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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 2017년 실시된 직지사 대웅전 벽화 보존처리를 위한 과학적 조사 과정의 일환으로 포벽화 상태조사 및 진단 연구 결과를 제시하여 향후 벽화 보존방안에 있어 효과적인 정보를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 각 손상유형의 손상도 평가는 매우 심함(very severe, +++++), 심함(severe, ++++), 보통(normal, +++), 약함(weak, ++), 매우 약함(very weak, +)의 다섯 가지 레벨으로 나누어 작성하였다(Table 3). 각 방위별로 전체적인 손상을 비교한 후, 각 벽화의 범례별 손상을 고려한 후 합산하여 평가하였다
- 손상은 크게 채색층 손상과 벽체 손상으로 구분하였으며, 채색층 손상은 다시 채색층 박리·박락, 오염, 누수, 분말화로 세분하고, 벽체층은 마감층 박리, 마감층 박락, 벽체 파손, 균열, 박락, 유실 등의 유형으로 세분하였다. 각 손상유형의 손상도 평가는 매우 심함(very severe, +++++), 심함(severe, ++++), 보통(normal, +++), 약함(weak, ++), 매우 약함(very weak, +)의 다섯 가지 레벨으로 나누어 작성하였다(Table 3). 각 방위별로 전체적인 손상을 비교한 후, 각 벽화의 범례별 손상을 고려한 후 합산하여 평가하였다
- 채취된 시편에 대해 우선적으로 광학현미경(Optical Microscope, Axiotech 100HD, Carl Zeiss, Germany)을 사용한 기초조사를 실시하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JSM-5910LV, Jeol, Japan/S-2300, Hitachi,Japan)을 사용한 미세조직분석과 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 형광엑스선분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, Oxford 7324, Oxford Inc, England/Sigma MS2, KEVEX-superdry, USA)를 사용하여 화학성분 분석을 실시하였다. 또한 미소부 엑스선회절분석기(X-ray Diffraction, Empyrean, PANalytical, Netherlands/ D/MAX2500/PC, Rigaku, Japan)를 사용한 광물결정상 분석을 실시하였다.
- 현황조사는 먼저, 대웅전 내부 벽화의 위치 및 수량 등을 분류하고 정리하여 목록화 하였다. 또한 중형 디지털팩(PHASE ONE, 645DF, Denmark)을 사용하여 조사대상 벽화에 대한 고해상도 촬영을 실시하였으며, 디지털카메라와 함께 연색성을 고려한 LED조명을 사용하여 벽화 손상 및 특징 등 세부 현황을 정밀촬영 하였다.
- 직지사 대웅전 내부 포벽화에 대한 손상유형과 정도를 파악하고자 현장에서 육안조사를 바탕으로 보존상태 정밀조사를 실시하였다. 먼저, 체크리스트를 작성하여 손상 현황에 대한 자세하게 기록과 함께 실측 및 손상도면을 작성하였다(Figure 1). 전반적인 손상현황을 파악 후 두드러지게 나타나는 손상과 함께 벽화 위치나 조건별 등 특징적으로 나타나는 손상을 포함하여 유형을 분류하고 정리하였다.
- 벽체 시료의 입도분석은 건조된 시료를 적당량의 증류수에 분산시킨 후 체에 거르는 습식 체가름 분석으로 실시하였으며, 체를 통과시켜 잔류된 토양의 무게를 측정하여 누적백분율로 나타냈다. 입자 크기 분류는 미농무부(USDA) 및 국제토양학회(ISSS)기준에 따랐다.
- 손상은 크게 채색층 손상과 벽체 손상으로 구분하였으며, 채색층 손상은 다시 채색층 박리·박락, 오염, 누수, 분말화로 세분하고, 벽체층은 마감층 박리, 마감층 박락, 벽체 파손, 균열, 박락, 유실 등의 유형으로 세분하였다.
- 탐촉자 간의 거리는 100 mm의 간격을 유지하여 측정 하였다. 이를 바탕으로 대웅전 내부 포벽화의 벽화 표면물성을 측정하였으며, 측정 지점별로 나타나는 초음파속도를 토대로 상대적인 물성 분포도를 작성하였다.
- 먼저, 체크리스트를 작성하여 손상 현황에 대한 자세하게 기록과 함께 실측 및 손상도면을 작성하였다(Figure 1). 전반적인 손상현황을 파악 후 두드러지게 나타나는 손상과 함께 벽화 위치나 조건별 등 특징적으로 나타나는 손상을 포함하여 유형을 분류하고 정리하였다. 손상은 크게 채색층 손상과 벽체 손상으로 구분하였으며, 채색층 손상은 다시 채색층 박리·박락, 오염, 누수, 분말화로 세분하고, 벽체층은 마감층 박리, 마감층 박락, 벽체 파손, 균열, 박락, 유실 등의 유형으로 세분하였다.
- 적외선 열화상 분석은 물체 표면에서 방출되는 적외선을 검출하여 온도분포에 따라 다른 색상으로 나타낸다. 직지사 대웅전 내부 포벽화 표면 물성진단을 위해 고해상도 적외선 열화상촬영기(testo 882, Testo, Germany)를 사용하였으며, 연동 소프트웨어를 사용하였다. 적외선 열화상 촬영의 방법은 외부 가열이나 냉각 없이 자연적으로 표면에 발생하는 온도차 혹은 물체와 주변 환경 사이의 온도분포를 이용한 수동적 방법(passive)과 함께 조사 대상에 직접 램프, 히터, 열풍장치 등으로 인위적인 열 유동을 발생시켜 측정대상물의 균열과 내부결함을 검출하는 능동적 방법(active) 두 가지로 분류된다.
- 직지사 대웅전 내부 포벽화에 대한 손상유형과 정도를 파악하고자 현장에서 육안조사를 바탕으로 보존상태 정밀조사를 실시하였다. 먼저, 체크리스트를 작성하여 손상 현황에 대한 자세하게 기록과 함께 실측 및 손상도면을 작성하였다(Figure 1).
- 재질특성 분석연구는 벽체를 구성하는 재료에 대해 화학성분 및 광물결정상 그리고 입도분포 등의 분석을 실시하였으며, 분석 대상은 벽화에서 박락된 일부시료를 사용하였다(Table 1). 채취된 시편에 대해 우선적으로 광학현미경(Optical Microscope, Axiotech 100HD, Carl Zeiss, Germany)을 사용한 기초조사를 실시하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JSM-5910LV, Jeol, Japan/S-2300, Hitachi,Japan)을 사용한 미세조직분석과 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 형광엑스선분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, Oxford 7324, Oxford Inc, England/Sigma MS2, KEVEX-superdry, USA)를 사용하여 화학성분 분석을 실시하였다. 또한 미소부 엑스선회절분석기(X-ray Diffraction, Empyrean, PANalytical, Netherlands/ D/MAX2500/PC, Rigaku, Japan)를 사용한 광물결정상 분석을 실시하였다.
- 이번 조사에 쓰인 진단장비는 초음파 측정기(Ultracon170, MKC Korea, Korea) 및 침봉형 탐촉자를 사용하였으며, 측정법으로는 벽화 구조상 직접법(direct method), 반직접법(semidirect method)을 이용한 초음파 탐상이 불가능하므로 간접법(indirect method)으로 측정을 실시하였다. 파형은 P파(종파), 전압 1200 V, 주파수 5 Hz로 측정조건을 설정하였으며, 측정값은 초음파의 전달 속도(velocity, m/sec)을 지표로 하였다. 탐촉자 간의 거리는 100 mm의 간격을 유지하여 측정 하였다.
- 포벽화의 경우 그림의 면적이 상대적으로 좁기 때문에 측정의 용이성과 객관성 있는 데이터 도출을 위하여 파장 및 탐촉자 간 거리 보정을 통하여 다량의 측정지점을 확보하였다. 초음파 탐상 결과 속도 값을 통해 벽화별 상대적인 물성을 파악할 수 있었으며, 벽화별 평균속도는 낮게는 약 195.
- 현황조사는 먼저, 대웅전 내부 벽화의 위치 및 수량 등을 분류하고 정리하여 목록화 하였다. 또한 중형 디지털팩(PHASE ONE, 645DF, Denmark)을 사용하여 조사대상 벽화에 대한 고해상도 촬영을 실시하였으며, 디지털카메라와 함께 연색성을 고려한 LED조명을 사용하여 벽화 손상 및 특징 등 세부 현황을 정밀촬영 하였다.
대상 데이터
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4. 벽체 재질분석
재질특성 분석연구는 벽체를 구성하는 재료에 대해 화학성분 및 광물결정상 그리고 입도분포 등의 분석을 실시하였으며, 분석 대상은 벽화에서 박락된 일부시료를 사용하였다(Table 1)
. 채취된 시편에 대해 우선적으로 광학현미경(Optical Microscope, Axiotech 100HD, Carl Zeiss, Germany)을 사용한 기초조사를 실시하였으며, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JSM-5910LV, Jeol, Japan/S-2300, Hitachi,Japan)을 사용한 미세조직분석과 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 형광엑스선분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, Oxford 7324, Oxford Inc, England/Sigma MS2, KEVEX-superdry, USA)를 사용하여 화학성분 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 이번 조사에 쓰인 진단장비는 초음파 측정기(Ultracon170, MKC Korea, Korea) 및 침봉형 탐촉자를 사용하였으며, 측정법으로는 벽화 구조상 직접법(direct method), 반직접법(semidirect method)을 이용한 초음파 탐상이 불가능하므로 간접법(indirect method)으로 측정을 실시하였다. 파형은 P파(종파), 전압 1200 V, 주파수 5 Hz로 측정조건을 설정하였으며, 측정값은 초음파의 전달 속도(velocity, m/sec)을 지표로 하였다.
- 벽체 시료의 입도분석은 건조된 시료를 적당량의 증류수에 분산시킨 후 체에 거르는 습식 체가름 분석으로 실시하였으며, 체를 통과시켜 잔류된 토양의 무게를 측정하여 누적백분율로 나타냈다. 입자 크기 분류는 미농무부(USDA) 및 국제토양학회(ISSS)기준에 따랐다.
성능/효과
- 벽체층 손상 유형은 크게 균열, 파손, 분리, 유실 등으로 구분된다. 가장 두드러지게 나타나는 손상은 벽체의 균열이며, 벽체 내부까지 심화된 균열부터 마감층 두께의 얇은 미세균열 등 다양한 양상의 균열들이 확인되었다. 일부 벽화는 심화균열이 크게 발달되어 임계점에 달한 것으로 보이는 경우도 있으며, 미세 균열은 현재 진행 중인 것으로 판단되는 부분들도 확인되었다.
- 각 층위별 시료에 대해 실체현미경을 사용하여 표면관찰을 실시한 결과, 벽체층에서는 균일한 크기의 토양입자들의 응집체와 함께 짚여물로 추정되는 섬유질이 관찰되었으며, 마감층은 벽체층에 비해 크기가 다양한 토양의 혼합으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있었다(Figure 11). 또한, 섬유질로 추정되는 물질들이 관찰되는 것으로 보아 마감층 제작에도 섬유질을 혼합한 것으로 추정된다.
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2. 광물 결정상 분석 결과
결정상 분석결과, 벽체층에서는 Quartz(석영)과 함께Chlorite(녹니석)과 Mica group(운모군) 이 검출되었으며, 마감층에서는 Quartz(석영), Albite(조장석), Mica group(운모군)이 동정되었다(Figure 12, 13)
. 따라서 벽체층과 마감 층에는 석영을 포함한 운모류 계열 광물이 사용된 것으로 추정된다 - 손상정도를 수치화하여 각각의 손상도를 합산한 결과 남측 벽화의 손상빈도가 가장 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 북측, 서측, 동측의 순으로 집계되었다. 그러나 상대적인 수치로 볼 때 순위별로 차이는 크지 않았으며, 최대와 최소인 남측과 동측의 빈도 역시 10미만인 것으로 조사되어 건물 방위에 따른 영향은 크지 않은 것으로 확인되었다(Figure 4, 5, 6, 7).
- 63%의 분포를 나타냈다. 마감층에 사용된 광물입자들의 크기는 극조립사가 약 0.95%, 조립사 약 9.52%, 중립사 약 49.52%, 세립사 약 30.95%, 극세립사 약 6.19%, 실트 이하 약 2.86%의 분포를 나타냈다(Table 6).
- 벽체 미세조직 분석결과, 벽체층 및 마감층은 모래와 점토광물 등의 입자들이 응집체를 형성하고 있는 것으로 나타났으며, 규소(Si)와 알루미늄(Al) 등 일반적인 토양물질에서 확인되는 화학성분이 검출되었다. 광물결정상 분석결과, 주 구성광물로 검출된 Quartz(석영)의 결정상은 모래의 주성분이며, 그 외 Mica group(운모류) 및 Albite(조장석), Chlorite(녹니석) 등은 장석류나 운모계열 광물의 결정상이다.
- 분석결과를 종합하면, 벽체층과 마감층에서는 다양한 입자크기의 광물들이 응집체를 형성하고 있는 것으로 확인되었으며, 광물 결정상 및 화학성분 분석결과 토벽체는 모래와 풍화토를 혼합하여 제작한 것으로 추정된다. 따라서 직지사 대웅전 포벽화 벽체는 황토와 모래 등을 주로 사용한 것으로 보이며, 이는 조선시대 사찰벽화의 제작기법 양식에서 크게 벗어나지 않는 재료특성을 나타내는 것으로 판단된다.
- 세 번째는 벽체의 균열현상이며, 네 번째는 들뜸과 균열 등 복합적인 손상으로 인한 벽체의 파손현상이다. 세 번째와 네 번째 손상유형은 상대적으로는 적은 면적이지만 벽체 구조상태에 있어 매우 취약하고 심화된 손상인 것으로 조사되었다. 다섯 번째는 벽체 균열 및 파손으로 인한 벽화면의 유실이며, 마지막 항목은 벽화 손상에서 가장 중요하게 작용하는 채색층의 박리·박락인 것으로 나타났다.
- 손상정도를 수치화하여 각각의 손상도를 합산한 결과 남측 벽화의 손상빈도가 가장 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 북측, 서측, 동측의 순으로 집계되었다. 그러나 상대적인 수치로 볼 때 순위별로 차이는 크지 않았으며, 최대와 최소인 남측과 동측의 빈도 역시 10미만인 것으로 조사되어 건물 방위에 따른 영향은 크지 않은 것으로 확인되었다(Figure 4, 5, 6, 7).
- 7 m/s까지 측정되었다. 완주 위봉사 보광명전 후불벽 배면벽화의 초음파 평균속도가 477 m/s, 강진 무위사 극락전의 삼존불화가 528 m/s, 아미타래영도가 586 m/s임을 감안할 때 유사시기 또는 유사조건의 다른 사찰벽화의 초음파 평균속도에 비해 낮게 측정되었다. 그러나 사찰벽화와 같이 복합적인 층위와 다양한 재료로 구성된 조건에서 나타나는 속도 값의 차이는 토벽체 층간의 상이한 밀도, 마감 층의 두께나 들뜸, 벽체의 균열, 벽체 내부 목부재 그리고 벽화의 전반적인 보존상태 등 여러 요인이 작용될 수 있다.
- 현재 직지사 대웅전 포벽화의 손상 상태는 심각한 수준이며, 벽화에서 확인되는 미세균열 등을 미루어볼 때 손상은 지속적으로 발달될 수 있을 것으로 판단된다. 이번 손상조사 및 진단 결과를 통해 직지사 대웅전 포벽화의 보존상태를 면밀하게 평가할 수 있었다. 또한 벽체 재질에 대한 과학적 분석을 실시하여 손상의 원인을 보다 객관적으로 추론할 수 있었다.
- 입도분석 결과 벽체층에 사용된 광물입자들의 크기는 극조립사가 약 9.38%, 조립사 약 15%, 중립사 약 30.63%, 세립사 약 20%, 극세립사 약 4.38%, 실트 이하 약 20.63%의 분포를 나타냈다. 마감층에 사용된 광물입자들의 크기는 극조립사가 약 0.
- (Lee, 2016). 입도분석 결과, 벽체층은 중립사 이상이 44.3%, 세립사 이하가 45.01%로 모래와 세립사 이하 크기의 토양을 거의 5:5로 혼합하여 제작한 것으로 조사되었다. 마감층은 중립사 이상이 59.
- 7 m/s까지 측정되었다(Table 5). 전반적인 물성을 파악 후 열화상 결과와 비교한 결과, 벽체의 들뜸현상이 심화된 벽화에서는 물성이 크게 떨어지는 것으로 확인되었다(Figure 10, Table 4) 그러나 후대에 그려진 것으로 추정되는 벽화들은 들뜸현상이 크게 발생되었음에도 불구하고 물성이 높게 측정되었는데, 이는 마감층 제작에 석회가 사용되어 토양 마감층에 비해 물성이 높게 측정된 것으로 보인다.
- 포벽화의 경우 그림의 면적이 상대적으로 좁기 때문에 측정의 용이성과 객관성 있는 데이터 도출을 위하여 파장 및 탐촉자 간 거리 보정을 통하여 다량의 측정지점을 확보하였다. 초음파 탐상 결과 속도 값을 통해 벽화별 상대적인 물성을 파악할 수 있었으며, 벽화별 평균속도는 낮게는 약 195.8 m/s 내외부터 높게는 392.7 m/s까지 측정되었다(Table 5). 전반적인 물성을 파악 후 열화상 결과와 비교한 결과, 벽체의 들뜸현상이 심화된 벽화에서는 물성이 크게 떨어지는 것으로 확인되었다(Figure 10, Table 4) 그러나 후대에 그려진 것으로 추정되는 벽화들은 들뜸현상이 크게 발생되었음에도 불구하고 물성이 높게 측정되었는데, 이는 마감층 제작에 석회가 사용되어 토양 마감층에 비해 물성이 높게 측정된 것으로 보인다.
- 포벽화에서 발생된 채색층 및 벽체 손상을 종합한 결과, 우선적으로 채색층의 분말화 현상이 벽화 전면적으로 발생되어 손상유형 중 가장 빈도가 높은 것으로 나타났다. 두 번째로는 먼지 집적으로 인한 벽화면 오염으로서, 이 또한 채색층 손상 영역으로 볼 수 있다.
후속연구
- 따라서 직지사 대웅전 포벽화와 같이 목재를 골격으로 하여 토양으로 벽체가 조성되고 다양한 층위로 구성된 경우, 초음파탐사 속도가 해당 물성을 대표하는 절대 값이 될 수는 없다. 그러나 하나의 전각에 동일하게 제작된 벽화를 같은 조건으로 측정 할 때에는 각각의 속도 값에 따른 표면 물성 비교 자료로서 활용 될 수 있다.
- 그 외 벽체의 미세균열은 문의 개폐 및 외기에 의한 진동, 온습도 변화에 의한 벽체의 지속적 변형 등이 요인으로 작용하는 것으로 보인다. 따라서 구조적으로 취약한 부위와 벽화면의 분리현상에 대한 보강조치가 필요하며, 향후 진행될 수 있는 건물의 변위로 인한 물리적 손상에 대처할 수 있는 보존처리 방안이 마련되어야 한다.
- 또한 벽체 재질에 대한 과학적 분석을 실시하여 손상의 원인을 보다 객관적으로 추론할 수 있었다. 마지막으로 본 연구 결과가 향후 직지사 대웅전 포벽화 보존처리에 유용한 정보로 활용되기를 기대한다.
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