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문제 정의
- 본 연구에서는 창녕지역에서 출토된 경질 토기편들을 대상으로 첫째, 토기의 구성광물과 산출지에 관한 자연과학적인 분석기법을 적용하고 둘째, 구성광물과 조직의 분석특성을 기반으로 창녕토기의 소성환경에 대한 특징을 연구하고자 한다.
제안 방법
- 토기의 열적 특성을 파악하기 위해 적외선 분광광도계(FT-IR, FT-Infrared Spectrophotometer)를 이용하였다. XRD에서와 마찬가지로 토기 시편을 분말화 한 후 분석을 시행하였다. 분석기기는 경북 대학교 공동실험 실습관의 PerkinElmer사의 Spectrum GX & AutoImage모델이며 Spectral range 4000 to 400 cm-1, Beam splitter Ge coated on KBr, Detector DTGS, Resolution 0.
- 토기의 주구성 광물과 조직 및 기질 특성을 관찰하기 위해 고고학적 조사자료 검토 및 육안관찰을 통해 대표시료 16개를 선별하고(Table 1), 표준 암석연마박편을 제작하였다. 강도가 약한 토기의 특성을 고려해서 연마제와 연마지를 단계적으로 사용하여 박편을 제작하였으며 산화알루미늄 현탁액으로 고르게 연마하였다. 제작된 토기 박편은 편광현미경을 이용하여 주요구성광물, 기질의 특성, 비짐의 포함 여부 등과 같은 특성을 관찰하였다.
- 분석기기는 경북 대학교 공동실험 실습관의 PerkinElmer사의 Spectrum GX & AutoImage모델이며 Spectral range 4000 to 400 cm-1, Beam splitter Ge coated on KBr, Detector DTGS, Resolution 0.25 cm-1 (step selectable)로 분석하였다.
- 시료의 광물조성 및 조직 관찰에서는 석영의 결정 상태와 멀라이트의 생성, 그리고 둘 이상의 점토가 혼합된 점을 집중적으로 살펴보았다. 먼저 시료의 내부에 있는 석영은 대부분 본래의 결정형을 어느 정도 유지하고 있었으며 모서리 부분이 녹은 결정들과 그렇지 않은 결정들이 동시에 존재하였다(Fig.
- 강도가 약한 토기의 특성을 고려해서 연마제와 연마지를 단계적으로 사용하여 박편을 제작하였으며 산화알루미늄 현탁액으로 고르게 연마하였다. 제작된 토기 박편은 편광현미경을 이용하여 주요구성광물, 기질의 특성, 비짐의 포함 여부 등과 같은 특성을 관찰하였다.
- 토기의 미세조직과 광물의 산출상태를 보기 위해 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 을 이용하여 관찰을 수행하였다. 토기 내에 기공이 많으므로 신선한 면을 보기 위해 절단시 부서진 토기 조각들이 묻지 않도록 유의하였으며, 시료는 Os (osmium)로 코팅하였다. 토기의 외부와 내부는 색 뿐만 아니라 조직의 차이가 보이므로 외곽부와 내부를 비교분석하며 관찰하였으며 구성 광물의 성분을 알기 위해 주요 부분에 대해서는 내장된 EDAX로 분석하였다.
- , 2005). 토기 내에 포함되어 있는 태토에 포함된 광물들 및 소성과정에서 형성된 광물들의 종류와 조직 등을 분석하여 토기의 소성환경을 추론해보았다.
- 편광현미경을 통해 관찰할 수 없는 미세 광물들을 동정하기 위해 X-선 회절분석기(XRD, X-Ray Diffractometer)를 이용하였다. 토기 시편에 흙이나 불순물 등이 남아있지 않도록 초음파 세척기로 세척하고 상온에서 건조시킨 다음 볼밀 및 막자를 통해 분말로 만들어 분석을 시행하였다. 분석기기는 한국기초과학지원연구원 대구분소의 Philips X’ Pert-PRO/MRD 모델이며 5°-65°, 2세타의 조건으로 분석하였다.
- 토기의 미세조직과 광물의 산출상태를 보기 위해 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 을 이용하여 관찰을 수행하였다. 토기 내에 기공이 많으므로 신선한 면을 보기 위해 절단시 부서진 토기 조각들이 묻지 않도록 유의하였으며, 시료는 Os (osmium)로 코팅하였다.
- 토기 내에 기공이 많으므로 신선한 면을 보기 위해 절단시 부서진 토기 조각들이 묻지 않도록 유의하였으며, 시료는 Os (osmium)로 코팅하였다. 토기의 외부와 내부는 색 뿐만 아니라 조직의 차이가 보이므로 외곽부와 내부를 비교분석하며 관찰하였으며 구성 광물의 성분을 알기 위해 주요 부분에 대해서는 내장된 EDAX로 분석하였다.
- 토기의 주구성 광물과 조직 및 기질 특성을 관찰하기 위해 고고학적 조사자료 검토 및 육안관찰을 통해 대표시료 16개를 선별하고(Table 1), 표준 암석연마박편을 제작하였다. 강도가 약한 토기의 특성을 고려해서 연마제와 연마지를 단계적으로 사용하여 박편을 제작하였으며 산화알루미늄 현탁액으로 고르게 연마하였다.
대상 데이터
- 분석기기는 한국기초과학지원연구원 대구분소의 Philips X’ Pert-PRO/MRD 모델이며 5°-65°, 2세타의 조건으로 분석하였다.
- 창녕지역의 지질은 전체적으로 중생대 퇴적암과 이에 관입한 화성암으로 이루어져 있다. 연구 지역은 경상남도 창녕군 창녕읍 교리 129에 위치한 고분군 일대로 백악기 경상누층군에 속하는 암회색 및 회색 셰일과 회색 알코스 사암, 회록색의 혼펠스를 포함하는 진동층과 회색 셰일 또는 붉은 셰일을 주 구성암석으로 하는 함안층, 그리고 이들과 부정합적인 관계를 가지는 제4기 충적층으로 구성된다(Kim and Lee, 1964; Kim and Lee, 1969). 고분군 일대의 서쪽 지역에는 불국사 화강암류가 관입하고 있으며 동쪽 지역은 안산암과 조면질 안산암, 휘석 안산암으로 이루어져 있다(Fig.
- 연구 지역은 경상남도 창녕군 창녕읍 교리 교동에 위치한 가야시대 고분군이다. 창녕은 삼국사기에 나오는 진한의 12개 나라 중 하나인 불사국이며, 창녕군 송현동 구릉에서부터 북쪽 교동에 이르기까지 크고 작은 고분이 분포한다.
이론/모형
- 토기의 열적 특성을 파악하기 위해 적외선 분광광도계(FT-IR, FT-Infrared Spectrophotometer)를 이용하였다. XRD에서와 마찬가지로 토기 시편을 분말화 한 후 분석을 시행하였다.
- 편광현미경을 통해 관찰할 수 없는 미세 광물들을 동정하기 위해 X-선 회절분석기(XRD, X-Ray Diffractometer)를 이용하였다. 토기 시편에 흙이나 불순물 등이 남아있지 않도록 초음파 세척기로 세척하고 상온에서 건조시킨 다음 볼밀 및 막자를 통해 분말로 만들어 분석을 시행하였다.
성능/효과
- 마찬가지로 장석류의 적외선 스펙트럼을 참고하면 463 cm-1, 475 cm-1, 624 cm-1, 633 cm-1, 1165 cm-1 등의 피크가 대체적으로 본 연구결과와 유사 함을 보인다. 또한 X선 회절 분석을 통하여 일부 시료에서 크리스토발라이트가 발견되었으므로 크리스토발라이트의 적외선 스펙트럼을 참고하여 비교해 보았으며 그 결과 795 cm-1, 1095 cm-1, 1160 cm-1 피크와 유사함을 알 수 있었다. 3445 cm-1에서 보이는 O-H stretch bend는 소성온도 추정치로 미루어보아 토기가 소성되기 전에 함유하고 있던 구조수가 아니라 매장되어 있는 동안 주변의 물 분자가 흡착되어 나타난 것으로 생각된다(Fig.
- 시편 내의 석영은 다소 변질된 입자와 각진 결정형을 가진 입자로 동시에 존재한다. 또한 토기의 내부에 비해 외부의 공극이 더 적고 유리질화가 더 많이 진행되었으며 침상의 멀라이트도 주로 토기의 외부에 우세하게 생성되었음을 확인하였다. 또한 어두운 회색을 보이는 외면과 대비하여 속심은 적색계열을 보이고 있다.
- 5f). 백색의 기질 부분을 관찰한 결과 다른 부분과는 다르게 많은 결정들이 완전히 용융되지 못하고 형태를 유지하고 있는 것이 발견되었다. 정량분석결과 C의 함량이 다소 높게 나타났는데 이는 태토의 유기물과 장작을 연소시킨 영향이며, 또한 Al과 Fe 등의 함량이 다른 기질부보다 적기 때문에 육안으로 볼 때 밝은 색을 띠는 것으로 추정된다.
- Moenke(1962)에 의하면 600-700 cm-1 구간은 대칭적인 Si-O-Si stretch로, 950-1200 cm-1 구간은 반대칭의 Si-O-Si와 Si-O-(Al) stretch의 진동으로, 그리고 400-550 cm-1 구간에서는 대체로 O-Si-O bend의 진동으로 특징지어진다. 본 연구의 분석 결과 대칭적인 Si-O-Si stretch의 구간은 나타나지 않으며 400-550 cm-1 구간과 950-1200 cm-1 구간이 나타나는 것으로 보아 O-Si-O bend와 반대칭인 Si-O-Si와 Si-O-(Al) stretch가 존재할 것이라 판단된다. Moenke(1962)의 석영 적외선 스펙트럼을 참고하여 462 cm-1, 512 cm-1, 697 cm-1, 780 cm-1, 798 cm-1, 1084 cm-1 peak가 본 연구의 피크와 유사함을 파악하였다.
- 또한 어두운 회색을 보이는 외면과 대비하여 속심은 적색계열을 보이고 있다. 이를 통하여 소성당시 가마 내에서 열적 평형이 이루어지지 않았으며 토기는 내부와 외부의 불균질한 열에 의해 소성되었고 소성시간도 충분하지 않았음을 알 수 있다.
- 일부 시료들에서 스피넬이 관찰되고 토기의 외곽부에서는 멀라이트도 생성되었음이 확인되어 창녕토기의 소성온도는 스피넬이 멀라이트로 상전이 되는 약 1000℃임을 알 수 있다. 석영은 각진 형태 및 둥근 형태가 모두 나타나지만 석영의 용융을 지시하는 피크가 발견되지 않는다는 점에서 이 결과에 부합한다.
- 백색의 기질 부분을 관찰한 결과 다른 부분과는 다르게 많은 결정들이 완전히 용융되지 못하고 형태를 유지하고 있는 것이 발견되었다. 정량분석결과 C의 함량이 다소 높게 나타났는데 이는 태토의 유기물과 장작을 연소시킨 영향이며, 또한 Al과 Fe 등의 함량이 다른 기질부보다 적기 때문에 육안으로 볼 때 밝은 색을 띠는 것으로 추정된다.
- 창녕토기의 FT-IR 분석결과, X선 회절 분석결과와 마찬가지로 석영, 장석, 적철석, 점토광물 등의 존재를 확인할 수 있었다. Moenke(1962)에 의하면 600-700 cm-1 구간은 대칭적인 Si-O-Si stretch로, 950-1200 cm-1 구간은 반대칭의 Si-O-Si와 Si-O-(Al) stretch의 진동으로, 그리고 400-550 cm-1 구간에서는 대체로 O-Si-O bend의 진동으로 특징지어진다.
- 창녕토기의 주 구성광물은 석영, 장석 그리고 멀 라이트이다. 편광현미경 관찰결과 석영과 장석은 대체적으로 변질된 형태이며 석영이 장석보다 좀 더 높은 함량을 나타내고 있었다. X선 회절 분석에서도 석영이 대다수의 함량을 차지하고 있었으며 미세관찰에서도 고온으로 인해 각진 결정들과 모서리가 둥글게 변질된 석영이 모두 발견되었다.
- 편광현미경과 SEM을 이용하여 조직분석을 수행한 결과, 창녕읍 교리 교동 고분군 일대 토기의 기질은 다공질이며(Fig. 4a), 전체적으로 적갈색의 토기가 많으므로 기질이 어둡고 비짐의 크기는 매우 다양하게 나타났다. 일부 시료에서는 절단면의 색상이 두 가지로 분리되어 존재하는데, 이를 현미경을 통하여 서로 다른 점토가 혼합되거나 태토와 비짐의 반죽과정에서 생성되는(Kim et al.
- 회색과 검정색 기질이 교호하는 경계 부분의 미세관찰결과 회색 기질에는 주로 신장된 기공들이 분포하는 반면 검은색 기질에는 둥근 기공이 분포하는 대조를 보였다(Fig. 5f). 백색의 기질 부분을 관찰한 결과 다른 부분과는 다르게 많은 결정들이 완전히 용융되지 못하고 형태를 유지하고 있는 것이 발견되었다.
후속연구
- 앞서 편광현미경에서 규장질 화산암편이 관찰되었듯, 그와 유사한 성분인 크리스토발라이트가 태토에 있었다는 것이다. 태토는 화산암 기원 토양으로 추정되는데 화산암에는 석영과 다른 실리카광물들이 포함되어 있으며 크리스토발라이트 또한 화산암 또는 화산쇄설물에서 나타나므로 이 원인에 가능성을 두고 있으나 인근 화산암에 대한 연구를 통하여 사실여부의 확인이 필요하다.
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