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문제 정의
- 대구광역시 달서구 월성동에서 출토된 흑요석 석기에 대하여 암석 기재 학적인 연구와 암석 및 광물 화학적인 연구를 수행하여 흑요석의 원산지를 규명하고자 시도하였다. 조사된 시료의 수가 적어 우리나라의 흑요석의 일반적인 특징을 대변하기에는 무리가 있으나 현재까지 연구된 흑요석 자료와 비교하여 볼 때 상당히 의미 있는 사실들이 도출되었다.
- 본 연구에서는 대구광역시 달서구 월성동의 흑요석암편(Fig. 2)에 대하여 광물 및 암석학적 분석을 바탕으로 한반도 중부지역, 한반도 남부지역, 백두산 지역 및 일본 큐슈지역의 흑요석과의 상호관계를 파악하고자 대표적인 시료를 선택하여 다양한 자연과학적 연구 방법을 적용하였다.
- 본 연구의 목적은 대구광역시 달서구 월성동에서 출토된 구석기 유물에 대하여 광물 조성, 주원소와 희토류를 포함한 미량원소분석, 동위원소 및 연대측정을 통하여 흑요석의 산지를 추정하는데 있다.
제안 방법
- 대구광역시 달서구 월성동 흑요석 석기의 암석 기재 학적인 연구와 광물 및 암석 화학적인 연구를 바탕으로 연구지역 흑요석 석기와 기존의 충북 단양군 수양개, 경남 통영군 연대도, 욕지도, 상노대도와 부산 동삼동, 강원도 양구읍 상무룡리, 전남 여수시 송도 그리고 백두산과 일본 큐슈지방에서 출토된 흑 요석의 분석 결과를 암석 화학적인 방법으로 연구하고 비교하여 원산지를 분류한 결과는 다음과 같다.
- 이에 반하여 화학적인 성질이 동일한 동위원소는 마그마의 결정분화 등 마그마 진화에 의한 변이가 발생하지않으므로 마그마의 기원지에 대해 명확한 정보를 제공하므로 월성동 흑요석 석기에 대하여 Sr 동위원소비(87 街 Sr)를 분석하였다. 분석한 Sr 동위원소비와 기존의 연구결과를 "衝Sr비와 Sm값을 기준으로 분류한 결과 흑요석의 마그마 기원지가 4가지 그룹으로 대분 되는 경향을 보이고 있다(Table 3, Fig.
- 미량원소 분석이 가능한 크기의 1번 시료를 포함하여 총 5개 시료를 선택하였다. 주원소 동위원소 및 미량원소 분석이 가능한 암석기재학적인 연구를 위해서 시편 및 연마 박편을 제작하여 편광 및 실체현미경 관찰을 실시하였으며, 흑요석의 미세구조 및 조직을 파악하기 위하여 모델 JSM-6300 주사전자현미경 (SEM; Scanning Electron Microscope) 분석을 수행하였다. 구성 광물의 화학분석은 모델 EPMA1600 전자미 세 현미 분석기 (EPMA; Electron Micro Probe Analyzer)을 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 구성 광물의 화학분석은 모델 EPMA1600 전자미 세 현미 분석기 (EPMA; Electron Micro Probe Analyzer)을 이용하여 분석하였다. 분석조건은 가속전압 15 kV, 전자빔의 크기 5 呻, 빔 전류 20n厶를 사용하였으며, 분석치 보정은 ZAF를 이용하였다. 주사전자현미분석과 전자미세 현미 분석은 경북대학교 공동실험실 습관에서 수행되었다.
- 흑요석의 색상은 대부분 검은색을 띠고 있으나, 회색, 붉은색, 녹색을 띠는 것도 발견되고 있다. 석기 유물의 재료로 사용되는 전형적인 흑요석의 화학조성은 SiO2 72~76wt%, AI2O3 Na2O 3~5讽%, K20 1 ~7wt%, FeO1 ~L8wt%, Fe203 0.5~2.6wt%, CaO 0~L2wt% 등으로 구성되어 있다(Faul and Wanger, 1971).
- 선택된 5개의 흑요석 시료는 육안으로 거의 동일하고 출토된 흑요석을 대표할 수 있는 것으로 생각되는 시료가 선택되었는데, 시료는 그 크기가 동위원소와 미량원소 분석이 가능한 크기의 1번 시료를 포함하여 총 5개 시료를 선택하였다. 주원소 동위원소 및 미량원소 분석이 가능한 암석기재학적인 연구를 위해서 시편 및 연마 박편을 제작하여 편광 및 실체현미경 관찰을 실시하였으며, 흑요석의 미세구조 및 조직을 파악하기 위하여 모델 JSM-6300 주사전자현미경 (SEM; Scanning Electron Microscope) 분석을 수행하였다.
- 연구지역은 구석기 시대의 유적 및 유물이 출토된 대구광역시 달서구 월성동 월배지구 월드메르디앙 아파트 신축 단지이며, 출토된 구석기 유물은 흑요석, 혼펠스, 규암 등의 암석으로 구성되어 있다. 유물을 구성하고 있는 암석들 중에서 흑요석은 그 산출지역이 한정되어 있을 뿐 아니라 당시의 구석기인들의 생활에 사용된 중요한 도구로서 구석기인들이 주거지를 벗어나 이동할 때에도 반드시 소지하고 다닌 것으로 생각되는 중요 물품 중의 하나이다.
- 분석조건은 가속전압 15 kV, 전자빔의 크기 5 呻, 빔 전류 20n厶를 사용하였으며, 분석치 보정은 ZAF를 이용하였다. 주사전자현미분석과 전자미세 현미 분석은 경북대학교 공동실험실 습관에서 수행되었다.
이론/모형
- 주원소 동위원소 및 미량원소 분석이 가능한 암석기재학적인 연구를 위해서 시편 및 연마 박편을 제작하여 편광 및 실체현미경 관찰을 실시하였으며, 흑요석의 미세구조 및 조직을 파악하기 위하여 모델 JSM-6300 주사전자현미경 (SEM; Scanning Electron Microscope) 분석을 수행하였다. 구성 광물의 화학분석은 모델 EPMA1600 전자미 세 현미 분석기 (EPMA; Electron Micro Probe Analyzer)을 이용하여 분석하였다. 분석조건은 가속전압 15 kV, 전자빔의 크기 5 呻, 빔 전류 20n厶를 사용하였으며, 분석치 보정은 ZAF를 이용하였다.
- 이용하였다. 연대측정은 K-Ar 방법을 적용하였으며 불활성기체 질량 분석기는 전자 충돌식 이온 발생 장치, 54 cm의 반경을 갖는 사 반구형전자석과 두 종류의 이온 검출기로 구성되어 있는 VG5400 모델을 이용하였다. 미량원소와 동위원소 분석은 기초과학지원연구소에서 수행되었다.
- 희토류를 포함한 미량원소를 분석은 Optima 4300DU 모델의 유도결합플라즈마 질량분석기 (ICP-MS; Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) 를 이용하였으며, Sr의 동위원소 분석은 다검출기 고분해능 유도결합 플라즈마 질량분석기 (Multi-collector High Resolution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)# 이용하였다. 연대측정은 K-Ar 방법을 적용하였으며 불활성기체 질량 분석기는 전자 충돌식 이온 발생 장치, 54 cm의 반경을 갖는 사 반구형전자석과 두 종류의 이온 검출기로 구성되어 있는 VG5400 모델을 이용하였다.
성능/효과
- 이에 반하여 화학적인 성질이 동일한 동위원소는 마그마의 결정분화 등 마그마 진화에 의한 변이가 발생하지않으므로 마그마의 기원지에 대해 명확한 정보를 제공하므로 월성동 흑요석 석기에 대하여 Sr 동위원소비(87 街 Sr)를 분석하였다. 분석한 Sr 동위원소비와 기존의 연구결과를 "衝Sr비와 Sm값을 기준으로 분류한 결과 흑요석의 마그마 기원지가 4가지 그룹으로 대분 되는 경향을 보이고 있다(Table 3, Fig. 7). 첫째, Sr 동위원소비는 낮으나 Sm값이 높은 백두산 흑요석, 둘째, Sr 동위원소비와 Sm값이 낮은 경남 통영연대도, 욕지도, 상노대도와 부산광역시 동삼동, 전남 여수시 송도 등으로 한반도 남부지방이 여기에 속하며 일본 규수 지역의 흑요석이 동일한 양상을 보이고 있다.
- 1. 대구광역시 달서구 월성동 흑요석 석기를 편광현미경, EPMA 및 SEM을 이용하여 구성광물과 조직을 조사한 결과 연구지역 흑요석은 마그마의 분출에 의한 급속한 냉각의 특성을 보여주는 전형적인 유리질 암석의 특성을 가지며 주목할 만한 조직이나반정광물은 관찰되지 않았다.
- 2. 월성동 흑요석은 아주 균질하고 반정이 거의 관찰되지 않았으나 결정의 크기나 발달 상태로 보아 마그마 내에서 결정이 형성되어 성장되었기 보다는 분출 도중 혹은 그 이후에 형성된 광물로 추정되는 Ulvospinel과 Pyrrhotite 미정이 관찰되었다.
- 3. 주성분을 이용하여 연구지역의 흑요석을 암석 화학적으로 분석한 결과 유문암에 속하며, Calkalkaline계열의 마그마에 분류되었다.
- 4. 희토류를 포함한 미량원소는 연구지역의 흑요석이 한반도 내의 다른 지역과 비교 할 때 절대적인 함량의 차이는 있으나 유사한 원소구성패턴을 띠고있으므로 동일한 마그마 기원 여부를 판단할 수 없었으므로 원산지를 단정할 수 없다.
- 5. Sr 동위원소 분석값은 연구지역의 흑요석 석기가 한반도 남부지역, 백두산과 일본 큐슈지방의 흑요석과는 확연한 차이를 보이고 한반도 중부지역에 가깝게 나타낸다. 연구지역 흑요석의 K-Ar 연대는 백두산의 화성활동보다 고기에 형성된 것으로 판단된다.
- 6. 연구지역 흑요석의 암석, 광물, 주 원소, 미량원소, Sr 동위원소 및 K-Ar 연대 분석 결과를 종합하면 연구지역의 흑요석은 백두산이나 일본 규수 지역과 일치하지 않으므로 한반도 내의 아직 밝혀지지 않은 흑요석 산지에서 유래하였거나 구석기인의 이동이나 교류 등으로 인해서 한반도 밖에서 들여온 것으로 사료된다.
- 셋째, Sr 동위원소비와 Sm값이 모두 높은 충북 단양군 수양개와 강원도 양구읍 상무룡리로서 한반도 중부지역에 해당한다. 넷째, Sr 동위원소비는 높으나 Sm값이 낮은 연구지역인 월성동의 흑요석 석기가 이에 해당한다. 동위원소 분석결과 연구 지역 흑요석은 지리적으로 남부지방에 근접하나 Sr 동위원소비는 중부지방과 유사한 반면 Sm 값은 남부지역에 근접하는 독특한 특성을 보여주고 있다.
- 넷째, Sr 동위원소비는 높으나 Sm값이 낮은 연구지역인 월성동의 흑요석 석기가 이에 해당한다. 동위원소 분석결과 연구 지역 흑요석은 지리적으로 남부지방에 근접하나 Sr 동위원소비는 중부지방과 유사한 반면 Sm 값은 남부지역에 근접하는 독특한 특성을 보여주고 있다. 위와 같은 동위원소의 특징은 한반도에 4가지 기원의 흑 요석이 존재하고 있응 것을 시사하고 있다.
- 주원소와 미량 원소의 분석 결과는 연구지역 흑요석의 원산지를 분류하는 것에 있어서 명확한 결과를 보여주고 있지 못하는데 반하여, 동위원소와 연대측정 분석은 연구지역 흑요석의 원산지를 규명하는데 있어서 중요한 자료로 제공하고 있다. 따라서 주 원소, 미량원소, 동위원소 및 연대 측정값을 종합하여 연구지역을 포함한 흑요석을 한반도 중부지역, 한반도 남부지역, 백두산 지역 및 연구지역으로 4가지 그룹으로 분류하여도 무방하다고 생각된다.
- 본 연구 결과에 따르면 대구광역시 달서구 월성동의 흑요석 석기는 생성 연대에 있어 백두산 화성활동 시기와 불일치하며 동위원소의 특성이 일본 큐슈지역과 일치하지 않으므로 백두산이나 일본 큐슈지역으로부터 온 것이 아닐 뿐만 아니라 한반도 중부지역의 흑요석의 원산지와도 그 특성이 다르다.
- 첫째, Sr 동위원소비는 낮으나 Sm값이 높은 백두산 흑요석, 둘째, Sr 동위원소비와 Sm값이 낮은 경남 통영연대도, 욕지도, 상노대도와 부산광역시 동삼동, 전남 여수시 송도 등으로 한반도 남부지방이 여기에 속하며 일본 규수 지역의 흑요석이 동일한 양상을 보이고 있다. 셋째, Sr 동위원소비와 Sm값이 모두 높은 충북 단양군 수양개와 강원도 양구읍 상무룡리로서 한반도 중부지역에 해당한다. 넷째, Sr 동위원소비는 높으나 Sm값이 낮은 연구지역인 월성동의 흑요석 석기가 이에 해당한다.
- 암석 기재 학적인 연구 결과 월성동 흑요석은 아주 균질하고 반정이 거의 관찰되지 않았으나 편광현미경 하에서 관찰된 미세한 불투명 광물에 대하여 EPMA 분석을 수행한 결과 Ulvospinel과 Pyrrhotite로 밝혀졌다. 이들 불투명광물들은 결정의 크기나 발달 상태로 보아 마그마 내에서 결정이 형성되어 성장되었기보다는 분줄 도중 혹은 그 이후에 강한 결정화 성향으로 인하여 crystallite, microlite 등의 광물의 형태 또는 비정질과 결정질 사이의 단계의 embryonic 결정으로 추정된다.
- 월성동 흑요석 석기의 주 원소 함량을 분석한 결과 (Table 1), 월성동 흑요석 석기는 전형적인 흑요석 의주 원소 함량을 가지며 분석된 4개의 흑요석 석기 의주 원소 함량도 동일한 것으로 미루어 동일기원의 원산지에서 유래된 파편들인 것을 시사하고 있다. 주 원소 중에서 가장 많은 부분을 구성하고 있는 S* i(의함량이 74 wt% 이상으로 규장질(企Isic) 암석 계열에 속하며, 일반적으로 관찰되는 흑요석의 SiO2 함량인 72~76wt%인 것에 잘 부합한다.
- 7). 첫째, Sr 동위원소비는 낮으나 Sm값이 높은 백두산 흑요석, 둘째, Sr 동위원소비와 Sm값이 낮은 경남 통영연대도, 욕지도, 상노대도와 부산광역시 동삼동, 전남 여수시 송도 등으로 한반도 남부지방이 여기에 속하며 일본 규수 지역의 흑요석이 동일한 양상을 보이고 있다. 셋째, Sr 동위원소비와 Sm값이 모두 높은 충북 단양군 수양개와 강원도 양구읍 상무룡리로서 한반도 중부지역에 해당한다.
- 편광현미경, EPMA 및 SEM을 이용하여 구성 광물의 동정 및 조직분석을 수행한 결과 월성동 흑요석은 마그마의 분출에 의한 급속한 냉각의 특성을 보여주는 전형적인 유리질 암석의 특성을 보여 주었다 (Fig. 3A). 특징적인 조직이나 반정광물은 관찰되지 않았으며 대체로 아주 균질한 유리질로 구성되어 있다.
- 구성광물 혹은 조직에 있어 원산지를 규명하는 요소가 될 수 있는 특성은 관찰되지 않았다. 흑요석 석기의 암석 화학적인 특성 분석 결과는 연구지역의 흑요석의 주 원소 함량이 한반도 중부지역, 한반도 남부지역, 백두산과 일본 큐슈지방의 흑요석 성분과 유사하였다. 주 원소의 함량은 동일한 마그마 기원이 아니더라도 결정분화 등의 마그마의 진화 과정의 특성에 따라 유사한 주성분의 암석이 생성될 수 있으므로 주 원소의 동일한 양상이 반드시 동일한 원산지를 지시하지는 않는다.
후속연구
- 연구지역의 흑요석을 비롯하여 강원도 양구읍 상무룡리와 충북 단양군 수양개에서 출토된 흑요석 석기들은 주 원소와 미량원소는 백두산 흑요석과 유사하나 동위원소 혹은 형성연대가 일치하지 않으므로 그 기원이 동일하다고 주장하기에는 무리가 따른다. 구성 암석이 현무암에서 조면암에 이르는 다양성을 지니는 백두산의 흑요석에 대한 연구의 부족과 분석된 백두산 시료의 대표성에 대한 의문이 있으므로 백두산의 흑요석에 대한 보가 많은 연구가 진행되어야 정확한 원산지 관계를 규명할 수 있을 것으로 생각된다.
- 대부분이다. 따라서 흑요석의 원산지에 대한 보다 신뢰성 있는 연구가 도출되기 위해서는 다수의 시료를 대상으로 다양한 분석 방법을 적용해야 될 것으로 생각된다. 본 연구의 특징은 대구광역시 달서구 월성동 흑요석을 다양한 자연과학적인 연구방법을 사용하여 체계적으로 분석한 것으로 앞으로 구축될 흑요석 원산지에 대한 종합적인 데이터베이스화의 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 따라서 흑요석의 원산지에 대한 보다 신뢰성 있는 연구가 도출되기 위해서는 다수의 시료를 대상으로 다양한 분석 방법을 적용해야 될 것으로 생각된다. 본 연구의 특징은 대구광역시 달서구 월성동 흑요석을 다양한 자연과학적인 연구방법을 사용하여 체계적으로 분석한 것으로 앞으로 구축될 흑요석 원산지에 대한 종합적인 데이터베이스화의 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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