석조문화재 주변의 환경적인 요인은 다양한 형태의 손상을 불러일으킨다. 본 연구에서는 여러 환경 요인 중에서 지면에 조성된 조립사질 토양이 석조문화재의 손상에 끼치는 영향을 불국사 다보탑을 중심으로 살펴보았다. 복잡한 구조를 지닌 불국사다보탑의 주변 지면에는 조립사질토양이 조성되어 있고, 주변은 회랑으로 둘러싸여 있다. 경주의 거센 바람과 수많은 관람객으로 인하여 지면의 토양이 부유되어 복잡한 석탑의 부재 사이에 침착되고 있다. 조립사질토양이 석탑의 손상에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 조립사질 토양과 석탑 주변에 떨어진 풍화편을 채취하여 X-선 회절분석, 편광현미경 및 전자현미경으로 광물조성과 조직을 관찰하였으며, IC와 ICP-AES를 이용하여 수용성 염성분을 분석하였다. 조립사질토양과 풍화편에서는 스멕타이트 뿐만 아니라, 일라이트, 카올리나이트가 검출되었는데, 이들은 수분과 접촉시 팽창을 하여 암석에 압력을 가중시킨다. 풍화편과 조립사질 토양에서는 또한 NaCl 염이 검출되었는데, 이 염은 점토광물에 나트륨이온을 제공하여서, 또는 상대습도 평형을 떨어뜨려서 점토광물의 팽창을 증진시킨다. 분석결과는 조립사질토양이 풍화된 석조문화재의 사이트환경으로는 적절치 못함을 보여준다.
석조문화재 주변의 환경적인 요인은 다양한 형태의 손상을 불러일으킨다. 본 연구에서는 여러 환경 요인 중에서 지면에 조성된 조립사질 토양이 석조문화재의 손상에 끼치는 영향을 불국사 다보탑을 중심으로 살펴보았다. 복잡한 구조를 지닌 불국사다보탑의 주변 지면에는 조립사질토양이 조성되어 있고, 주변은 회랑으로 둘러싸여 있다. 경주의 거센 바람과 수많은 관람객으로 인하여 지면의 토양이 부유되어 복잡한 석탑의 부재 사이에 침착되고 있다. 조립사질토양이 석탑의 손상에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 조립사질 토양과 석탑 주변에 떨어진 풍화편을 채취하여 X-선 회절분석, 편광현미경 및 전자현미경으로 광물조성과 조직을 관찰하였으며, IC와 ICP-AES를 이용하여 수용성 염성분을 분석하였다. 조립사질토양과 풍화편에서는 스멕타이트 뿐만 아니라, 일라이트, 카올리나이트가 검출되었는데, 이들은 수분과 접촉시 팽창을 하여 암석에 압력을 가중시킨다. 풍화편과 조립사질 토양에서는 또한 NaCl 염이 검출되었는데, 이 염은 점토광물에 나트륨이온을 제공하여서, 또는 상대습도 평형을 떨어뜨려서 점토광물의 팽창을 증진시킨다. 분석결과는 조립사질토양이 풍화된 석조문화재의 사이트환경으로는 적절치 못함을 보여준다.
Site environments bring about various different deterioration forms of stone cultural properties. The aim of this study is to document the influence of coarse grained sandy soil on the deterioration of stone cultural properties. Bulguksadabotap is a good example that demonstrates the problem with co...
Site environments bring about various different deterioration forms of stone cultural properties. The aim of this study is to document the influence of coarse grained sandy soil on the deterioration of stone cultural properties. Bulguksadabotap is a good example that demonstrates the problem with coarse grained sandy soil. The ground around the Bulguksadabotap is covered with coarse grained sandy soil and the pagoda is surrounded by the corridors. Coarse grained sandy soil float easily in the air and deposit in the complicated stone structure caused by strong wind in Gyeongju and numerous visitors. To explain the influence of coarse grained sandy soil on the deterioration, the coarse grained sandy soil and weathered stone pieces of Bulguksadabotap were analyzed by XRD, optical microscopy, SEM for mineralogical component and IC and ICP-AES for the soluble salts. The soil and weathered stone pieces include clay minerals, such as smectite and kaolinite, can expand with water and exert pressure on the stone. Small size of the clay minerals in the coarse grained sandy soil can easily penetrate into the weathered surfaces of the Bulguksadabotap. The weathered stone pieces also contain NaCl, which is known to contribute to increase the expandibility of clay minerals by providing with $Na^{+}$ or by dropping the equilibrium of relative humidity. These results indicates that coarse grained sandy soil is not proper to site environment for weathered stone cultural properties.
Site environments bring about various different deterioration forms of stone cultural properties. The aim of this study is to document the influence of coarse grained sandy soil on the deterioration of stone cultural properties. Bulguksadabotap is a good example that demonstrates the problem with coarse grained sandy soil. The ground around the Bulguksadabotap is covered with coarse grained sandy soil and the pagoda is surrounded by the corridors. Coarse grained sandy soil float easily in the air and deposit in the complicated stone structure caused by strong wind in Gyeongju and numerous visitors. To explain the influence of coarse grained sandy soil on the deterioration, the coarse grained sandy soil and weathered stone pieces of Bulguksadabotap were analyzed by XRD, optical microscopy, SEM for mineralogical component and IC and ICP-AES for the soluble salts. The soil and weathered stone pieces include clay minerals, such as smectite and kaolinite, can expand with water and exert pressure on the stone. Small size of the clay minerals in the coarse grained sandy soil can easily penetrate into the weathered surfaces of the Bulguksadabotap. The weathered stone pieces also contain NaCl, which is known to contribute to increase the expandibility of clay minerals by providing with $Na^{+}$ or by dropping the equilibrium of relative humidity. These results indicates that coarse grained sandy soil is not proper to site environment for weathered stone cultural properties.
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문제 정의
석조문화재의 훼손과 관련하여 연구되고 있는 여러 환경 요인이외에 본 연구에서는 지면에 조성된 조립사질토양이 석조문화재의 손상에 끼치는 영향을 불국사다 보탑을 중심으로 살펴보고자 한다. 국보 20호로 지정된 불국사다보탑의 손상 문제는 요즈음 큰 화두로 오를 만큼 세간의 관심을 끌고 있으며, 석조문화재의 손상 상태는 이미 조사가 많이 진행되어 보존처리를 기다리고 있고.
5 m 깊이에서도 생성된다고 보고되고 있으며 (김 수진 외 1994), 더구나 불국사다보탑같이 심하게 풍화된 암석은 자체적으로 형성된 점토광물 외에 많은 균열 사이로 스며드는 부유조립사 질토양에서 기인한 점토광물 및 수용성 염성 분 의 영향을 더욱 크게 받는다. 전통 양식에 따라 문화재를 보존하고 관리해야한다는 고정적인 관념 때문에 문제점으로 고려되고 있는 제반 사항들이 개선되고 있지 못하는 현실에서, 본 연구를 통해 과학적이고 체계적인 자료를 제시하여 간과되거나 도외시되고 있는 훼손 요인을 제거할 수 있는 기회를 제공하고자 한다.
제안 방법
8 mM NaKO를 사용하여 한국 기초과학지원연구원에서 분석하였다. Na+, Ca2+, Mg2+ 및 K+ 등의 양이온은 유도전자 결합 플라즈마 분석기(ICP-AES, ICP Atomic Emission Spectrometer, SHIMADZU/ICPS-1000IV)를 사용하여 서울대학교 기초과학교육연구공동기기원에서 분석하였다.
177 mm의 체로 시료를 분리한 후 아게이트 유발에서 분쇄하여 분말 X-선회절분석(XRD)을 실시하였다. 그리고 점토광물의 정확한 감정을 위하여 시료분말과 증류수 혼합액을 초음파 진동기로 처리하여 점토광물의 현탁액을 얻은 후원심분 리하여 미세입자의 점토광물을 회수하였다. 분리한 시료를 슬라이드 글라스에도포한 후에 에틸렌 글리콜 처리(65°C, 24시간), 550°C 가 열 실험(2시간)을 실시하였다.
염은 흡습작용을 하기 때문에 표면에 형성된 염 때문에 암석 안의 습기는 증가하고, 그로 인해 습기가 증가된 부분에서 모세관물 흡수가 일어나는 악순환이 계속된다. 또한 수용성염 성분은 나트륨이온을 제공하거나 상대 습도 평형을 떨어뜨려서 습도가 낮은 상태에서도 점토광물의 팽창을 증진시킬 수 있음을 살펴보았다.
그리고 점토광물의 정확한 감정을 위하여 시료분말과 증류수 혼합액을 초음파 진동기로 처리하여 점토광물의 현탁액을 얻은 후원심분 리하여 미세입자의 점토광물을 회수하였다. 분리한 시료를 슬라이드 글라스에도포한 후에 에틸렌 글리콜 처리(65°C, 24시간), 550°C 가 열 실험(2시간)을 실시하였다. XRD 분석은 Rigaku RINT2200 모델의 X선회절분석기를 사용하였으며 분석 조건은 40 kV/30 mA에서 CuKa선을 이용하였다.
불국사다보탑 부재의 표면에는 석영, 각 섬석, 흑운모, 사장석 및 일라이트, 스멕타이트, 카올리나이트 등의 점토광물로 구성된 흑갈색층이 형성되어 있다. 여러 원인들이 있겠지만 주변 지면에 조성된 조립사질 토양이 관람객의 이동이나 바람에 의해 부유되어 석조물 표면에 쌓여 형성되었을 가능성에 대해, 조립사질 토양의 조성광물 성분이 다보탑난간에 형성된 점토층의 조성 성분과 유사함을 보여주는 분석을 통해 살펴보았다.
조립사질토양과 풍화편시료를 분말화한 후 증류수에 넣어 녹아 나온.이온을 측정하여, 가능한 수용성 염 성분을 통계학적으로 조합하였다.가라앉은 것과 물 위에 떠 있는 것들은 원심분리 후 여과지로 걸러내었다.
경주 불국사 경내 불국사다보탑 주변 지면에 깔려져 있는 조립사질토양과 석탑에서 박리되어 탑의 2층 난간에 떨어져 있는 풍화편을 각각 채취하였다. 채취한 시료는 현미경으로 관찰하였으며, 광물 조성 분석을 위하여 시료를 60도에서 1시간 동안 건조시킨 후 구경 0.177 mm의 체로 시료를 분리한 후 아게이트 유발에서 분쇄하여 분말 X-선회절분석(XRD)을 실시하였다. 그리고 점토광물의 정확한 감정을 위하여 시료분말과 증류수 혼합액을 초음파 진동기로 처리하여 점토광물의 현탁액을 얻은 후원심분 리하여 미세입자의 점토광물을 회수하였다.
대상 데이터
가라앉은 것과 물 위에 떠 있는 것들은 원심분리 후 여과지로 걸러내었다. 걸러진 용액 중 cr, No, PO4%과 scX- 등은 이온 크로마토그래피(IC. Ion Chromatograph, LC-10AVP Shimadzu Co.)를 이용하였으며 엘루언트는 1.7 mM NaHCCh와 12.5 mmol H2SO4/1.8 mM NaKO를 사용하여 한국 기초과학지원연구원에서 분석하였다. Na+, Ca2+, Mg2+ 및 K+ 등의 양이온은 유도전자 결합 플라즈마 분석기(ICP-AES, ICP Atomic Emission Spectrometer, SHIMADZU/ICPS-1000IV)를 사용하여 서울대학교 기초과학교육연구공동기기원에서 분석하였다.
경주 불국사 경내 불국사다보탑 주변 지면에 깔려져 있는 조립사질토양과 석탑에서 박리되어 탑의 2층 난간에 떨어져 있는 풍화편을 각각 채취하였다. 채취한 시료는 현미경으로 관찰하였으며, 광물 조성 분석을 위하여 시료를 60도에서 1시간 동안 건조시킨 후 구경 0.
이론/모형
분리한 시료를 슬라이드 글라스에도포한 후에 에틸렌 글리콜 처리(65°C, 24시간), 550°C 가 열 실험(2시간)을 실시하였다. XRD 분석은 Rigaku RINT2200 모델의 X선회절분석기를 사용하였으며 분석 조건은 40 kV/30 mA에서 CuKa선을 이용하였다.
성능/효과
분석 결과 불국사다보탑의 풍화된 석재 부위 에서는 다량의 점토광물과 염 성분이 검출되었다. 또한 지면에 조성된 조립사질 토양도 스 멕타 이트와 같은 팽윤성 점토광물을 비롯하여 카올 리나이트 등의 점토광물이 다량 함유되어 있다.
시료에 따라 차이는 있지만 용출된 이온은 Cl; NO3一, SO42; Na+, Ca2+, Mg2+ 및 K+가 상당량 검출되었다. 검출된 이온으로 형성 가능한 염은 NaCl 이며 Na과 K는 사장석의 주구성원 소로 다량 검출된 이들이 온의 기원으로 추정 된다.
어떠한 종류의 암석이든 간에 신선한 암석에 비하여, 불국사다 보탑의 풍화암편과 지면의 조립 사질 토양의 구성 광물은 차이를 보였다. 조립사질토양의 분말 X선회절 분석 결과, 그림 2a에서 보는 바와 같이 팽윤성 점토광물인스멕타이 트와 팽윤하지 않는 것으로 알려진 카올리나이트가 검출되었으며, 풍화편(그림 2b)에서는 일라이트, 스멕타이트와 카올리나이트가 확인되었다.
어떠한 종류의 암석이든 간에 신선한 암석에 비하여, 불국사다 보탑의 풍화암편과 지면의 조립 사질 토양의 구성 광물은 차이를 보였다. 조립사질토양의 분말 X선회절 분석 결과, 그림 2a에서 보는 바와 같이 팽윤성 점토광물인스멕타이 트와 팽윤하지 않는 것으로 알려진 카올리나이트가 검출되었으며, 풍화편(그림 2b)에서는 일라이트, 스멕타이트와 카올리나이트가 확인되었다. 풍화편은 흑운모와 사장석이 시료의 가장자리 부분에서 더 많이 점토광물로 변질되어 있으며, 많은 입자 내에는 미세 균열이 형성된 것이 관찰된다(그림 3).
참고문헌 (11)
김수진, 이민성, 김원사, 이수재 (1994) 서울지역의 자연환경 변화에 관한 연구; 남산화강암의 풍화에 관한 환경광물학적 연구, 지질학회지 30, 284-296
Arnold, A. and Zehner, K. (1990) Salt weathering on monuments, Analytical methodologies for the investigation of damaged stones, 14-21
Brattli, B. and Broch, E. (1995) Stability problems in water tunnels caused by expandable minerals: Swelling pressure measurements and mineralogical analysis. Engineering Geology, 39, 151-69
Morris, K. and Shepperd, C. (1982) The role of clay minerals in influencing porosity and permeability characteristics in the Bridgeport Sand of Wytch Farm, Dorset. Clay Minerals, 17, 41-54
Price, C. and Brimblecombe, P. (1994) Preventing salt damage in porous materials. Preprints of the Congress on Preventive Conservation Practice Theory and Research, Ottawa. London, International Institute for Conservation. 90-93
Riederer, J. (1973) Staub-Reinhalt, Luft, 33, 5
Winkler, E. and Wilhelm, E. (1970) Saltbrust by hydration pressures in architectural stone in urban atmosphere, Geol Soc Am Bull, 81(2), 567-572
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