이 연구는 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하였다. 이를 위해 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산 그리고 공주 행정중심복합도시 출토 토기와 토양을 연구 대상으로 하였다. 먼저 토기의 탈염을 통해 용출되는 이온의 화학종과 용출속도를 조사한 결과, 토기의 기공크기와 흡수율에 따라 토기 내 이온유입이 달라졌다. 즉 $1,000^{\circ}C$ 이상의 고온 소성된 토기는 기공이 작고 흡수율이 낮아 매장환경의 염 유입 현상이 거의 일어나지 않았다. 그러나 $800^{\circ}C$ 이하의 저온 소성된 토기는 기공이 크고 흡수율이 높아 다량의 염이 유입되어 증류수 탈염을 통해 염을 제거하였다. 탈염 2일 만에 40~60%의 염이 제거되었고 탈염 1주일 만에 60~80%의 염이 제거되었다. 또한 토양에 포화되어 있는 이온은 대부분 토기에도 동일한 비율로 존재하고 $K_2SO_4$와 같이 토양에 잔존하는 비료의 성분도 검출되었다. 그러나 모래 함량이 상당히 높은 사질 토양시료에서는 함유 이온량이 적어 토기에 유입되는 이온의 영향이 비교적 적었고 미사 및 점토 함량이 높은 토양에 매장되었던 토기는 유입되는 이온함량이 높았다. 그러나 저온소성된 토기에서는 다량 유입된 염에 의한 손상이 우려되므로 세척 이외의 탈염을 통한 염 제거가 필요하며 그 기간은 토기의 상태에 따라 달라질 수 있을 것으로 생각된다.
이 연구는 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하였다. 이를 위해 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산 그리고 공주 행정중심복합도시 출토 토기와 토양을 연구 대상으로 하였다. 먼저 토기의 탈염을 통해 용출되는 이온의 화학종과 용출속도를 조사한 결과, 토기의 기공크기와 흡수율에 따라 토기 내 이온유입이 달라졌다. 즉 $1,000^{\circ}C$ 이상의 고온 소성된 토기는 기공이 작고 흡수율이 낮아 매장환경의 염 유입 현상이 거의 일어나지 않았다. 그러나 $800^{\circ}C$ 이하의 저온 소성된 토기는 기공이 크고 흡수율이 높아 다량의 염이 유입되어 증류수 탈염을 통해 염을 제거하였다. 탈염 2일 만에 40~60%의 염이 제거되었고 탈염 1주일 만에 60~80%의 염이 제거되었다. 또한 토양에 포화되어 있는 이온은 대부분 토기에도 동일한 비율로 존재하고 $K_2SO_4$와 같이 토양에 잔존하는 비료의 성분도 검출되었다. 그러나 모래 함량이 상당히 높은 사질 토양시료에서는 함유 이온량이 적어 토기에 유입되는 이온의 영향이 비교적 적었고 미사 및 점토 함량이 높은 토양에 매장되었던 토기는 유입되는 이온함량이 높았다. 그러나 저온소성된 토기에서는 다량 유입된 염에 의한 손상이 우려되므로 세척 이외의 탈염을 통한 염 제거가 필요하며 그 기간은 토기의 상태에 따라 달라질 수 있을 것으로 생각된다.
This study investigated potential damages and conservation methods for the ceramics (without glaze) by examination of physical and chemical effects from the burial environments. For this study, pottery samples excavated from Daejeon Hakha, Asan Eumbong, Hwasung Sogeunsan and Kongju Haengbokdosi were...
This study investigated potential damages and conservation methods for the ceramics (without glaze) by examination of physical and chemical effects from the burial environments. For this study, pottery samples excavated from Daejeon Hakha, Asan Eumbong, Hwasung Sogeunsan and Kongju Haengbokdosi were examined with released ions and extraction through desalination. The result showed that the ion inflow into the ceramics was dependent upon the porosity and the absorption of ceramics. The high temperature fired ceramics (over $1,000^{\circ}C$) have low porosity and absorption, therefore almost no salt infiltration during the burial period. However, low temperature fired ceramics (under $800^{\circ}C$) have high porosity and absorption, and most of salts were removed during the desalination. The 40 to 60% of salts were removed in two days and 60 to 80% of slats were released in a week. Furthermore, fertilizer residues such as $K_2SO_4$, in soils were detected in the ceramcis. Also the characteristics of buried soil affected ion infiltration into ceramics. Ceramics buried in sandy soil had relatively less ion contents from buried environments than those in clayey soil. Therefore, low temperature fired ceramics could do not only cleaning but also desalination if it is necessary, and the period could be decided to the condition of ceramics.
This study investigated potential damages and conservation methods for the ceramics (without glaze) by examination of physical and chemical effects from the burial environments. For this study, pottery samples excavated from Daejeon Hakha, Asan Eumbong, Hwasung Sogeunsan and Kongju Haengbokdosi were examined with released ions and extraction through desalination. The result showed that the ion inflow into the ceramics was dependent upon the porosity and the absorption of ceramics. The high temperature fired ceramics (over $1,000^{\circ}C$) have low porosity and absorption, therefore almost no salt infiltration during the burial period. However, low temperature fired ceramics (under $800^{\circ}C$) have high porosity and absorption, and most of salts were removed during the desalination. The 40 to 60% of salts were removed in two days and 60 to 80% of slats were released in a week. Furthermore, fertilizer residues such as $K_2SO_4$, in soils were detected in the ceramcis. Also the characteristics of buried soil affected ion infiltration into ceramics. Ceramics buried in sandy soil had relatively less ion contents from buried environments than those in clayey soil. Therefore, low temperature fired ceramics could do not only cleaning but also desalination if it is necessary, and the period could be decided to the condition of ceramics.
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문제 정의
이 연구는 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하였다. 이를 위해 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산 그리고 공주 행복도시 출토 토기와 토양을 연구 대상으로 하여 토기탈염을 통해 용출되는 이온의 화학종과 용출량을 조사하였다.
이 연구에서는 매장환경이 토기에 미치는 물리화학적 영향을 조사하였다. 특히 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경에서 유입되는 염의 차이와 토기 내 염 제거를 위한 보존처리의 필요성을 검토하였다.
이 연구에서는 매장환경이 토기에 미치는 물리화학적 영향을 조사하였다. 특히 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경에서 유입되는 염의 차이와 토기 내 염 제거를 위한 보존처리의 필요성을 검토하였다.
제안 방법
각 출토지 토양 시료의 토양 pH 및 탈염용액의 전기전도도와 이온 농도를 측정하였다. 또한 2㎜ 이하의 시료는 레이저 입도 분석기(Malvern, Mastersizer 2000S, UK)로 모래(sand), 미사(silt), 점토(clay) 함량을 분석하였다7,8.
각 출토지 토양 시료의 토양 pH 및 탈염용액의 전기전도도와 이온 농도를 측정하였다. 또한 2㎜ 이하의 시료는 레이저 입도 분석기(Malvern, Mastersizer 2000S, UK)로 모래(sand), 미사(silt), 점토(clay) 함량을 분석하였다7,8. 또한 토양을 구성하는 점토광물 동정을 위해 정방위 및 부정 방위 분석법으로 X-선 회절분석(X-ray diffractiometer; Mac Science M18XAHF22, Japan)을 수행하였다.
또한 2㎜ 이하의 시료는 레이저 입도 분석기(Malvern, Mastersizer 2000S, UK)로 모래(sand), 미사(silt), 점토(clay) 함량을 분석하였다7,8. 또한 토양을 구성하는 점토광물 동정을 위해 정방위 및 부정 방위 분석법으로 X-선 회절분석(X-ray diffractiometer; Mac Science M18XAHF22, Japan)을 수행하였다.
이 연구는 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하였다. 이를 위해 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산 그리고 공주 행복도시 출토 토기와 토양을 연구 대상으로 하여 토기탈염을 통해 용출되는 이온의 화학종과 용출량을 조사하였다. 대부분의 토기에서는 4주 동안 50~160 S/㎝의 이온이 용출되었는데 경질토기와 도자기에서는 1~2 S/㎝의 용출량을 보여 토양 내 이온 유입이 매우 미미하였다.
대상 시료는 중량의 10배에 해당하는 증류수에 침적하였고 물 교체 없이 4주간 탈염하였다. 일주일에 3회씩 탈염 용액을 채취하여 전기전도도(Conductivity meter; Thermo Scientific Orion 4star, USA)와 이온 농도(Ion chromatography; Dionex ICS-3000, USA)를 분석하였다.
출토 토기에 유입된 염의 종류를 조사하기 위해 대상 시료를 4주간 증류수에 침적하여 용출되는 이온을 조사하였다. 대상 시료는 중량의 10배에 해당하는 증류수에 침적하였고 물 교체 없이 4주간 탈염하였다.
토기와 토양에서 용출된 이온량과 화학종은 Table 2와 Figure 3에 기재하였다. 토양은 24시간 교반 후 원심분리를 통해 용출된 이온 농도를 측정하였고 토기는 각 시료 무게의 10배의 증류수에 침적하여 1주일 후에 용출된 이온 농도를 측정하였다. 그 결과 출토 지역별 토기와 토양에서 용출된 이온량과 화학종은 유사한 경향을 보였다.
대상 데이터
각 출토지별 토기와 토양을 대상 시료로 선정했으며 각 재질별 차이를 비교하기 위해 연질·경질 토기 및 도자기를 시료에 포함하였다.
이 연구에서는 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산, 공주 행정중심복합도시(이하 행복도시)에서 출토된 토기 잔편과 토양을 대상 시료로 선정하였다(Figure 1, Table 1). D1~3은 대전 학하 4지구에서 출토된 토기(D1, D2)와 도자기(D3)이고 DS는 함께 출토된 토양시료이다.
일반적으로 토양의 pH는 포화되어 있는 화학종에 따라 달라지는데, Ca2+, SO42 의 농도가 높은 토양일수록 낮은 pH를, Na+ 등의 농도가 높은 토양일수록 높은 pH를 갖게 된다10. 이 연구의 토양 시료는 대부분 약 pH 4의 산성으로 토양에 포화된 이온은 주로 K+ , SO42-이다. 반면 행복도시 출토 토양은 Na+, SO42-, Cl- 등으로 구성되어 있어 pH가 비교적 높아진 것으로 생각되지만 점토 함량이 매우 낮아 토양에 함유된 이온량도 적다.
이론/모형
출토 토기의 광물 및 화학 조성은 X-선 회절분석(X-ray diffractiometer; PANanalytical Empyrean, Netherlands; Cu-K , 45kV, 40mA)과 X-선 형광분석(X-ray Fluorescence Spectrometer; Philips Magic X, Netherland)을 통해 측정하였고 물리적 특성은 수은주입식 기공도 측정기(Mercury Intrusion Porosimeter; Micrometrics Autopore Ⅳ, U.S.A.)와 KS L 4008에 따른 흡수율 및 비중 측정법을 이용하였다.
성능/효과
Table 4와 Figure 8은 토양과 토기의 주성분 분석결과로서 Nockolds (1954)15의 화강암 조성을 기준으로 표준화하여 도시하였다. 각 지역의 토기와 토양은 유사한 지구화학적 진화경향을 보여 재질적 동질성을 보였다. 다만 학하 지구 출토 토기는 토양에 비해 Mn 의 용탈, Ca과 Na의 부화 현상을 보이고 있다.
토양은 24시간 교반 후 원심분리를 통해 용출된 이온 농도를 측정하였고 토기는 각 시료 무게의 10배의 증류수에 침적하여 1주일 후에 용출된 이온 농도를 측정하였다. 그 결과 출토 지역별 토기와 토양에서 용출된 이온량과 화학종은 유사한 경향을 보였다. 즉 대전 학하지구와 아산 음봉 출토 토기와 토양 시료들은 대체로 K+, Ca2+, SO42-의 농도가 높게 나타났고 용출된 화학종은 그 함량과 분포에서 거의 유사한 거동특성을 보였다.
이들은 탈염 2일 만에 40~60%의 염이 제거되었고 탈염 1주일 만에 60~80%의 염이 제거되었다. 또한 토양에 포화된 이온은 대부분 토기에도 동일한 화학종과 함량으로 포화되었고 K2SO4와 같이 토양에 잔존하는 비료의 성분도 검출되었다. 화성 소근산 유적과 공주 행복도시 출토 토양은 모래함량이 높은 사질토양으로 점토 함량이 매우 적어 토양에서 유입된 이온량도 적었다.
특히 점토질 토양에 매장되어 있던 토기일수록 유입되는 염류가 많으므로 보존관리에 주의가 필요하다. 실험에서는 2일 간의 탈염으로 40~60%의 염이 제거되고 1주일간의 탈염으로 60~80%의 염이 제거되었다. 경질토기를 제외한 출토 토기에서는 그 상태를 고려하여 적정기간의 탈염이 필요할 것으로 생각된다.
다만 학하 지구 출토 토기는 토양에 비해 Mn 의 용탈, Ca과 Na의 부화 현상을 보이고 있다. 아산 탕정 출토 토기는 토양에 비해 P2O5의 농집 현상을, 화성 소근산 출토 토기는 Mn과 P2O5의 용탈 현상을 보였다. 특히 행복도시 출토 토기는 토양에 비해 P2O5의 농집이 관찰되는데 매장 후 토양환경에서 인이 유입된 것으로 볼 수 있다16.
연구 결과, 대체로 토기는 매장기간 동안 토양환경의 영향을 많이 받고 있으며 토양으로부터 다양한 이온들이 유입되었던 것으로 생각된다. 특히 대부분의 토양에서 높은 용출량을 보인 K+ , SO42-은 일반적으로 토양에 많이 사용되는 비료의 성분으로 널리 알려져 있다.
그 결과 출토 지역별 토기와 토양에서 용출된 이온량과 화학종은 유사한 경향을 보였다. 즉 대전 학하지구와 아산 음봉 출토 토기와 토양 시료들은 대체로 K+, Ca2+, SO42-의 농도가 높게 나타났고 용출된 화학종은 그 함량과 분포에서 거의 유사한 거동특성을 보였다. 반면 화성 소근산과 공주 행복도시 출토 토양은 매우 낮은 이온 용출량을 보이는데 토양 입도와 광물조성 차이에 기인한 것으로 생각된다.
토기에 함유된 이온의 용출량과 용출속도는 각 토기의 흡수율 및 기공률과 깊은 관계를 보였다. 즉 토기 D1, D2, A1, H1은 약 21%의 흡수율과 약 36%의 기공률을 가지고 있는데 H1을 제외한 시료의 염 용출량은 총 100 S/㎝ 이상으로 4주에 걸쳐 서서히 용출되었다. Figure 4는 염 용출량이 높은 토기시료의 기공크기 분포도로 4점의 토기는 주로 100~2,000nm의 기공분포를 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
출토 토기의 손상은 크게 어떻게 나누어 지는가?
출토 토기의 손상은 크게 물리적, 화학적 원인으로 나누어 볼 수 있다1,2. 물리적 손상원인으로는 먼저 토기 제작상의 결함과 토압․식물뿌리 등에 의한 손상이 있다.
물리적으로 손상된 토기는 일반적으로 어떤 과정을 거쳐 보존처리 되는가?
물리적으로 손상된 토기는 일반적으로 세척, 건조, 강화 처리 등의 과정을 거쳐 보존처리 된다3,4. 그러나 화학적으로 손상된 토기는 손상상태와 원인에 따라 보존처리의 방법도 달라지게 된다.
토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하기 위해 어디를 연구 대상으로 하여 조사하였는가?
이 연구는 토기 재질과 토양 특성에 따라 매장환경이 출토 토기에 미치는 물리화학적 영향을 연구하였다. 이를 위해 대전 학하, 아산 음봉, 화성 소근산 그리고 공주 행복도시 출토 토기와 토양을 연구 대상으로 하여 토기탈염을 통해 용출되는 이온의 화학종과 용출량을 조사하였다. 대부분의 토기에서는 4주 동안 50~160 S/㎝의 이온이 용출되었는데 경질토기와 도자기에서는 1~2 S/㎝의 용출량을 보여 토양 내 이온 유입이 매우 미미하였다.
참고문헌 (19)
위광철, "출토 토기유물의 현장 수습방법에 관한 연구". 문화사학, 27, p1115-1127, (2007).
위광철, "출토 연질토기의 손상원인 및 강화처리에 관한 연구". 문화사학, 31, p25-37, (2009).
Nockolds, S.R., "Average chemical compositions of some igneous rocks". Geological Society of American Bulletin, 65, p1007-1032, (1954).
Freestone, I.C., Meeks, N.D. and Middleton, A.P., "Retention of phosphate in buried ceramics: An electron microbeam approach". Archaeometry, 27, p161-177, (1985).
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