[논문]보물 제337호 청양 장곡사 금동약사여래좌상의 제작기법 및 납 원료 산지연구

배고운; 이상옥; 범대건; 정광용

doi:10.12654/jcs.2018.34.1.07

문제 정의

본 연구에서는 장곡사 금동약사여래좌상을 대상으로 미세조직 관찰 및 성분분석을 통한 제작기법 및 합금비 규명,납동위원소비 분석을 통한 원료산지와 소재지의 연관성을 확인하고자 하였다. 또한 선행연구된 강진 고성사 청동보살좌상의 제작기법 및 산지추정 연구결과와 비교분석하여 고려시대 후기 청동 및 금동제 불상의 제작기술체계에 대해 알아보고자 하였으며, 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 장곡사 금동약사여래좌상을 대상으로 미세조직 관찰 및 성분분석을 통한 제작기법 및 합금비 규명,납동위원소비 분석을 통한 원료산지와 소재지의 연관성을 확인하고자 하였다. 또한 선행연구된 강진 고성사 청동보살좌상의 제작기법 및 산지추정 연구결과와 비교분석하여 고려시대 후기 청동 및 금동제 불상의 제작기술체계에 대해 알아보고자 하였으며, 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 장곡사 금동약사여래좌상의 보존처리과정에서 수습된 극미량의 시료를 대상으로 미세조직 관찰 및 성분분석을 통한 제작기법 및 합금비 규명, 납동위원소비 분석을 통한 납 원료산지 추정 및 원료와 소재지의 연관성을 확인하였다. 이러한 연구결과를 종합하여 고려 후기 청동 및 금동제불상의 제작기술체계에 대해 알아보고자 하였다.
위의 과학적 분석결과를 토대로 고고․미술사학적 특징을 통해 두 불좌상 간의 제작기법 차이를 해석하고자 하였다. 서론에서 언급된 고려 후기 불상 형식 분류에서 장곡사 금동약사여래좌상은 전통적 양식으로 분류되는 반면 고성사 청동보살좌상의 경우 중국적인 요소가 가미된 새로운 양식으로 분류된다.
본 연구에서는 장곡사 금동약사여래좌상의 보존처리과정에서 수습된 극미량의 시료를 대상으로 미세조직 관찰 및 성분분석을 통한 제작기법 및 합금비 규명, 납동위원소비 분석을 통한 납 원료산지 추정 및 원료와 소재지의 연관성을 확인하였다. 이러한 연구결과를 종합하여 고려 후기 청동 및 금동제불상의 제작기술체계에 대해 알아보고자 하였다.
장곡사 금동약사여래좌상의 과학적 분석결과를 바탕으로 유사시기에 제작된 기타 청동제 불상의 제작기법과 비교분석하고, 고고․미술사학적 정보를 접목하여 고려 후기 청동 및 금동제 불상의 제작기법 및 원료 산지 연관성을 알아보고자 하였다. 비교대상으로는 고려 후기 제작된 것으로 알려진 청동제 불상 중 강진 고성사 청동보살좌상의 제작기법에 관한 선행연구결과(Chung et al.

제안 방법

청동 및 금동제 불상의 금속학적 연구로는 소지금속의 미세조직 관찰 및 성분 분석이 중점적으로 이루어졌으며, 이를 통해 불상 제작에 사용된 동광석의 특성 및 합금비, 응용된 제작기술체계를 추론할 수 있다. 또한 불상에 포함된 납 성분의 동위원소비 분석을 실시하여 납 원료산지를 추정하고, 해당 시기의 원료 수급 및 유통에 관한 정보를 얻을 수 있다. 이러한 과학적 연구결과는 고고 · 미술사학적 고찰을 통한 불상 제작연대 추정의 근거자료로 활용될 뿐만 아니라 고대 금속제 불상의 제작기법을 규명할 수 있는 과학적 자료로서 중요한 가치를 지닌다.
장곡사 금동약사여래좌상은 표면오염 및 개금층 박락 등의 손상이 발생하여 2013년부터 2014년까지 보존처리가 진행된 바 있다. 문화재라는 특수성을 고려하여 보존처리과정 중 불상 내부에서 수습 가능한 극미량의 시료를 대상으로 과학적 분석을 실시하였다.
그 다음 바이알 뚜껑을 열고 가열하여 건조하고, 6 N 염산 2 ml 정도를 사용하여 다시 건조시킨 후 1N HBr 1 ml 정도에 녹였다. 원심 분리시켜 녹인 시료는 음이온교환수지(AGI-X8, chloride form, 100-200#)와 1 NHBr을 사용하여 납을 분리하여 Re single filament에 얹어 열이온화질량분석기를 사용하여 동위원소비를 측정하였다. 분석결과는 표준물질(NBS SRM 981)의 측정치를 사용하여 보정한 것이다.
이어 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 분광분석기(EDS: Energy Dispersive Spectrometer, INCA, Olympus, Japan)를 이용하여 미세조직별 성분함량 및 미량성분 분석을 실시하였으며, 유도결합플라즈마질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)를 이용하여 10개 원소(Cu, Sn, Pb, Ag, As, Co, Fe, Ni, Sb, Zn)의 성분함량을 분석하고 총 3회 평균값을 정량하였다.
장곡사 금동약사여래좌상의 제작에 사용된 납 원료산지 추정연구를 위해 열이온화질량분석기(TIMS)를 이용한 납 동위원소비 분석을 실시하였다. 분석결과(Table 3)를 동북아지역의 방연석 광산 분포도(Mabuchi, 1985)와 한반도 납 동위원소 분포도(Korean Peninsula Lead Isotope Database,KOPLID, 2010∼2012)를 함께 활용하여 비교분석하였다.
채취한 시료는 에폭시 수지로 마운팅한 후 200, 400, 600, 800, 1200, 1500, 2000, 4000 mesh의 순서로 연마제(DP-spray 3 μm, 1 μm, Struers)를 사용하여 연마하였다.

데이터처리

분석결과(Table 3)를 동북아지역의 방연석 광산 분포도(Mabuchi, 1985)와 한반도 납 동위원소 분포도(Korean Peninsula Lead Isotope Database,KOPLID, 2010∼2012)를 함께 활용하여 비교분석하였다.
장곡사 금동약사여래좌상의 과학적 분석결과를 바탕으로 유사시기에 제작된 기타 청동제 불상의 제작기법과 비교분석하고, 고고․미술사학적 정보를 접목하여 고려 후기 청동 및 금동제 불상의 제작기법 및 원료 산지 연관성을 알아보고자 하였다. 비교대상으로는 고려 후기 제작된 것으로 알려진 청동제 불상 중 강진 고성사 청동보살좌상의 제작기법에 관한 선행연구결과(Chung et al., 2011)를 인용하여 비교분석하였다.

이론/모형

불상에 포함된 납 성분의 동위원소비 분석을 통한 원료 산지를 알아보기 위해 한국기초과학지원연구원(KBSI)의 열이온화질량분석기(TIMS: Thermal Ionization Mass Spectrometer,VG Sector 54-30, England)를 활용하였다. 극미량의 시료를 수습하여 데프론 바이알에 넣고 정제된 왕수(염산:질산= 3:1)를 2∼3 ml 첨가하고 150℃의 가열판에서 10시간 이상 가열하였다.
연마가 완료된 시편은 에칭액(FeCl3+HCl+H2O)을 사용하여 에칭하였다. 전처리가 완료된 시료의 미세조직 관찰을 위해 금속현미경(Metallurgical Microscope, Epiphoto 200, Nikon, Japan)과주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope, JSM5510, JEOL, Japan)을 이용하였다.

성능/효과

1. 장곡사 금동약사여래좌상의 미세조직 관찰 및 성분분석결과 Cu-Sn-Pb 삼원합금으로, 주조 후 기타 가공공정 없이 서냉하여 제작된 것으로 판단된다. 특히 납 함량비가 17.
2. 유사시기에 제작된 강진 고성사 청동보살좌상 제작기법 분석결과 장곡사 금동약사여래좌상과 동일하게 주조 후 서냉하여 제작한 것으로 추정되나, 성분분석결과 구리(Cu) 83.08%, 주석(Sn) 14.01%, 납(Pb) 2.70%의 삼원합금으로 납 함량비에서 큰 차이를 보이고 있다. 이는 불상의 크기 및 조성 시기 차이로 인한 결과로 볼 수 있으며, 제작 당시 제작자의 의도 또는 원료 수급 상황에 따라 납의 함량을 높이는 대신 천의자락 표현에 있어 분리주조기법을 선택적으로 적용하여 완성도를 높이고자 하였을 가능성을 제시할 수 있다.
3. 열이온화질량분석기(TIMS)를 이용한 장곡사 금동약사여래좌상의 납 원료산지 분석결과 불상이 봉안된 장곡사가 위치한 전라도와 충청도 지역에 해당하는 영남육괴 및 옥천변성대 영역(Zone 3)에 도시되었다. 고성사 청동보살좌상의 납동위원소비 분석결과 또한 동일 영역에 도시되었으며, 결과적으로 두 불좌상 모두 제작 시 사찰과 동일 영역에 해당하는 인근 방연석 광산 중 원료 수급이 용이한 곳에서 채취한 원료를 사용하였을 것으로 유추된다.
그러나 한반도 납동위원소비 분포도에서 제시된 Zone 3영역은 가장 많은 광산 수가 포함되어 있으며, 각 불상이 봉안된 사찰의 위치가 지리적으로 상당히 거리가 있으므로 분석결과만으로 두 불좌상의 원료 산지 연관성을 확인하기는 어렵다. 결과적으로 두 불좌상 모두 제작 시 사찰과 동일 영역에 해당하는 인근 방연석 광산 중 원료 수급이 용이한 곳에서 채취한 재료를 사용하였을 것으로 해석 가능하다. 그러나 제작 당시 여러 광산의 원료 물질을 혼합하여 사용하였거나 기 제작된 청동제품을 1차 소재로 재활용하였을 가능성도 배제할 수 없으므로 결과 해석에 주의가 필요할 것으로 판단된다.
열이온화질량분석기(TIMS)를 이용한 장곡사 금동약사여래좌상의 납 원료산지 분석결과 불상이 봉안된 장곡사가 위치한 전라도와 충청도 지역에 해당하는 영남육괴 및 옥천변성대 영역(Zone 3)에 도시되었다. 고성사 청동보살좌상의 납동위원소비 분석결과 또한 동일 영역에 도시되었으며, 결과적으로 두 불좌상 모두 제작 시 사찰과 동일 영역에 해당하는 인근 방연석 광산 중 원료 수급이 용이한 곳에서 채취한 원료를 사용하였을 것으로 유추된다. 그러나 해당 분석결과만으로 납 원료산지를 정확히 판단하기는 어려우므로 유사시기 제작된 불상의 납동위원소비 분석결과를 축적하여 비교분석이 필요할 것으로 생각된다.
고성사 청동보살좌상의 미세조직 관찰결과 별도의 열처리 및 가공 공정 없이 주조 후 서냉하여 제작한 것으로 추정되며, 유도결합플라즈마발광분석기(ICP-MS)를 이용한 성분분석결과(Table 4) 구리(Cu) 83.08%, 주석(Sn) 14.01%,납(Pb) 2.70%의 삼원합금으로 확인되었다. 이는 선행연구 결과(Hwang, 2009)에서 제시된 납의 함량이 낮은 소형 금동불상의 합금비와 유사한 경향성을 나타내고 있다.
두 불좌상의 자연과학적 분석결과를 종합적으로 비교한 결과 미세조직의 유사성과 함께 삼원합금(Cu-Sn-Pb)으로 구성된 공통점을 확인하였다. 그러나 장곡사 금동약사여래좌상은 납(Pb) 함량이 17.
서론에서 언급된 고려 후기 불상 형식 분류에서 장곡사 금동약사여래좌상은 전통적 양식으로 분류되는 반면 고성사 청동보살좌상의 경우 중국적인 요소가 가미된 새로운 양식으로 분류된다. 또한 고성사 청동보살좌상은 1211년(고려, 희종 7) 원묘국사(圓妙國師) 요세(了世)가 백련사의 부속암자로 고성사를 창건할 무렵에 조성되었을 가능성이 높은 작품으로 평가되는 점을 근거로 할 때 1346년 조성된 장곡사 금동약사여래좌상과의 조성 시기에서 상당한 차이를 확인할 수 있다. 따라서 장곡사 금동약사여래좌상과 고성사 청동보살좌상은 조성 시기 및 양식적 특성 차이와 함께 제작기술 또한 상이하게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한 흑색과 회색의 개재물이 다수 관찰되는데 이는 각각 납(Pb)과 황(S)의 편석물로 추정되며, Pb의 경우 Cu-Sn 합금 내에서 고용도가 거의 없으므로 이와 같이 편석 형태로 나타나는 것으로 판단된다. 미세조직 관찰결과를 종합해 볼 때 장곡사 금동약사여래좌상은 주조 후 서냉하여 제작한 것으로 추정되며, 가공 및 열처리로 인한 조직변형이 관찰되지 않는 것으로 보아 주조공정 이외에 추가적인 두드림이나 열처리 공정은 수행되지 않은 것으로 보인다.
유도결합플라즈마발광분석기(ICP-MS)를 이용한 성분분석결과(Table 1) 구리(Cu) 68.8%, 주석(Sn) 10.4%, 납(Pb) 17.1%의 삼원합금으로 확인되었다. 장곡사 금동약사여래좌상의 경우 높이 88 cm로 중․대형 불상에 해당하는데, 이는 선행연구결과(Hwang, 2009)에서 제시된 중․대형 불상 합금비 및 납 함량비(10~20%)와 유사한 것을 알 수 있다.
0%로 확인되었다. 이와 같은 선행연구결과를 참고로 하여 불상의 크기가 클수록 주조의 용이성을 위해 납 함량비가 높아진다는 점을 근거로 삼아 대형불상에 해당하는 장곡사 금동약사여래좌상의 납 함량비가 높게 나타난다는 결론을 도출할 수 있다.

후속연구

결과적으로 두 불좌상 모두 제작 시 사찰과 동일 영역에 해당하는 인근 방연석 광산 중 원료 수급이 용이한 곳에서 채취한 재료를 사용하였을 것으로 해석 가능하다. 그러나 제작 당시 여러 광산의 원료 물질을 혼합하여 사용하였거나 기 제작된 청동제품을 1차 소재로 재활용하였을 가능성도 배제할 수 없으므로 결과 해석에 주의가 필요할 것으로 판단된다.
고성사 청동보살좌상의 납동위원소비 분석결과 또한 동일 영역에 도시되었으며, 결과적으로 두 불좌상 모두 제작 시 사찰과 동일 영역에 해당하는 인근 방연석 광산 중 원료 수급이 용이한 곳에서 채취한 원료를 사용하였을 것으로 유추된다. 그러나 해당 분석결과만으로 납 원료산지를 정확히 판단하기는 어려우므로 유사시기 제작된 불상의 납동위원소비 분석결과를 축적하여 비교분석이 필요할 것으로 생각된다.
따라서 조성연대가 명확한 불상을 대상으로 고고 · 미술사학적 고찰과 금속학적 연구결과를 종합적으로 비교분석한다면 해당 시기의 불상 제작기법 및 주조기술, 제작원료 수급 및 유통과정에 대한 심층적인 연구가 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.
70%의 삼원합금으로 납 함량비에서 큰 차이를 보이고 있다. 이는 불상의 크기 및 조성 시기 차이로 인한 결과로 볼 수 있으며, 제작 당시 제작자의 의도 또는 원료 수급 상황에 따라 납의 함량을 높이는 대신 천의자락 표현에 있어 분리주조기법을 선택적으로 적용하여 완성도를 높이고자 하였을 가능성을 제시할 수 있다.
이는 제작자의 의도 또는 원료 수급 상황에 따라 납의 함량을 높이는 대신 천의자락 표현에 있어 분리주조기법을 선택적으로 적용하여 완성도를 높이고자 하였을 가능성을 제시할 수 있다. 정확한 비교분석을 위해서는 장곡사 금동약사여래좌상의 주조기법 및 해당 시기의 주조기술에 관한 추가적인 근거자료가 필요할 것으로 판단된다.
위와 같이 고려 후기 제작된 청동 및 금동제 불상의 제작기법 및 납 원료산지 연구를 통해 불상 제작에 적용된 주조기술 및 문양 표현기법의 변화를 엿볼 수 있으며, 불상 제작 시 불상의 크기와 형태적 요소 및 원료 수급 상황에 따라 합금비 및 주조기술을 적절히 조절하여 제작하였을 것으로 유추할 수 있다. 향후 고려시대 청동 및 금동제 불상의 제작기술체계에 대한 심층적인 연구를 위해 본 연구가 기초자료로 활용될 수 있기를 바라며, 시기별 불상의 양식적 특성 및 제작기법과 함께 과학적 분석을 통한 재료학적 특성 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 생각된다

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고려시대 불교조각의 특징은 무엇인가?	고려시대 불교조각은 단아함과 화려함을 동시에 겸비한 다양한 양식과 도상적 특징을 지니고 있다. 이중 고려시대 후기 불교조각은 전통적 양식과 중국적인 요소가 가미된 새로운 양식으로 분류할 수 있다.
	보물 제337호는 무엇인가?	보물 제337호 청양 장곡사 금동약사여래좌상을 대상으로 불상의 제작기술체계 및 납 원료산지를 규명하고자 하였다. 성분분석결과 구리(Cu) 68.
	납 함량비가 선행연구된 합금비 및 납 함량비와 유사한 이유는 무엇인가?	1%로 선행연구된 중․대형불상 합금비 및 납 함량비와 유사한 것을 확인하였다. 이는 제작 시 쇳물의 용융점을 낮추어 주조를 용이하게 하고, 매끈한 표면과 문양 표현의 완성도를 높이기 위해 의도적으로 납을 다량 첨가한 것으로 볼 수 있다.

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