[논문]한반도 납광산의 납동위원소비를 이용한 청동 원료의 산지추정 - 청해진 출토 청동기를 중심으로 -

황진주; 김소진; 한우림; 한민수

doi:10.9727/jmsk.2014.27.4.263

한반도 납광산의 납동위원소비를 이용한 청동 원료의 산지추정 - 청해진 출토 청동기를 중심으로 -
Provenance Study on Lead Isotope of the Bronze Using a Korea Peninsula Lead Isotope Data - Focused on Bronze Relics Excavated from Cheonghaejin - 원문보기

韓國鑛物學會誌 = Journal of the Mineralogical Society of Korea, v.27 no.4, 2014년, pp.263 - 270

황진주 (국립문화재연구소 보존과학연구실) , 김소진 (국립문화재연구소 보존과학연구실) , 한우림 (국립문화재연구소 보존과학연구실) , 한민수 (국립문화재연구소 보존과학연구실)

초록
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본 연구는 국내 방연석 광산의 방연석에 대한 납동위원소비 분석 자료를 응용하여 청해진에서 출토되는 청동기에 사용된 납 원료의 산지를 알아보고자 하였다. 또한 부산물로 산출되는 미량원소의 종류와 함량이 산지추정의 보조지표로 이용할 수 있는지의 가능성도 검토하고자 하였다. 장도 청해진에서 출토된 청동기의 납동위원소비를 기존에 일본에서 사용하던 동북아시아 납동위원소비 분포도에 적용하면, 청해진 출토 청동기는 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 그러나 이를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 대상시료 대부분이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴 지역의 방연석을 사용한 것으로 추정되었다. 또한 미량원소 중에서 은(Ag)이나 안티몬(Sb)의 함량은 동일 지역(zone)의 납동위원소비가 비슷한 서로 다른 광상을 분리하는데 유용한 보조지표로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper was researched that provenance of the raw material for bronze relics excavated Cheonghaejin using the distribution of lead isotope ratio based on galena ores of South Korea. Also we want to make sure that the trace elements appearing as a by-product can be used as a secondary indicator for provenance research. In the case of the galena map of the East-North Asia (Mabuchi, 1985), data are plotted in China area. Therefore it is estimated that most bronzes were produced with lead ore from China. On the other hand, the same data are plotted in the Okcheon Metamorphic Belt and Yeongnam Massif of the galena map of South Korea (KOPLID, 2012). Also the contents of Ag and Sb are available as indicator due to separate ores from similar zone in lead isotope ratio.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

납동위원소비 분석과 함께 주성분과 미량성분의 함량을 검토하는 것은 우리나라에서 방연석 광산의 산출상태가 금⋅은⋅동⋅연⋅아연의 열수 광상 맥상체나 교대광상, 열극 충진, 접촉교대, 스카른 (남구)광상 등 매우 다양하게 나타나며(National Research Institute of Cultural Heritage, 2011), 수반광물인 금⋅은 뿐만 아니라 황화광물의 형태로 산출되기 때문이다. 따라서 섬아연석(ZnS)이나 황 철석(FeS₂O)에 존재하는 철(Fe)이나 아연(Zn)의 함량도 파악하여 그 상관성을 파악하고자 하였다. 또한 청동의 주재료인 구리(Cu)-주석(Sn)-납(Pb)의 성분함량을 확인하고 우리나라 동광석의 산출상태¹⁾ 및 이들 성인에 대한 것을 고려한 분류 인자 (factor)를 찾아가기 위한 것이다.
따라서 섬아연석(ZnS)이나 황 철석(FeS₂O)에 존재하는 철(Fe)이나 아연(Zn)의 함량도 파악하여 그 상관성을 파악하고자 하였다. 또한 청동의 주재료인 구리(Cu)-주석(Sn)-납(Pb)의 성분함량을 확인하고 우리나라 동광석의 산출상태¹⁾ 및 이들 성인에 대한 것을 고려한 분류 인자 (factor)를 찾아가기 위한 것이다. 일례로 우리나라에는 해남(Korea Resource Corporation, 1981)이나 태백산광화대의 제2연화나 신예미, 울진광상(Choi et al.
본 연구의 목적은 장도 청해진 유적에서 출토된 청동기에 대한 납동위원소비와 주요성분 및 미량 성분을 분석하여 통일신라 말기 청동유물의 원료의 특성과 산지를 추정하는데 있다.

제안 방법

대상 시료의 분석은 유도결합플라스마발광분석기(Inductively coupled plasma emission spectrometry : ICP-AES, Seiko-SPS 1500R, Japan)를 사용하여 시료에 포함된 10개(Cu, Sn, Pb, Zn, Ag, Ni, Co, As, Sb, Fe)의 성분원소를 분석하였다. 각 시료를 5회 분석하여 편차가 큰 2개 값을 제외한 3개 값을 평균하여 정량하였고, 표준샘플(UE13-1 및 UE52-2 : Center Technique des Industries de la Fonderie, France)을 같이 분석하여, 그 값으로 보정하여 주었다.
Pb), 이 동위원소의 비율은 지구가 형성되었을 때부터 정해져 있으나, U과 Th의 방사성 붕괴로 인해 납동위원소의 조성은 변화하게 된다. 납동위원소 중 ²⁰⁴Pb는 방사성 붕괴에 의해 생성되지 않고 그 값의 변화가 없는 안정 동위원소이며 ²⁰⁶Pb는 ²³⁸U, ²⁰⁷Pb는 ²³⁵U, 그리고 ²⁰⁸Pb는 ²³²Th의 방사성 붕괴에 의해 생성된 것으로써 이들은 기존의 ²⁰⁴Pb와 혼합되어 특정한 납동위원소비를 갖는 방연석을 형성하게 된다. 방연석은 분석하기 충분한 양을 함유하고 있으며 U/Th의 비가 거의 0에 가까워 근원을 추적하는데 매우 용이하다(Chung and Park, 2006).
표준용액은 원자흡광용 표준원액(1,000 ppm, BDH spectrosol)을 사용하여 묽혔는데, 분석시료의 매트릭스와 맞춰주기 위해 왕수(HCl + HNO₃)를 1 ml 첨가하여 주었다. 대상 시료의 분석은 유도결합플라스마발광분석기(Inductively coupled plasma emission spectrometry : ICP-AES, Seiko-SPS 1500R, Japan)를 사용하여 시료에 포함된 10개(Cu, Sn, Pb, Zn, Ag, Ni, Co, As, Sb, Fe)의 성분원소를 분석하였다. 각 시료를 5회 분석하여 편차가 큰 2개 값을 제외한 3개 값을 평균하여 정량하였고, 표준샘플(UE13-1 및 UE52-2 : Center Technique des Industries de la Fonderie, France)을 같이 분석하여, 그 값으로 보정하여 주었다.
실온에서 서서히 냉각시킨 다음 시료가 완전히 용해되었는지를 확인한 후, 50 ml 메스플라스크에 옮겨 50 g으로 만들었다. 분석값에 대한 편차를 보정해주기 위해 표준샘플(UE13-1 및 UE52-2 : Center Technique des Industries de la Fonderie, France)을 비슷한 조성비가 되도록 같은 방법으로 전처리하여 같이 분석하였다. 표준용액은 원자흡광용 표준원액(1,000 ppm, BDH spectrosol)을 사용하여 묽혔는데, 분석시료의 매트릭스와 맞춰주기 위해 왕수(HCl + HNO₃)를 1 ml 첨가하여 주었다.
분리된 Pb는 실리카겔과 1M의 H₃PO₄ 혼합용액을 사용하여 Re single filament에 얹어 분석하였다. 질량분별효과를 줄이기 위해 1,200℃ 내에서 분석하였으며, 외부보정을 위한 NBS 981시료도 같이 분석하여 보정하였다.
청동유물에 포함된 납동위원소비를 측정하기 위해 한국기초과학지원연구원의 열이온화질량분석기(TIMS, Thermal Ionization Mass Spectrometer, Isoprobe-T)를 이용하였다. 시료의 경우에는 사용하는 시료의 양이 매우 제한적이며 시료가 가지는 농도가 불규칙하기 때문에 컬럼화학을 통해 순도 높은 Pb원소를 추출한다.

대상 데이터

당시 출토된 토기 및 기와편 등은 대부분 통일신라시대 유물로 추정되었으며, 방사성탄소연대 측정결과도 중심연대가 9세기로 밝혀져, 이곳 장도가 통일신라시대의 청해진일 것으로 평가되어 왔다. 연구대상 시편은 이곳에서 출토된 청동경 등 총 17점이다.
연구대상 지역인 장도 청해진 유적(사적 308호)은 전라남도 완도군 완도읍 장좌리에 위치한다. 발굴조사는 1990년부터 1998년까지 모두 6차례 실시하였으며, 이후에도 2차례에 걸쳐 추가 발굴되었다.

성능/효과

1. 청동기의 납동위원소비를 Mabuchi (1985)의 분포도에 적용한 결과, 중국 남부 및 중국 북부, 한국 남부지역에 걸쳐 분포하고 있어 대부분 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 이를 다시 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 청동제구연부를 제외한 16점이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴에 해당하는 지역(zone 3)의 방연석을 사용하였을 것으로 추정된다.
실제로 분석된 성분함량 분포를 보면, 청동경, 청동제품(2) 및 불명 청동기(3)는 68-70 wt%의 Cu를, 21 wt%의 Sn과 약 6 wt%의 Pb를 함유하여 1그룹으로 분류할 수 있으며, 그 외의 청동기 14점은 Cu가 74-85 wt%, Sn이 4-18 wt%, Pb가 1-5 wt%의 비율로 합금했음을 확인할 수 있다. 17점의 청동기들의 미량성분 분석결과, 대부분의 청동기에 Zn과 Co가 0.01 wt% 이하로 포함됨을 확인할 수 있다. 특히 납동위원소비 분포도에서 별도의 zone 2로 분리된 청동제구연부는 연-아연광상에서 중요한 Zn의 함량뿐만 아니라 Co 및 부산물로 산출되는 Sb가 미량으로 검출되는 특징을 보이고 있으며, Ag의 함량이 상대적으로 높다.
2. 주요성분인 구리와 주석, 납의 함량비율을 살펴보면 서로 다른 두 개의 그룹으로 분리되었는데, 특히 청동경 등 3점은 Pb이 약 6 wt%로 높은 함량범위를 보였으며, 나머지 12개는 Pb이 1-5 wt%의 비율로 비교적 낮은 범위의 합금이었다. 8번 과 10번 청동유물은 부식이 심하여 정확한 조성비를 알 수 없으나(total 값이 93 wt%), 조직의 상태를 볼 때 청동용기류와 같은 종류로 보인다.
8번 과 10번 청동유물은 부식이 심하여 정확한 조성비를 알 수 없으나(total 값이 93 wt%), 조직의 상태를 볼 때 청동용기류와 같은 종류로 보인다. 미량원소 함량은 납동위원소비 분포에서 별도의 zone으로 분리된 청동제구연부는 다른 시편에 비해 Zn과 Co, Sb가 trace로 검출되었고, Ag의 함량이 높은 특징을 보였다. 이는 사용된 원재료(방연석 광석)가 달랐을 가능성을 반영한 것이라고 판단된다.
실제로 분석된 성분함량 분포를 보면, 청동경, 청동제품(2) 및 불명 청동기(3)는 68-70 wt%의 Cu를, 21 wt%의 Sn과 약 6 wt%의 Pb를 함유하여 1그룹으로 분류할 수 있으며, 그 외의 청동기 14점은 Cu가 74-85 wt%, Sn이 4-18 wt%, Pb가 1-5 wt%의 비율로 합금했음을 확인할 수 있다. 17점의 청동기들의 미량성분 분석결과, 대부분의 청동기에 Zn과 Co가 0.
Mabuchi (1985)에 의한 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb vs ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb vs ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 도표에 도시한 결과 대부분의 청동기가 한국 및 중국의 남⋅북부에 포함됨을 확인할 수 있으나 정확히는 구분되지 못하였다. 한반도 남부지역 방연석 광산의 납동위원소비 분포도(Korea Peninsula Lead Isotope Database; KOPLID)를 이용하여 생산지를 추정한 결과, 대부분의 청동기가 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴에 해당하는 지역(zone 3)에 포함되며, 1점(청동제구연부)은 zone 2로 구분됨을 확인할 수 있다. 따라서 16점의 청동기는 zone 3에 포함되는 방연석 광산에서 원료를 수급하였으며, 청동제구연부의 경우 영남육괴의 북동부지역과 옥천대지역의 북동부 지역인 태백산분지로 구분되는 zone 2 영역에서 태백산 분지의 원료를 사용하였음을 추정할 수 있다.

후속연구

결과적으로 이러한 방연석 광석의 Pb 동위원소비를 이용한 산지추정은 매우 유용한 방법이다. 다만, 중국과 북한 지역의 납광석에 대한 자료가 불충분하다는 것을 고려할 때, 성급한 결론은 지양되어야 할 것이며, 납 재료의 혼합 가능성과 북한 및 중국 등의 문제는 우리가 앞으로 풀어나가야 할 숙제이다. 또한 실제 청동제 유물 원료인 동이나 주석, 납과 공생관계나 광상에 따라 부화 또는 결핍되는 특정 미량원소를 제련실험 등을 통해 깊이 연구하면 유사한 광상 그룹 내에서 세밀한 분류가 가능한 산지추정의 또 다른 지표로 이용할 수 있을 것이다.
반면 zone 3은 납 원료가 혼합되었을 시에도 분포되는 곳이므로 원료의 혼합도 배제하지 않을 수 없다. 따라서 향후 부산물로 산출되는 미량원소의 검토와 고고학적인 연구를 병행한다면 정확한 산지를 추정할 수 있을 것이다.
다만, 중국과 북한 지역의 납광석에 대한 자료가 불충분하다는 것을 고려할 때, 성급한 결론은 지양되어야 할 것이며, 납 재료의 혼합 가능성과 북한 및 중국 등의 문제는 우리가 앞으로 풀어나가야 할 숙제이다. 또한 실제 청동제 유물 원료인 동이나 주석, 납과 공생관계나 광상에 따라 부화 또는 결핍되는 특정 미량원소를 제련실험 등을 통해 깊이 연구하면 유사한 광상 그룹 내에서 세밀한 분류가 가능한 산지추정의 또 다른 지표로 이용할 수 있을 것이다.
4 wt%까지 넓은 범위를 보여 zone 내에서 유물별로 분류되지 않는 문제점도 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 미량원소의 성분 함량 데이터를 축적하고, 청동의 원료인 동이나 주석, 납과 공생관계로 산출되거나 광상의 생성환경에 따라 부화되거나 결핍되는 특정 미량원소들을 연구하여 산지추정의 보조 지표로 사용할 수 있는 원소를 향후 지속적으로 도출해 낸다면 충분히 납동위원소비로 분류가 불가능한 영역 내 광산 정보의 분류도 가능할 것이며, 추가적으로 청동기 제작과정 및 원료 혼합사용 등 보다 많은 정보를 정확하게 밝혀낼 수 있을 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	청동기의 납동위원소비를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 어떻게 되는가?	장도 청해진에서 출토된 청동기의 납동위원소비를 기존에 일본에서 사용하던 동북아시아 납동위원소비 분포도에 적용하면, 청해진 출토 청동기는 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 그러나 이를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 대상시료 대부분이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴 지역의 방연석을 사용한 것으로 추정되었다. 또한 미량원소 중에서 은(Ag)이나 안티몬(Sb)의 함량은 동일 지역(zone)의 납동위원소비가 비슷한 서로 다른 광상을 분리하는데 유용한 보조지표로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
	청동기의 납동위원소비는 어디서 출토되었는가?	또한 부산물로 산출되는 미량원소의 종류와 함량이 산지추정의 보조지표로 이용할 수 있는지의 가능성도 검토하고자 하였다. 장도 청해진에서 출토된 청동기의 납동위원소비를 기존에 일본에서 사용하던 동북아시아 납동위원소비 분포도에 적용하면, 청해진 출토 청동기는 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 그러나 이를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 대상시료 대부분이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴 지역의 방연석을 사용한 것으로 추정되었다.
	청해진 출토 청동기는 무엇을 사용한 것으로 추정되는가?	또한 부산물로 산출되는 미량원소의 종류와 함량이 산지추정의 보조지표로 이용할 수 있는지의 가능성도 검토하고자 하였다. 장도 청해진에서 출토된 청동기의 납동위원소비를 기존에 일본에서 사용하던 동북아시아 납동위원소비 분포도에 적용하면, 청해진 출토 청동기는 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 그러나 이를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 대상시료 대부분이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴 지역의 방연석을 사용한 것으로 추정되었다.

참고문헌 (21)

Brill, R.H. and Wampler, J. M. (1967) Isotope Studies in Ancient Lead, American Journal of Archaeology, 71, 63-77.

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Chang, B.U., Chang, H.W., and Cheong, C.S. (1995) Lead isotope study on lead-zinc ore deposits in the eastern and southern parts of the Gyeongsang Basin. Economic and Environmental Geology, 28, 19-24.

원문보기 상세보기
Cho, N.C., Huh, I.K., and Kang, H.T. (2006) Metallurgical study of bronze bells excavated from the Miruksa (temple) site in Iksan. Conservation studies, 27, 5-22 (in Korean with English abstract).
Choi J., Kim, S.C., Mabuchi, H., and Hirao Y. (1986) Study on the Korean bronzes. Journal of the Korean Institute of Metals, 24, 540-546 (In Korean).
Choi, S.G., Choi, B.K., Ahn, Y.H., and Kim, T.H. (2009) Re-evaluation of Genetic Environments of Zinc-lead Deposits to Predict Hidden Skarn Orebody, Economic and environmental geology, 42, 301-314 (in Korean with English abstract).
Choi, S.G., Choi, B.K., Seo, J.E., Yoo, I.K., Kang, H.S., and Koo, M.H. (2010) Mineralogical and Geochemical Characteristics of the Wolgok-Seongok Orebodies in the Gagok Skarn Deposit : Their Genetic Implications. Economic and environmental geology, 43, 477-490 (in Korean with English abstract).
Chung, J.I. and Park, K.H. (2006) Pb Isotope Composition of the Ore Deposition Distribution in Jeonbuk Province. Journal of Petrological Society of Korea 15, 81-89 (in Korean with English abstract).
Chung, Y.D., Kang, H.T., Huh, I.K., and Cho, N.C. (2006) Chemical Composition and Lead Isotope Ratio of Poong-Tag(Wind Bell) from Winggyeong Site, Cyeongju, Journal of the Korean society of conservation science, 19, 67-72 (in Korean with English abstract).
Chung, K.Y. and Lee, J.H. (2009) A Study of the Microstructure and Provenance Area of Bronze Spoons Excavated from the Ok-dong Site in Andong. Jouranl of Conservation Science, 25, 411-420 (in Korean with English abstract).
Cook N. J., Ciobanue, C. L., Pring, A., Skinner, W., Shimizu, M., Danyushevsky, L., Saini-Eidukat, B., and Melcher, F. (2009) Trace and minor elements in sphalerite: A LA-ICP-MS study. Geochimica et Cosmochimica Acta, 73, 4761-4791.

상세보기
Im, H.K. (2013) Geology and mineralization characteristics of the Haenam Pb-Zu skarn deposit. Master Thesis, Kongju National University, Gong Ju, 74p (in Korean with English abstract).
Jeong, Y-J., Cheong, C-s, Shin, D-B, Lee, K-S, Jo, H-J., Gaitam, M. K., and Lee, I-S. (2012) Regional variations in the lead isotopic composition of galena from southern Korea with implications for the discrimination of lead provenance. Journal of Asian Earth Sciences, 61, 116-127.

상세보기
Kang, H.T., Chung, K.Y., and Lee, G.K. (2000) Lead Isotope Ratios of Bronze Artifacts from Sudong Site, Youngkwang-gun. Journal of The Honam Archaeological Society, 15, 7-18 (in Korean with English abstract).
Kang, H.T., Chung, K.,Y., and Lee, G.,K. (2002) Lead isotope ratios of bronze artifacts from Sudong site, youngkwang-gun, The Honam Archaeological Society, 15, 7-18 (in Korean with English abstract).
Kang, H.T., Chung K.Y., Cho S.G., and Lee, M.H. (2003) Scientific Anaysis of Bronze Artifacts from Wonbuk-ri Site, Nonsan, Korean Ancient Historical Society, 39, 19-30 (in Korean with English abstract).
Korea Institute of Geoscience And Mineral Resources (1977) The Minerals of Korea. Korea Institute of Geoscience And Mineral Resources, 376p.
Korea Resource Corporation (1981) Economics Mineral Deposits in Korea-Metal(Lead.Zinc Ore), 8, 196-197.
Mabuchi, H. (1985) The lead isotope systematics in Asia and near East. Grant Report to the Ministry of Education, Science, and Culture, Japan, 19 (in Japanese).
National Research Institute of Cultural Heritage (2001) Jangdo Cheonhaejin site I, National Research Institute of Cultural Heritage (in Korean).
National Research Institute of Cultural Heritage (2002) Jangdo Cheonhaejin site II, National Research Institute of Cultural Heritage (in Korean).
So, C.S., Yun, S.T., Choi, S.G., Koh, Y.K., and Chi, S.J (1991) Cretaceous epithermal Au-Ag mineralization in the Muju-Yeongam District(Jeongju mineralized area), Republic of Korea: galena-lead and stable isotope studies. Journal of the Geological Society of Korea, 27, 569-587.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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