석결과, 각 분류 원소에 해당하는 기준으로 표준화하면 석회와 점토는 위치와 용도에 따라 미량의 부화도 차이가 나타나나, 전반적인 거동양상은 각 시료에서 모두 유사한 경향을 보였다. 이를 통해 석회와 점토는 각각 동일한 원료물질을 사용한 것으로 해석할 수 있다.

4. 이들의 공급과 조달체계를 검토하면, 점토는 공주 왕릉원 인근에서 구했을 것으로 추정된다. 석회는 주로 방해석으로 구성된 굴과의 패각을 활용한 것으로 판단되며, 서해안의 패총이 원료의 공급지로서 유력한 것으로 해석된다. 그러나 이 연구를 바탕으로 탄산염암의 사용 및 안정동위원소 등 추가적인 분석과 재현실험을 통해 교차검증을 수행해야 할 것이다.

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October 2022, 55 (5)