본 연구는 가야시대 고분인 고령 고아리 벽화고분을 대상으로 하였다. 고분의 보존환경 연구를 위해 고분의 환경(온습도, 표면온도, 결로)과 생물(미생물 분포) 모니터링을 1년간 실시하였다. 그 결과, 고분 내외부의 연평균 온도차는 $11.7^{\circ}C$로 확인되었고 고분 내부의 온도는 외부 온도와 1~2개월 격차로 변화되고 있었다. 고분 내 최고 온도는 9월, 최저 온도는 3월이었고 상대습도는 약 100%로 유지되었다. 결로의 경우 벽화가 그려진 고분 현실의 천장에는 4월부터 12월까지 결로가 발생하였고, 연도 천장에는 1년 내내 결로가 발생하였다. 고분 내부와 벽체 표면에서는 미생물이 분리 배양되어 미생물 생장에 적합한 환경이 조성되면 생장가능 할 것으로 판단된다. 따라서 미생물 생장 온도 조건을 기준으로 미생물 발생 위험 예측도를 작성하였고 8월부터 10월이 위험 기간으로 확인되었다.
본 연구는 가야시대 고분인 고령 고아리 벽화고분을 대상으로 하였다. 고분의 보존환경 연구를 위해 고분의 환경(온습도, 표면온도, 결로)과 생물(미생물 분포) 모니터링을 1년간 실시하였다. 그 결과, 고분 내외부의 연평균 온도차는 $11.7^{\circ}C$로 확인되었고 고분 내부의 온도는 외부 온도와 1~2개월 격차로 변화되고 있었다. 고분 내 최고 온도는 9월, 최저 온도는 3월이었고 상대습도는 약 100%로 유지되었다. 결로의 경우 벽화가 그려진 고분 현실의 천장에는 4월부터 12월까지 결로가 발생하였고, 연도 천장에는 1년 내내 결로가 발생하였다. 고분 내부와 벽체 표면에서는 미생물이 분리 배양되어 미생물 생장에 적합한 환경이 조성되면 생장가능 할 것으로 판단된다. 따라서 미생물 생장 온도 조건을 기준으로 미생물 발생 위험 예측도를 작성하였고 8월부터 10월이 위험 기간으로 확인되었다.
This study focused on the Gaya mural tomb located in Goa-ri, Goryeong-gun, North Gyeongsang Province, Republic of Korea. Environmental factors such as ambient temperature, relative humidity and surface temperature, and microbial distribution on mural tombs were monitored for one year to gather data ...
This study focused on the Gaya mural tomb located in Goa-ri, Goryeong-gun, North Gyeongsang Province, Republic of Korea. Environmental factors such as ambient temperature, relative humidity and surface temperature, and microbial distribution on mural tombs were monitored for one year to gather data on the conservation environment of the mural tombs. The average internal temperature difference with reference to the ambient outer temperature was observed to be $11.7^{\circ}C$ for the monitoring period and the internal temperature of the tomb was found to change periodically every one or two months in response to the outer temperature. The highest temperature was observed in September and the lowest in March. The relative humidity in the mural tomb remained constant at 100%. Between December and April, condensation occurred on the ceiling of the main room of the tomb, where the murals are located. On the ceiling of the aisle, the condensation occurred throughout the year. The inside and surface wall were isolated from microorganisms, which could grow when a suitable growth environment suitable is established. Based on microbial growth temperature conditions, risk periods of microbial hazards were established, where in the period from August to October was identified as the most dangerous.
This study focused on the Gaya mural tomb located in Goa-ri, Goryeong-gun, North Gyeongsang Province, Republic of Korea. Environmental factors such as ambient temperature, relative humidity and surface temperature, and microbial distribution on mural tombs were monitored for one year to gather data on the conservation environment of the mural tombs. The average internal temperature difference with reference to the ambient outer temperature was observed to be $11.7^{\circ}C$ for the monitoring period and the internal temperature of the tomb was found to change periodically every one or two months in response to the outer temperature. The highest temperature was observed in September and the lowest in March. The relative humidity in the mural tomb remained constant at 100%. Between December and April, condensation occurred on the ceiling of the main room of the tomb, where the murals are located. On the ceiling of the aisle, the condensation occurred throughout the year. The inside and surface wall were isolated from microorganisms, which could grow when a suitable growth environment suitable is established. Based on microbial growth temperature conditions, risk periods of microbial hazards were established, where in the period from August to October was identified as the most dangerous.
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문제 정의
그러나 현재까지 벽화의 손상은 더 진행된 상태이며, 고분 내부의 환경에 대한 정확한 정보가 없는 상태이다. 이에 본 연구는 고분의 환경을 분석하고 그에 따른 보존 방안 수립을 위한 모니터링을 실시하였다. 또한 공간 내부의 미생물 분포 조사를 실시하여 고분의 종합적인 보존환경 계획을 제시하고자 한다.
이에 본 연구는 고분의 환경을 분석하고 그에 따른 보존 방안 수립을 위한 모니터링을 실시하였다. 또한 공간 내부의 미생물 분포 조사를 실시하여 고분의 종합적인 보존환경 계획을 제시하고자 한다.
제안 방법
보존관리를 위해 미생물 발생에 대한 모니터링을 실시하였고, 표면에 형성된 흰색·황색·회색의 생물체에 대한 미생물 동정 및 대사물질 분석 결과의 레퍼런스를 제작하였다(Portillo et al.,2007; 2009).
가야의 유일한 벽화고분인 고령 고아리 벽화고분은 1963년 발견된 이래로, 3차에 걸친 보수 공사가 진행되었다. 2차 보수시 시멘트로 출입구를 만들고 문을 설치하여 출입을 가능하게 하였고, 봉토를 높였다. 봉토의 중압으로 인한 고분 내부 석실의 균열과 벽면에 부착된 회가 탈락하였다.
또한 출입에 따른 외부 공기의 유입으로 인해 결로현상 등으로 인해 벽화가 퇴색되어 형태를 알아보기 어려워졌다. 이후 3차 보수 공사를 진행하며 실측 및 봉분 층위 조사, 벽화 모사 작업등을 진행하였다. 그러나 현재까지 벽화의 손상은 더 진행된 상태이며, 고분 내부의 환경에 대한 정확한 정보가 없는 상태이다.
안정적 환경 유지를 위해 상시 출입이 어려운 고분의 특성과 고습한 특수 환경으로 인해 자동계측시스템을 고분 내·외부에 구축하였다(Figure 2).
고분 내부 공간에 따른 온도 및 상대습도를 확인하고자 온·습도센서(HMP155, Vaisala, Finland)를 현실과 연도에 배치하였다.
1963년 2월 5일자 기사로 고분의 존재가 보고되었고(Kim, 1964), 10월에 발견되어 조사가 진행되었고 1964년 1차 보수를 하였다. 이후 1977년 출입구를 만들고 봉분을 덧쌓아 올리는 2차 보수 공사를 하였다. 공사 이후의 출입, 공간 환경차이에 따른 벽화 손상, 보수로 인한 봉토 압력 발생 등의 문제로 1984년 이에 대한 3차 보수 공사를 진행하였다(Jung, 2014).
고분 내부 공간에 따른 온도 및 상대습도를 확인하고자 온·습도센서(HMP155, Vaisala, Finland)를 현실과 연도에 배치하였다. 또한 위치에 따른 표면온도의 차이를 보기 위해 현실의 북측, 남측, 천장, 바닥, 연도의 천장과 바닥에 표면온도센서(DTS12G, Vaisala, Finland)를 천연찰흙을 이용하여 설치하였다. 외부 환경이 고분 내부 환경에 미치는 영향을 확인하기 위해 온습도 측정용 멀티센서(WXT520, Vaisala, Finland)를 봉분 상부에 설치하였다.
또한 위치에 따른 표면온도의 차이를 보기 위해 현실의 북측, 남측, 천장, 바닥, 연도의 천장과 바닥에 표면온도센서(DTS12G, Vaisala, Finland)를 천연찰흙을 이용하여 설치하였다. 외부 환경이 고분 내부 환경에 미치는 영향을 확인하기 위해 온습도 측정용 멀티센서(WXT520, Vaisala, Finland)를 봉분 상부에 설치하였다. 실시간으로 측정되는 데이터는 무선으로 110 m 거리에 위치한 상무사 기념관의 컴퓨터에 10분 간격으로 자동 저장된다.
계절별 표면온도 변화는 적외선온도계(Testo 845, Testo, Germany)를 이용하여 표면온도를 0.1℃단위로 측정하였다. 측정 대상은 동 · 서· 남 · 북면과 천장 · 바닥면으로 총 6개의 면을 측정하였고, 현실과 연도 모두 측정하였다.
측정 대상은 동 · 서· 남 · 북면과 천장 · 바닥면으로 총 6개의 면을 측정하였고, 현실과 연도 모두 측정하였다. 측정일시는 계절별로 비교하기 위해 봄철(4월), 여름철(7월), 가을철(10월), 겨울철(1월)로 1일씩 조사를 실시하였다.
미생물 분포 조사는 2012년 10월(1차), 2013년 4월(2차)로 총 2회 실시하였다. 멸균봉을 이용하여 고분의 벽체 표면 미생물을 채집하였고 채집 위치는 Figure 3과 같다.
배양된 미생물은 미생물의 형태학적 차이를 기준으로 단군집 분리(single colony)를 하였고, 곰팡이는 PDA 배지, 세균은 NA(Nutrient Agar, Difco, USA) 배지에 접종하여 분리·배양하였다. 이후 단일 종으로 분리된 미생물의 종을 확인하기 위해 염기서열 분석을 실시하였다. 미생물의 gDNA는 i-genomic BYF DNA Extraction Mini Kit(iNtRON)를 사용하여 추출하였고 곰팡이는 18S rRNA region, 세균은 16S rRNA region을 증폭하기 위해 PCR(Polymerase chain reaction)을 수행하였다.
이후 단일 종으로 분리된 미생물의 종을 확인하기 위해 염기서열 분석을 실시하였다. 미생물의 gDNA는 i-genomic BYF DNA Extraction Mini Kit(iNtRON)를 사용하여 추출하였고 곰팡이는 18S rRNA region, 세균은 16S rRNA region을 증폭하기 위해 PCR(Polymerase chain reaction)을 수행하였다. 곰팡이는 ITS1(5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3')/ITS4(5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3') primer, 세균은 27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3')/1492F(5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3') primer를 사용하였다.
곰팡이는 ITS1(5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3')/ITS4(5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3') primer, 세균은 27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3')/1492F(5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3') primer를 사용하였다. 이후 증폭된 PCR 산물은 전기 영동하여 DNA를 확인하였다. 염기서열 분석은 마크로젠(주)에 의뢰하였으며 결과는 genebank(NCBI, National Center for Biotechnology Information)의 데이터베이스 BlastN Search 프로그램을 이용하여 분석하였다.
현실과 연도 천장면에는 벽화가 존재하고 있다. 현실 천장면과 바닥면의 표면온도와 계절별 고분 내부 상태조사를 통해 결로 발생을 확인한 결과를 토대로 월별 고분 현실 결로 예측도를 제작하였다(Figure 10). 12월부터 4월까지는 천장 온도가 현실 공기 중 온도 보다 낮음에 따라 공간 내 100%로 포화된 수증기는 천장면으로 응축되어 결로가 생성된다.
고아리 벽화고분을 대상으로 보존환경을 평가하기 위해 온·습도 및 미생물을 대상으로 연간 모니터링을 실시하였다.
대상 데이터
측정 대상은 동 · 서· 남 · 북면과 천장 · 바닥면으로 총 6개의 면을 측정하였고, 현실과 연도 모두 측정하였다.
미생물 분포 조사는 2012년 10월(1차), 2013년 4월(2차)로 총 2회 실시하였다. 멸균봉을 이용하여 고분의 벽체 표면 미생물을 채집하였고 채집 위치는 Figure 3과 같다. 채집한 미생물은 PDA(Potato Dextrose Agar, Difco, USA) 배지에 직접 도말한 후 28℃ 배양기에서 3~5일간 배양하였다.
멸균봉을 이용하여 고분의 벽체 표면 미생물을 채집하였고 채집 위치는 Figure 3과 같다. 채집한 미생물은 PDA(Potato Dextrose Agar, Difco, USA) 배지에 직접 도말한 후 28℃ 배양기에서 3~5일간 배양하였다. 배양된 미생물은 미생물의 형태학적 차이를 기준으로 단군집 분리(single colony)를 하였고, 곰팡이는 PDA 배지, 세균은 NA(Nutrient Agar, Difco, USA) 배지에 접종하여 분리·배양하였다.
곰팡이는 ITS1(5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3')/ITS4(5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3') primer, 세균은 27F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3')/1492F(5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3') primer를 사용하였다.
데이터처리
실시간으로 측정되는 데이터는 무선으로 110 m 거리에 위치한 상무사 기념관의 컴퓨터에 10분 간격으로 자동 저장된다. 저장된 데이터는 실시간 원격 프로그램을 이용, 다운로드하여 환경 분석을 하였다.
이후 증폭된 PCR 산물은 전기 영동하여 DNA를 확인하였다. 염기서열 분석은 마크로젠(주)에 의뢰하였으며 결과는 genebank(NCBI, National Center for Biotechnology Information)의 데이터베이스 BlastN Search 프로그램을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
현실의 온도 범위는 10.43℃~22.06℃로 연간 최저·최고 온도 차이는 11.63℃로 확인되었다.
월별 고분 외부 및 현실 내부 온도를 비교한 결과, 현실의 연평균 온도는 16.0℃, 외부의 연평균 온도는 12.4℃로 확인되었다(Figure 4). 현실의 온도 범위는 10.
5℃ 정도로 크지 않은 것으로 확인되었다. 북벽의 연중 최저, 최고 온도 차이는 11.26℃, 남벽의 온도 차이는 11.37℃로 확인되었고, 상대적으로 연도와 외기에 노출된 남측면의 온도차이가 클 것으로 예상되었으나 현실 공간 내에서 큰 차이가 없었다.
고분 현실 천장과 바닥, 연도 천장과 바닥의 표면온도를 비교하였고, 현실과 연도의 위치에 따른 표면온도는 유사한 것으로 확인되었다(Figrue 6). 여름철의 경우, 외부 환경의 영향을 크게 받는 천장의 온도가 현실, 연도 모두 바닥보다 높았고 겨울철은 바닥보다 낮았다.
봄철은 고분 구조의 특성으로 인해 방위와 위치 상관없이 공기 중 온도의 경향과 동일하게 계절 중 가장 낮게 측정되었다(Figure 8B). 현실의 위치별 표면온도 차이는 1℃ 내외였고, 현실에서 연도로 갈수록 외부 환경과의 인접성으로 인해 온도가 높아지는 것이 확인되었다. 여름철은 사계절 중 상부와 하부의 표면온도차이가 가장 높았고, 천장면은 외부 환경의 영향으로 바닥면보다 높았다(Figure 8C).
여름철은 사계절 중 상부와 하부의 표면온도차이가 가장 높았고, 천장면은 외부 환경의 영향으로 바닥면보다 높았다(Figure 8C). 또한 봄철과 유사하게 외부의 영향으로 출입구에 인접해질수록 온도가 높아졌다. 가을철은 고분 내부의 공기 중 온도의 경향과 동일하게 현실 내부표면온도가 가장 높았고(Figure 8D), 현실 내부의 표면온도 차이는 1℃ 내외였다.
여름철(7월)과 가을철(10월)의 경우, 천장면에 직접적인 결로 발생은 확인되지 않았다. 결로가 발생하는 시기는 현실 내부의 표면온도가 천장면이 바닥면보다 낮고, 현실의 공기 중 온도보다 낮을 때 발생하는 것으로 확인되었다. 결로는 일반적으로 천장, 벽, 바닥 등의 표면 또는 그 내부 온도가 그 위치의 습공기의 노점 이하로 되었을 때 공기 중의 수증기가 액화되면서 맺히게 된다.
1차 조사 시 현실(동 · 서 · 남 · 북)과 연도에서 분리된 미생물은 총 22종이었고 2차 조사에서는 12종이 분리되었다.
고분 내 벽체에서 분리한 표면미생물의 염기서열 분석 결과, 1차 조사에는 곰팡이 15종, 세균 5종이 동정되었다(Table 1). 곰팡이는 자낭균류 13종, 접합균류 2종이며 세균은 후벽균루 4종과 프로테오박테리아 1종이었다.
고분 내 벽체에서 분리한 표면미생물의 염기서열 분석 결과, 1차 조사에는 곰팡이 15종, 세균 5종이 동정되었다(Table 1). 곰팡이는 자낭균류 13종, 접합균류 2종이며 세균은 후벽균루 4종과 프로테오박테리아 1종이었다. 2차 조사에는 자낭균류와 담자균류, 접합균류에 속하는 곰팡이 10종과 후벽균류와 박테로이디스에 속하는 세균 3종이 동정 되었다(Table 2).
곰팡이는 자낭균류 13종, 접합균류 2종이며 세균은 후벽균루 4종과 프로테오박테리아 1종이었다. 2차 조사에는 자낭균류와 담자균류, 접합균류에 속하는 곰팡이 10종과 후벽균류와 박테로이디스에 속하는 세균 3종이 동정 되었다(Table 2).
1차 조사 시 현실(동 · 서 · 남 · 북)과 연도에서 분리된 미생물은 총 22종이었고 2차 조사에서는 12종이 분리되었다. 1, 2차 조사에서 확인된 미생물 종의 수는 현실의 동측면(1차: 8종, 2차: 3종)과 연도(1차: 6종, 2차: 7종)에서 가장 많았다(Table 3).
1, 2차 조사에서 모두 토양에서 발견되는 곰팡이 3종(Fusarium oxysporum, Mortierella ambigua, Talaromycesflavus)과 세균 1종(Paenibacillus terrae)이 확인되었고, Mortierella ambigua와 Paenibacillus terrae은 동일한 위치에서 2회 분리 배양되었다. 그리고 2곳 이상의 위치에서 채집된 미생물은 Bacillus megaterium(1차: 현실 서·남·북측 면)과 Bacillus subtilis(1차: 현실 동·남측면), Talaromycesflavus(1차: 현실 동·북측면)로 확인되었다.
공간 내 공기중 부유균과 표면 미생물을 포집한 결과 곰팡이는 22종, 세균은 9종이 확인되었다. 미생물 종은 고분 현실의 동측면과 연도에서 가장 많이 분류되었는데, 연도의 출입구와 인접성에서 기인한 것으로 판단된다.
공간 내 공기중 부유균과 표면 미생물을 포집한 결과 곰팡이는 22종, 세균은 9종이 확인되었다. 미생물 종은 고분 현실의 동측면과 연도에서 가장 많이 분류되었는데, 연도의 출입구와 인접성에서 기인한 것으로 판단된다. 동정된 곰팡이 Acremonium sp.
고아리 벽화고분을 대상으로 보존환경을 평가하기 위해 온·습도 및 미생물을 대상으로 연간 모니터링을 실시하였다. 그 결과, 고분 현실은 연평균 온도차가 11.7℃로, 외부환경에 빠르게 반응하는 것으로 확인되었다. 또한 벽화가 존재하는 현실 천장면과 연도의 천장면에 결로가 발생하는 것이 확인되었다.
7℃로, 외부환경에 빠르게 반응하는 것으로 확인되었다. 또한 벽화가 존재하는 현실 천장면과 연도의 천장면에 결로가 발생하는 것이 확인되었다. 현실은 겨울에서 봄, 12월부터 4월까지 결로가 발생했지만 연도는 연중 결로가 발생하였다.
현실은 겨울에서 봄, 12월부터 4월까지 결로가 발생했지만 연도는 연중 결로가 발생하였다. 미생물 분포를 확인하고 그 위험성을 예측한 결과, 공기 중에서 흔하게 확인되는 부유균이 우점종으로 확인되었다. 프랑스 라스코 동굴벽화 및 일본 키토라, 다카마쓰즈카에서 발견된 사례가 있는 Fusarium sp.
프랑스 라스코 동굴벽화 및 일본 키토라, 다카마쓰즈카에서 발견된 사례가 있는 Fusarium sp.가 확인되어 고아리 벽화고분의 저온·고습한 환경에서 성장할 가능성이 높을 것으로 예측된다. 고아리 벽화고분에서 확인된 미생물의 적정 생장 온도는 24℃로 이는 20℃가 넘는 조건에서 생장이 가능함에 따라 8~10월이 미생물 발생 위험기간으로 예상된다.
그리고 2곳 이상의 위치에서 채집된 미생물은 Bacillus megaterium(1차: 현실 서·남·북측 면)과 Bacillus subtilis(1차: 현실 동·남측면), Talaromycesflavus(1차: 현실 동·북측면)로 확인되었다.
후속연구
또한 고분을 장기적으로 보존하기 위해서는 송산리 6호분과 능산리 1호분처럼 외부 환경의 유입을 최소화 할 수 있는 별도의 출입시설 설치 등의 종합적인 공간계획 수립이 필요하다. 현재 고아리 벽화고분은 외부에서 출입문을 열면 바로 연도에서 현실로 이어지는 구조이다.
결로 발생기간과 미생물 위험 기간은 서로 상충됨에 따라 이에 따른 상시 모니터링 및 관리가 필요하다. 고분의 특성상 주기적인 출입의 어려움이 있음에 따라 차후 결로 제어시스템과 미생물 제어를 위한 환경 시스템 구축이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
삼국시대 고분 벽화는 무엇을 그려 넣었는가?
삼국시대 고분 벽화는 일반적으로 당시 생활 풍속이나 장식적인 무늬, 사신 등을 그려 넣었다. 이러한 벽화는 삼국시대 중에서도 고구려에 집중적으로 조성되었고 백제와 신라에서는 그 개체수가 매우 적다.
고분은 무엇인가?
고분은 죽은 사람을 매장한 곳이면서 그 당시의 사회가 죽음을 표현한 것을 상징적으로 보여주는 것이다. 고분은 자연환경에 직접적인 영향을 받지만 그 당시 사회의 죽음에 대한 인식이나 문화적 차이에 따라 다른 형태로 나타난다.
고령 고아리 벽화고분은 언제 축조된 것으로 추정되는가?
고령 고아리 벽화고분은 천정에 연화문이 있는 가야의 벽화고분으로, 사적 제165호로 지정되었다. 고분은 구조형식으로 미루어보아 대가야 시기인 6세기 초 · 중반에 축조된 것으로 추정되며, 현실 내에 위치한 2기의 관대를 통해 추가장 됐을 것으로 판단되고 있다(Cho, 2008). 고분은 현실과 연도로 구성되어있고, 현실은 남북측이 긴 장방형 평면이고, 연도는 현실 남벽의 동쪽에 위치하는 가야시대 횡혈식석실묘이다(Figure 1).
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