암석의 풍화과정 및 도자기 제조과정에 따른 희토류원소 분포도의 변화: 토양화학 및 고고학적 응용을 위한 기초연구 Variation of Rare Earth Element Patterns during Rock Weathering and Ceramic Processes: A Preliminary Study for Application in Soil Chemistry and Archaeology원문보기
지표지질의 지구화학적 변화 추적과 고고학 유물의 원료(점토질 토양)의 기원지를 밝혀내기 위한 도구로서의 희토류원소의 역할을 확인하고자 하였다. 실험용 지질시료로는 화강암과 편마암 그리고 이들로부터의 화학적 풍화과정을 거친 풍화암과 풍화토양을 선택하여 이들의 화학조성변화를 비교하였고, 고고학적 응용을 위한 시료로는 점토질 토양과 이를 이용하여 제조한 토기 및 도기를 채취하여 이들의 화학조성변화를 비교하였다. 연구결과에 의하면, 일반적인 화학조성간의 상대적인 비교로는 암석-풍화암-토양 혹은 점토질 토양-토기-도기로의 변화에 따른 지구화학적 특성변화의 상관성이 없는 반면에 PAAS(Post Archean Australian Shale)로 규격화한 희토류원소 분포도는 거의 동일한 양상을 띄었다. 이는 희토류원소의 분포도가 다른 지구화학적 연구기법에 기법에 비해 퇴적물의 기원물질 혹은 고고학적 유물의 재료를 밝혀내는데 더 유용함을 지시해준다고 볼 수 있다.
지표지질의 지구화학적 변화 추적과 고고학 유물의 원료(점토질 토양)의 기원지를 밝혀내기 위한 도구로서의 희토류원소의 역할을 확인하고자 하였다. 실험용 지질시료로는 화강암과 편마암 그리고 이들로부터의 화학적 풍화과정을 거친 풍화암과 풍화토양을 선택하여 이들의 화학조성변화를 비교하였고, 고고학적 응용을 위한 시료로는 점토질 토양과 이를 이용하여 제조한 토기 및 도기를 채취하여 이들의 화학조성변화를 비교하였다. 연구결과에 의하면, 일반적인 화학조성간의 상대적인 비교로는 암석-풍화암-토양 혹은 점토질 토양-토기-도기로의 변화에 따른 지구화학적 특성변화의 상관성이 없는 반면에 PAAS(Post Archean Australian Shale)로 규격화한 희토류원소 분포도는 거의 동일한 양상을 띄었다. 이는 희토류원소의 분포도가 다른 지구화학적 연구기법에 기법에 비해 퇴적물의 기원물질 혹은 고고학적 유물의 재료를 밝혀내는데 더 유용함을 지시해준다고 볼 수 있다.
On the basis of chemical composition of granite, gneiss and their weathering products, in this paper, rare earth elements (REEs) was estimated as tracer for clarifying a geochemical variance of earth surface material during weathering process. The chemical composition of clay, clay ware and pottery ...
On the basis of chemical composition of granite, gneiss and their weathering products, in this paper, rare earth elements (REEs) was estimated as tracer for clarifying a geochemical variance of earth surface material during weathering process. The chemical composition of clay, clay ware and pottery also were measured for testifying usefulness of REE geochemistry in clarifying the source material of pottery. It was observed that there was no systematic variation of chemical composition among source rock, weathered rock and soil during weathering process. The chemical composition of clay, clay ware and pottery also did not show systematic variation by baking pottery. However, PAAS (Post Archean Australian Shale)-normalized REE patterns of rock-weathered rock-soil and clay-clay ware-pottery are similar regardless of weathering process or ceramic art. Our results confirm that REE geochemistry is powerful tool for clarifying the source materials of surface sediment or archaeological ceramic products.
On the basis of chemical composition of granite, gneiss and their weathering products, in this paper, rare earth elements (REEs) was estimated as tracer for clarifying a geochemical variance of earth surface material during weathering process. The chemical composition of clay, clay ware and pottery also were measured for testifying usefulness of REE geochemistry in clarifying the source material of pottery. It was observed that there was no systematic variation of chemical composition among source rock, weathered rock and soil during weathering process. The chemical composition of clay, clay ware and pottery also did not show systematic variation by baking pottery. However, PAAS (Post Archean Australian Shale)-normalized REE patterns of rock-weathered rock-soil and clay-clay ware-pottery are similar regardless of weathering process or ceramic art. Our results confirm that REE geochemistry is powerful tool for clarifying the source materials of surface sediment or archaeological ceramic products.
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문제 정의
연구 결과는 아직 없다. 따라서 이 연구에서는 암석으로부터 토양으로 변해가는 각 단계에서의 희토류원소 분포도의 변화를 검토하고, 아울러 점토질 토양과 이를 이용하여 만든 토기 그리고 유약을 바른 후가 마에서 구워낸 완성된 도자기에서의 희토류원소 분포도 변화를 관찰함으로써, 향후 희토류원소 지구화학의 연구방법이 국내의 지질학 연구 분야 뿐만 아니라 토양학 및 농학 그리고 고고학의 영역에 까지 넓힐 수 있는 근거를 확보하고자 한다.
맨틀의 분화과정 혹은 지각과 이를 구성하는 암석들의 분화과정을 설명하는데 주로 사용되어온 희토류원소의 분포도 특성을 지표지질물질의 지구화학적 풍화 과정에 따른 퇴적물의 근원암 규명 혹은 도자기의 원재료 즉 토양생성지를 밝혀내는 고고학적 응용에 활용할 수 있는 근거를 마련하고자 하였다. 연구 방법으로는 화강암과 편마암 시료의 풍화과정에 따른 풍화 암과 토양에서의 주성분 변화와 희토류원소를 포함하는 미량원소 조성변화를 살펴보았다.
변성암은 강원도 임원 주변의 우백질 화강편마암 내에 포획되어 있는 흑운모 편마암과 이로부터 풍화되어 토양화된 시료를 택하였다(IWGn). 이 연구에서의 시료지역 선택은 화강암, 편마암 모두 현재 도로 공사가 진행되고 있는 지역 중 풍화의 진행이 빠르게 진행되고 있는 지역의 시료를 택하고자 하였다. 하지만 편마암의 경우, 풍화도가 너무 빨리 진행된 관계로 신선한 암석과 토양화된 편마암토양시료와의 중간인 풍화암석을 수집하지 못하였다.
가설 설정
금번 연구에 사용된 도자기의 생산지는 경기도 이천지역이다. 따라서, 토기, 도자기 그리고 이들을 구운 점토토양이 이천지역에 분포하는 암석들로부터 유래되었을 것이라는 가정 하에 이천지역의 대표적인 화강암(ICH11)과 편마암 시료 (ICH7)을 각각 기준으로 설정한 후 규격화하여 Fig. 7 및 8과 같이 도시하였다. 이 중 Fig.
제안 방법
따라서 이 연구에서는, Lee et al.(2008)이 보고한 자료를 토대로, 추가로 암석의 토양화 과정에 따른 희토류원소의 분포도 변화를 살펴보기 위해서, 화강암의 경우 월악산 화강암체중 도로개설공사로 인해 절단된 부분에서의 풍화가 전혀 진행되지 않은 암석과, 풍화가 이미 상당히 진행되어 손으로도 부숴지는 풍화 암석, 그리고 이미 토양으로 변한 부분을 채취하였다 (WAWR13). 변성암은 강원도 임원 주변의 우백질 화강편마암 내에 포획되어 있는 흑운모 편마암과 이로부터 풍화되어 토양화된 시료를 택하였다(IWGn).
따라서 이 토양과의 비교를 위해 지질자원연구원 주변의 화강암에 대한 희토류원소 분포도를 비교자료로 활용하였다. 그리고 고고학적 활용 가능성을 검토하기 위해서 도자기를 굽는 과정에 있어서의 점토질 토양, 유약을 바르기 전에 건조시킨 토기 및 유약을 칠한 후구워서 완성된 도자기 등 3단계로 구분된 시료를 택하였다 (Table 1 참조).
최근 이승구와 염승준(2008)은 대전지역에 떨어진 황사의 희토류원소 분포도를 보고하면서, 대전 한국지질자원연구원 주변의 토양에서의 희토류원소 분포도를 보고한 바 있다. 따라서 이 토양과의 비교를 위해 지질자원연구원 주변의 화강암에 대한 희토류원소 분포도를 비교자료로 활용하였다. 그리고 고고학적 활용 가능성을 검토하기 위해서 도자기를 굽는 과정에 있어서의 점토질 토양, 유약을 바르기 전에 건조시킨 토기 및 유약을 칠한 후구워서 완성된 도자기 등 3단계로 구분된 시료를 택하였다 (Table 1 참조).
연구 방법으로는 화강암과 편마암 시료의 풍화과정에 따른 풍화 암과 토양에서의 주성분 변화와 희토류원소를 포함하는 미량원소 조성변화를 살펴보았다. 연구결과, 풍화가 전혀 진행되지 않은 신선한 암석의 화학조성은 풍화가 진행되면서 현저하게 변하고 있음을 확인할 수가 있었다.
대상 데이터
7과 8은 도자기 제조에 실제로 사용된 점토, 토기 및 도자기에서의 주성분 조성과 희토류원소 조성을 토대로 토기 혹은 도자기의 근원물질을 추적해 갈 수 있는지를 검토하기위한 도면이다. 금번 연구에 사용된 도자기의 생산지는 경기도 이천지역이다. 따라서, 토기, 도자기 그리고 이들을 구운 점토토양이 이천지역에 분포하는 암석들로부터 유래되었을 것이라는 가정 하에 이천지역의 대표적인 화강암(ICH11)과 편마암 시료 (ICH7)을 각각 기준으로 설정한 후 규격화하여 Fig.
채취된 암석, 토양시료 그리고 도자기의 주성분 원소는 한국지질자원연구원의 XRF(Shimadzu MXF-2300), 희토류원소와 미량원소는 ICP-MS(Elan 6100, Perkin-Elmer Ltd.)를 이용하여 분석하였다. 주성분의 분석오차는 3% 이내이고 미량원소와 희토류원소의 경우 분석오차는 모두 10% 이내인 것으로 판단된다.
성능/효과
연구 방법으로는 화강암과 편마암 시료의 풍화과정에 따른 풍화 암과 토양에서의 주성분 변화와 희토류원소를 포함하는 미량원소 조성변화를 살펴보았다. 연구결과, 풍화가 전혀 진행되지 않은 신선한 암석의 화학조성은 풍화가 진행되면서 현저하게 변하고 있음을 확인할 수가 있었다. 반면에 희토류원소 분포도는 풍화의 진행도와 관계없이 비교적 일정한 양상을 갖고 있으며, 특히 도자기를 굽는데 사용된 점토 토양과 완성된 토기 및 도자기의 희토류원소 분포도 양상이 Eu의 이상의 크기를 제외하면 거의 일정하였다.
주성분을 보면, 화강암(WAWR13)의 경우, 암석-풍화암-토양으로 가면서 SiQ는 감소하고 Al2O3, Fe2O3 등은 증가하는 경향을 보이지만, 그 변화가 분석 오차(3%) 내에 포함되므로 특별한 의미를 부여하는 것은 무리라고 판단된다. 점토-토기-도자기의 주성분을 분석결과를 보면, 암석-풍화암-토양에 비해 SiO2, ALO, , CaO의 변화가 비교적 현저하다. 희토류원소를 포함한 미량원소 함량 또한 암석-풍화암-토양에 비해 점토-토기-도자기의 경우가 현저하게 변화하고 있다.
후속연구
이는 희토류원소가 거의 유사하면서 일정한 원자 반경 변화 및 동일한 물리화학적 특성을 갖고 있다는 점을 고려하면, 금번 연구에 사용된 점토의 기원물질은 화강암일 가능성이 크다고 본다. 그러나 실제로 도자기의 원료로 쓰인 점토의 기원물질이 화강암인지 혹은 편마암인지 아니면 두 암상의 혼합물인지에 대한 결론은 Nd, Pb 동위원소비와 같은 방사성 동위원소비의 지구화학적 연구기법을 함께 적용할 경우보다 더 객관적이고 타당성 있게 유추해 낼 수 있을 것이다.
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