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문제 정의
- 분석 시편들이 조선시대 사찰벽화 벽체의 대표성을 지닐 수는 없으나, 15세기에서 조선 후기까지 분포하는 점을 미루어 볼 때, 이번 연구를 통해 조선시대 사찰벽화 토벽체를 구성하는 재질의 특성과 경향성을 파악할 수 있다. 그리고 사찰벽화 벽체에 대한 종합적인 정보를 수집하고 향후 토벽체 보존기술과 재료연구에 활용할 수 있는 자료를 제시하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 분석대상 벽화의 제작 시기는 문헌에 따르면 17세기부터 18세기 그리고 조선후기에 해당한다(Park, 1981). 따라서 조선시대 전반기에 해당하는 봉정사 대웅전 후불벽화와 무위사 극락전 내벽 사면벽화 벽체의 재료특성을 함께 비교하기 위해 기존 분석된 연구자료를 참고하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 따라서 본고에서는 다수의 사찰벽화 벽체에 대한 자연과학적 분석에 따른 객관적인 데이터를 확보하고 그 결과를 종합하여 비교분석하였다. 연구 결과를 통해 벽체를 구성하는 재질특성에 따른 경향성을 파악하고 보존을 위한 실효적 근거자료를 마련하고자 하였다.
- 초벽은 벽체의 골격에 해당하는 부분으로 중벽과 마감층을 견고하게 하기 위해 내구성을 높이는 역할을 하게 된다. 중벽의 경우에는 모래와 사질로 구성하여 통기가 원활하면서도 조직이 치밀하여 초벽이 갖는 내구성을 더해주며, 마감층에는 점토의 구성비를 높여 표면의 평탄도를 갖추기 위한 목적으로 사용되었다. Figure 10은 미국 농무성기준에 따른 국제토양학회 기준 토양삼각도로서 입도분석 된 벽체시료의 입도비를 도시한 결과, 벽체들은 점토의 함량이 적은 사질식양토, 식양토, 양토, 미사질식양토, 미사질양토에 도시되었다.
제안 방법
- 외가지를 엮은 후 거친 흙과 짚 섬유를 사용하여 초벽을 마련하고 그 위를 얇게 덧바르는 방식으로 중벽을 조성하였다. 고운 흙과 모래에 섬유질을 혼합하여 약 5mm 내외로 비교적 얇게 마감층을 제작하였다.
- 따라서 본고에서는 다수의 사찰벽화 벽체에 대한 자연과학적 분석에 따른 객관적인 데이터를 확보하고 그 결과를 종합하여 비교분석하였다. 연구 결과를 통해 벽체를 구성하는 재질특성에 따른 경향성을 파악하고 보존을 위한 실효적 근거자료를 마련하고자 하였다.
- 또한 고찰부에서는 기존 연구된 2개소 전각 벽화의 벽체 분석자료(Chae et al., 2006, Jeong and Han, 2008)를 참고하여 분석된 5개소 사찰벽화 벽체의 재질특징과 함께 종합하고 비교·분석하였다(Table 1).
- 벽체 제작에 사용된 토양의 재료 특성에 관한 연구는 벽체를 구성하는 중벽층과 마감층을 대상으로 하였으며, 재질에 대한 규명과 함께 입자 크기 분포와 같이 벽체 제작 과정에서 확인되는 제작기술 관점에서 관찰되었다. 또한 분석된 데이터를 종합하여 시기 및 지역별로 나타나는 특성을 파악하였다. 토양 입도분석은 한국공업규격에서 정하는 입도분석시험(KS F 2302) 조건 및 표준체를 사용한 건식체질법과 레이져입도분석(PSA, LS230&N4PLUS, Coulter, USA)을 병행하였다.
- 크기는 가로 3,250mm, 세로 3,950mm이며, 두께는 약 120~150mm이다. 벽체는 거친 흙과 자갈 및 짚여물을 사용하여 초벽과 중벽을 마련하였고, 마감층은 점토와 모래를 혼합하여 5~8mm 두께로 제작하였다. 벽화면은 닥으로 구성된 얇은 종이를 가로 4장, 세로 4장으로 16장을 연접하여 마감층 위에 부착 후 그림을 그렸다.
- 본 연구에서는 전라북도 지역에 분포하는 5개소 사찰벽화에 대하여 실시한 벽체분석 결과를 제시하고(Baekje, 2010; Baekje, 2011; Han et al., 2010; Hanrim, 2008; Lee et al., 2008; Kim et al., 2014) 분석항목에 따른 재질특성을 파악하였다. 또한 고찰부에서는 기존 연구된 2개소 전각 벽화의 벽체 분석자료(Chae et al.
- 사찰벽화 5개소 벽체시료에 대해 토양의 입도 및 구성 광물 그리고 화학성분과 미세조직 분석 등을 통해 벽체를 구성하는 재료의 특성을 파악하였다. 분석대상 벽화의 제작 시기는 문헌에 따르면 17세기부터 18세기 그리고 조선후기에 해당한다(Park, 1981).
- 위봉사 보광명전 후불벽배면벽화(M2)는 초벽, 중벽, 마감층의 전형적인 흙벽화 구조를 지니고 있으며, 크기는 가로 2,940mm, 세로 4,540mm, 두께는 약 120mm 내외이다. 외가지를 엮은 후 거친 흙과 짚 섬유를 사용하여 초벽을 마련하고 그 위를 얇게 덧바르는 방식으로 중벽을 조성하였다. 고운 흙과 모래에 섬유질을 혼합하여 약 5mm 내외로 비교적 얇게 마감층을 제작하였다.
- 선운사 대웅전 후불벽화(M4)는 불단 상단 위 3개의 벽체에 각각 조성되어 있다. 외가지를 엮은 후 거친 흙을 사용하여 초벽과 중벽을 마련하고 그 위에 고운 흙과 모래에 섬유질을 혼합하여 마감층을 제작하였다. 벽체의 두께는 평균 120~150mm이며, 마감층의 두께는 약 5mm내외이다.
- 토양의 광물결정상은 X선 회절분석법(X-ray diffractiometry)이, 화학성분 및 미세조직을 확인하기 위해 에너지분산형 X선 분광분석장치(Energy Dispersive Spectrometer)와 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 각각 사용하였다. 흥국사 대웅전 후불벽배면벽화는 분석 당시 미세조직 및 화학성분 분석이 수행되지 않아 해당 데이터를 제시하지 못하였고, 금산사 미륵전 외벽화의 화학성분은 X선 형광분석장치(X-ray Fluorescence) 가 사용되었다(Table 2). 또한 이 연구의 목적과 부합하기 위하여 벽체에 혼입된 유기물은 분석에서 제외하였다.
대상 데이터
- 벽체는 거친 흙과 자갈 및 짚여물을 사용하여 초벽과 중벽을 마련하였고, 마감층은 점토와 모래를 혼합하여 5~8mm 두께로 제작하였다. 벽화면은 닥으로 구성된 얇은 종이를 가로 4장, 세로 4장으로 16장을 연접하여 마감층 위에 부착 후 그림을 그렸다.
- 먼저, 흥국사 대웅전 후불벽배면벽화(M1)는 토벽에 종이를 부착한 첩부벽화이다. 크기는 가로 3,250mm, 세로 3,950mm이며, 두께는 약 120~150mm이다. 벽체는 거친 흙과 자갈 및 짚여물을 사용하여 초벽과 중벽을 마련하였고, 마감층은 점토와 모래를 혼합하여 5~8mm 두께로 제작하였다.
이론/모형
- 토양 입도분석은 한국공업규격에서 정하는 입도분석시험(KS F 2302) 조건 및 표준체를 사용한 건식체질법과 레이져입도분석(PSA, LS230&N4PLUS, Coulter, USA)을 병행하였다.
- 토양 입도분석은 한국공업규격에서 정하는 입도분석시험(KS F 2302) 조건 및 표준체를 사용한 건식체질법과 레이져입도분석(PSA, LS230&N4PLUS, Coulter, USA)을 병행하였다. 토양의 광물결정상은 X선 회절분석법(X-ray diffractiometry)이, 화학성분 및 미세조직을 확인하기 위해 에너지분산형 X선 분광분석장치(Energy Dispersive Spectrometer)와 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 각각 사용하였다. 흥국사 대웅전 후불벽배면벽화는 분석 당시 미세조직 및 화학성분 분석이 수행되지 않아 해당 데이터를 제시하지 못하였고, 금산사 미륵전 외벽화의 화학성분은 X선 형광분석장치(X-ray Fluorescence) 가 사용되었다(Table 2).
성능/효과
- 1. 벽체를 구성하는 토양에 대한 입도분석 결과 층위에 따라 구성입자의 함량이 다르게 나타났으며, 마감층이 중 벽층에 비해 중립사 이상크기 입자 함량이 다소 높은 것으로 분석되었다. 이는 층위별로 기능을 달리 하기 위해 토양 혼합비율의 차이를 둔 것으로 보이며, 시기나 지역별로도 다르게 나타나는 것으로 조사되었다.
- 2. 벽체 구성광물 분석결과 대부분의 벽체에서 석영 (quartz), 장석(feldspar) 그리고 점토 광물(clay mineral)이 동정되어 일반적인 토양과 유사한 광물조성을 나타내었으며, 벽체의 주원료인 토양은 암석의 풍화산물로 생성된 풍화토인 것으로 판단된다. 그러나 산화철광물은 거의 검출 되지 않아 벽체 제작에 사용된 토양은 산화철광물이 적은 황갈색 토양을 선별하여 사용한 것으로 보인다.
- 3. 토양입자의 화학성분 분석 결과에서는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 그리고 포타슘(K) 등 암석을 구성하는 조암광물의 주성분인 화학 성분이 검출되었다. 그리고 다량으로 검출된 실리콘(Si)은 석영을 주성분으로 하는 모래에서 기인한 것으로 해석되므로, 중벽층과 마감층은 암석이 풍화되어 생성된 풍화토에 모래를 혼합하여 벽체를 제작한 것으로 판단된다.
- XRD 분석결과를 종합하면 분석된 벽체에 사용된 토양은 정선과정을 통해 산화철광물을 제거하거나 토양에 산화철광물이 적어서 황갈색을 나타내는 토양을 선별하여 채집한 것으로 해석할 수 있다. 그리고 가장 대표적으로 검출된 석영(quartz)의 결정상은 모래의 주성분으로서, 점토를 모래와 함께 혼합하여 벽체를 제작한 것을 확인 할 수 있다.
- 1%로 초기 마감층에 비해 점토의 함량이 더 많다. 광물결정상 분석결과에서는 벽체의 중벽층과 마감층 모두에서 석영(quartz), 정장석(orthoclase), 사장석(plagioclase), 방해석(calcite), 석고 (gypsum), 점토광물(clay mineral)이 검출된 것으로 조사되었다.
- 내소사 대웅보전 후불벽배면벽화 중벽층에 사용된 토양입자 크기는 Gravel에 속하는 왕모래가 1.48%, 극조립사 8.97%, 조립사 19.59%, 중립사 15.15%, 세립사 20.11%, 극세립사 27.98%, 실트 이하 6.72%의 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 세립사 이하 크기의 토양입자들에 대하여 레이저 입도분석 결과, 평균 입자 크기는 12.
- 토양입자에 대한 미세조직 관찰 결과에서도 크고 작은 입자들이 고르게 분포되어 있는 것을 확인하였다. 또한 실트질 크기의 입자들이 약한 응집체를 형성하고 있어, 벽체에 모래와 황토 또는 점토가 혼합된 것으로 확인되었다.
- 금산사 미륵전 외벽화의 중벽층은 극세립사와 세립사 질의 모래 크기가 고르게 분포하고 있는 것으로 측정되었으나, 1992~1993년 당시 보존처리 과정에서 사용되었던 아크릴 계열의 강화처리제의 영향으로 인해 토양입자들이 응결체를 형성하고 있는 것이 확인되었다. 레이저입도 분석결과 토양입자 크기가 작고 비교적 균일한 실트와 점토 광물이 약 70% 이상을 차지하며, 나머지 약 30% 이하가 극세립사질 크기에서 중립사질 크기의 모래인 것으로 조사되었다. 마감층은 모래가 약 87%, 실트 약 13%, 점토 0.
- 52%의 입자크기 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 마감층 미분부 입자들에 대한 레이저 입도분석결과 평균 크기는 19.22㎛이고 90% 이상의 입자들이 45㎛ 이하로서 대부분이 실트와 점토 크기인 것으로 나타났다.
- 마감층 미분부에 대한 레이저 입도분석 결과, 평균 크기는 12.76μm로서 벽체층과 유사한 실트질에 속하는 입자 크기였으며, 90% 이상의 토양입자들이 30μm 이하로 대부분이 실트와 점토 크기인 것으로 측정되었다.
- 마감층 미분부의 레이저 입도 분석 결과, 평균 크기는 15.94μm의 실트질 입자 크기이었으며, 90% 이상이 40μm 이하 크기를 갖는 실트와 점토 크기인 것으로 측정되었다.
- 위봉사 보광명전 후불벽배면벽화 중벽층 토양의 화학성분은 실리콘(Si), 철(Fe), 알루미늄(Al), 포타슘(K) 그리고 칼슘(Ca)이 검출되었으며, 마감층에서는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe), 칼슘(Ca) 그리고 포타슘(K) 등의 화학성분이 검출되었다. 마감층 토양입자의 미세조직에서는 황토의 원료인 점토 광물로 보이는 토양입자들이 모래와 같이 큰 입자와 함께 구성되어 있는 것으로 확인되었다.
- 45㎛ 크기 이하인 것으로 측정되었다. 마감층은 극조립사 2.98%, 조립사 22.34%, 중립사 13.16%, 세립사 12.59%, 극세립사 16.41% 그리고 실트 이하 크기가 32.52%의 입자크기 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 마감층 미분부 입자들에 대한 레이저 입도분석결과 평균 크기는 19.
- 16%의 분급도를 나타냈다. 마감층을 구성하는 토양의 입도는 왕모래와 극조립사는 포함되어 있지 않고 조립사 2.50%, 중립사 53.08%, 세립사 27.27%, 극세립사 12.37%, 극조립실트 3.38%로 분석되어 중벽층 보다는 비교적 낮은 분급도를 보인다.
- 68%의 분포범위를 보였다. 미분부에 대한 레이저 분석결과 평균 입자 크기는 10.95㎛로서 실트질에 속하며, 이 중에서 1㎛ 크기이하의 입자들이 약 10%, 전체의 90% 이상이 25.45㎛ 크기 이하인 것으로 측정되었다. 마감층은 극조립사 2.
- 21%로 실트의 비율이 높다. 벽체 제작에 사용된 토양의 구성광물은, 중벽층에서 석영(quartz, 30.6%)과 미사장석(microcline, 30.3%), 사장석(plagioclase, 39.1%)이 검출되었다. 마감층에서도 석영(quartz, 29.
- 벽체 화학성분 분석결과 모든 시료에서 대부분 유사한 토양 광물의 성분들이 검출되었으며(Table 4), 중벽층과 마감층을 구성하는 입자의 미세조직에서는 모래나 점토와 같은 토양의 형태적 특징이 확인되었다(Figure 8).
- 벽체를 구성하는 토양의 입도비율을 분석한 결과 마감층과 중벽층 입자크기에 따라 각기 다른 분포도를 보였으며(Table 3), 미분부 입자들에 대한 레이저분석 결과에서는 대부분 실트질 이하 크기의 분포를 나타냈다(Figure 2).
- 또한 사찰벽화 보존에 있어 벽체의 파손은 채색층 손상과 직접적인 관계에 있기 때문에 벽체를 구성하는 재질특성을 명확하게 파악할 때 효과적인 진단이 가능하고 보존방안을 마련할수 있다. 분석 시편들이 조선시대 사찰벽화 벽체의 대표성을 지닐 수는 없으나, 15세기에서 조선 후기까지 분포하는 점을 미루어 볼 때, 이번 연구를 통해 조선시대 사찰벽화 토벽체를 구성하는 재질의 특성과 경향성을 파악할 수 있다. 그리고 사찰벽화 벽체에 대한 종합적인 정보를 수집하고 향후 토벽체 보존기술과 재료연구에 활용할 수 있는 자료를 제시하였다.
- Figure 10은 미국 농무성기준에 따른 국제토양학회 기준 토양삼각도로서 입도분석 된 벽체시료의 입도비를 도시한 결과, 벽체들은 점토의 함량이 적은 사질식양토, 식양토, 양토, 미사질식양토, 미사질양토에 도시되었다. 분석된 벽체들에서 점토의 함량이 낮은 점은 벽체에 사용된 토양이 낮은 평지에서 채집되기보다 구릉지 또는 산간에서 그 지역의 모암이 풍화 되어 토양화된 토양을 채집하였을 가능성을 높은 것을 의미한다. 또한 점토의 구성비가 낮고 미사질이 많다는 점은 토양의 골격에 해당하는 사질로 인해 성형성이 좋고 통기성이 높은 점을 시사한다.
- 이러한 화학성분은 암석이 풍화되어 생성되는 광물의 주성분이기 때문에 중벽층과 마감층은 점토와 같은 풍화토와 모래를 혼합하여 벽체를 제작하였던 것으로 볼 수 있다. 사찰벽화 벽체를 구성하는 토양의 화학성분을 정리한 결과를 살펴보면, 중벽층과 마감층의 SiO2함량은 44.94~66.28의 범위이며 선운사 대웅전 후불벽화의 마감층은 SiO2가 다소 낮은 값을 나타내었다. Al2O3의 함량 변화는 17.
- 선운사 대웅전 후불벽화 중벽층 제작에 사용된 토양의 입도비는 왕모래 0.2%, 극조립사 약 1%, 조립사 약 6.4%, 중립사 약 20%, 세립사 24.2%, 극세립사 34.1% 그리고 실트 이하의 크기가 14.1%의 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 세립사 이하에 대한 레이저 입도분석 결과 평균 13.
- 세립사 이하 크기의 토양입자들에 대하여 레이저 입도분석 결과, 평균 입자 크기는 12.20μm로서 실트질에 속하는 입자 크기였으며, 2μm 미만 점토질에 속하는 크기의 입자들이 약 10% 인 것으로 확인되었다.
- 세립사 이하에 대한 레이저 입도분석 결과 평균 13.53μm의 실트질에 속하는 입자 크기였으며, 그 중 10%가 2μm 미만 점토질에 속하는 크기의 입자들이다.
- 위봉사 보광명전 후불벽배면벽화 중벽층 토양의 화학성분은 실리콘(Si), 철(Fe), 알루미늄(Al), 포타슘(K) 그리고 칼슘(Ca)이 검출되었으며, 마감층에서는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe), 칼슘(Ca) 그리고 포타슘(K) 등의 화학성분이 검출되었다. 마감층 토양입자의 미세조직에서는 황토의 원료인 점토 광물로 보이는 토양입자들이 모래와 같이 큰 입자와 함께 구성되어 있는 것으로 확인되었다.
- 위봉사 보광명전 후불벽배면벽화의 중벽층 입도 비율은 Gravel에 속하는 왕모래가 3.82%, 극조립사 14.98%, 조립사 24.79%, 중립사 17.18%, 세립사 16.23%, 극세립사 12.32% 그리고 실트 이하의 크기가 10.68%의 분포범위를 보였다. 미분부에 대한 레이저 분석결과 평균 입자 크기는 10.
- 37의 범위이며 선운사 대웅전 후불벽화의 Al2O3함량이 다소 높은 값을 나타내었다. 이와 같은 토양의 성분은 지역의 암체의 특성을 반영한 결과이며, 우리나라의 기반암이 화강암인 점을 감안하면 분석된 성분의 범위가 산성화강암의 범주에 해당하고 기후적 특성을 감안하면 가장 남쪽에 위치한 선운사의 토양이 풍화로 인한 성분변화 양상을 반영한 결과로 이해된다.
- 재질특성에 대하여 분석·연구된 결과를 종합하여 정리 하면, 사찰벽화 벽체 조성에 주로 사용된 재료는 황토와 모래이며, 분석 및 조사된 대상의 구성광물과 화학성분이 대부분 유사한 경향을 보였다.
- 토양의 점토 및 부식입자들은 매우 작아서 콜로이드와 같이 행동하기 때문에 콜로이드분획(colloidal fraction)이라고 통칭되며, 일반적인 광학현미경으로는 볼 수 없고, 전자현미경으로만 관찰할 수 있다(Nyle C, 2011). 주사전자현미경을 사용하여 사찰벽화 벽체의 토양입자의 미세조직을 관찰한 결과 대부분 큰 입자와 작은 입자들이 고르게 섞여 있는 형태를 확인할 수 있었다. 또한 실트질 크기의 입자들이 약한 응집체를 형성하고 있는 것이 관찰되어 모래와 황토 또는 점토가 혼합되어있는 형태들이 확인되었다.
- 중벽층 토양의 미세조직에서는 수십μm에서 수백μm 크기의 가는 모래와 함께 황토 또는 점토로 추정되는 작은 입자들이 섞여 있는 것으로 확인되었다.
- 흥국사 대웅전 후불벽배면벽화 벽체의 중벽을 구성하는 층의 입도 비율은는 Gravel에 속하는 왕모래가 4.95%, 극조립사 8.85%, 조립사 19.76%, 중립사 18.31%, 세립사 27.08%, 극세립사 18.88%, 극조립실트 2.16%의 분급도를 나타냈다. 마감층을 구성하는 토양의 입도는 왕모래와 극조립사는 포함되어 있지 않고 조립사 2.
후속연구
- 사찰벽화의 벽체를 구성하는 토양의 조건은 균열이나 강도 등 보존성에 영향을 미치기 때문에, 벽체 제작에 있어 토양의 선별 및 배합은 매우 중요한 부분이다. 또한 사찰벽화 보존에 있어 벽체의 파손은 채색층 손상과 직접적인 관계에 있기 때문에 벽체를 구성하는 재질특성을 명확하게 파악할 때 효과적인 진단이 가능하고 보존방안을 마련할수 있다. 분석 시편들이 조선시대 사찰벽화 벽체의 대표성을 지닐 수는 없으나, 15세기에서 조선 후기까지 분포하는 점을 미루어 볼 때, 이번 연구를 통해 조선시대 사찰벽화 토벽체를 구성하는 재질의 특성과 경향성을 파악할 수 있다.
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