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문제 정의
- 각 방위별 현실공기와의 일교차에 의한 결로 발생 영향을 확인하고자 하였다. 북벽은 12월~7월까지, 바닥부는 7월~12월까지 현실공기의 일교차 온도범위보다 낮은 온도로 관측되었다.
- 고분벽화의 보존환경은 고분 발굴 전 유지되던 온·습도가 가장 적합할 것으로 추정되어 발굴 전 고분의 온·습도를 추론하고자 하였다.
- 본 연구는 (재)백제세계유산센터와 부여군의 능산리고분군 동하총 상시모니터링 사업의 일환으로 이루어졌다.
- 부여군과 능산리고분군의 월별 기온 변화 경향성을 분석하여 능산리고분군의 지역적 특징을 파악하고자 하였다. 능산리고분군이 위치한 부여군의 연평균 기온은 12.
- 2013년에 온 · 습도 모니터링이 가능한 계측장비를 공간별로 설치하고 현실에는 방위별 표면온도계를 설치하여 보존환경을 모니터링할 수 있는 시스템이 구축되었으며(Buyeo-Gun, 2013), 2016년에는 고분의 구조안전진단과 거동모니터링시스템을 구축하였다(Baekje World Heritage Center and Buyeo-gun, 2016). 이후 2년간 지속적인 모니터링결과를 종합하여 보존환경에 대한 평가를 진행하였으며 (Baekje World Heritage Center and Buyeo-gun, 2017), 이를 바탕으로 벽화 잔존안료 열화양상을 비교분석하여 향후 능산리고분군 동하총 벽화의 보존관리방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 3차례 조사를 통하여 각 시기별 벽화의 변화 양상을 비교·평가하였으며, 잔존안료의 현미경 관찰(적색, 갈색, 황색) 및 P-XRF 분석(수은, 철, 납)을 토대로 채색안료 지도화(Mapping)를 진행하여 벽화의 보존상태를 조사하였다.
- 고분벽화의 보존환경은 고분 발굴 전 유지되던 온·습도가 가장 적합할 것으로 추정되어 발굴 전 고분의 온·습도를 추론하고자 하였다. 5 m 깊이의 지중온도를 측정하는 기상관측소는 12개소만 있으며 부여기상관측소에서는 지중온도를 측정하지 않기 때문에, 부여 인근지역인 대전지방기 상관측소에서 측정한 지중온도를 바탕으로 동하총의 발굴 전 지중온도를 추정하였다(KOREA METEOROLOGICAL ADMINISTRATION SEOUL, 2017). 지중온도는 깊이별, 지표기후별, 위·경도별, 해양·내륙별 영향을 받는 비율이 다르고 일변화도 심하지만 5 m 깊이 연평균 지중온도 분포는 13~18℃를 유지하고 있다(Kim, 2004).
- P-XRF(Portable XRF Analyzer/α-1000, Innov-X system, USA)를 이용한 성분분석을 실시하여 채색안료의 주원소를 확인하고, 디지털현미경(DG-3, Scalar, Japan) 관찰을 실시하여 안료입자의 존재 유무를 확인하였다.
- 능산리고분군 동하총 벽화의 보존상태를 진단하기 위하여 보존환경을 미시기후와 표면온도를 해석하여 평가하였다. 또한 2008년 실시된 벽화 보존상태에 대한 과학적 조사 후 약 9년이 경과된 현재 벽화의 보존상태변화를 진단하였으며, 이후 잔존 안료의 박락 및 오염 유무를 비교분석하기 위한 기초자료를 마련하기 위하여 잔존안료 지도화(Mapping) 조사를 실시하였다.
- 능산리고분군 동하총 벽화의 보존상태를 평가하기 위하여 기존의 연구결과와 동일한 방법으로 사진촬영, 적외선 촬영, 자외선 형광조사를 실시하였다. 사진촬영을 통해 육안으로 관찰 가능한 벽화상태를 정밀 기록하였고, 적외선 촬영(X-T1/IR, FUJIFILM, JPN)을 통한 먹선(C) 등의 흡광 관찰을 실시하였다.
- 능산리고분군 동하총 벽화의 채색안료 보존상태 조사를 위해 동 · 서 · 남 · 북 벽화를 각각 9 cm × 9 cm로 구획화하였고, 천장벽화는 8 cm × 8 cm의 면적으로 나누었다.
- 능산리고분군 동하총과 마찬가지로 고분 내 환경을 평가한 공주 송산리 6호분과 고령 고아리 고분의 연간 현실 온도분포를 동하총 현실 온도와 비교해 보았다. 송산리 6호분은 최저온도가 3월에 12.
- 데이터 전송방식은 LTE 모뎀을 이용하여 산업용 PC에 무선전송하는 방식을 이용하였으며, 실시간 원격시스템을 이용하여 데이터 이상여부를 확인할 수 있다. 동하총 내부온·습도 측정에 사용된 기기는 Vaisala사의 HMP155(정확도: ±0.
- 동하총 벽화에서 확인되는 안료 색상별 주성분 분석을 위해 적색-수은(Hg), 갈색-철(Fe), 황색-납(Pb) 성분의 검출 여부를 검토하였고, 철(Fe)의 경우 4개의 벽화 전면에 걸쳐 검출되므로 P-XRF 분석결과에서 검출량이 천장벽화는 40,000 ppm, 동벽, 서벽, 남벽과 북벽은 60,000 ppm 이상으로 검출되는 부분에 한하여 지도화(Mapping)를 진행하였다.
- 능산리고분군 동하총 벽화의 보존상태를 진단하기 위하여 보존환경을 미시기후와 표면온도를 해석하여 평가하였다. 또한 2008년 실시된 벽화 보존상태에 대한 과학적 조사 후 약 9년이 경과된 현재 벽화의 보존상태변화를 진단하였으며, 이후 잔존 안료의 박락 및 오염 유무를 비교분석하기 위한 기초자료를 마련하기 위하여 잔존안료 지도화(Mapping) 조사를 실시하였다. 보존환경과 보존상태를 종합하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 사진촬영을 통해 육안으로 관찰 가능한 벽화상태를 정밀 기록하였고, 적외선 촬영(X-T1/IR, FUJIFILM, JPN)을 통한 먹선(C) 등의 흡광 관찰을 실시하였다. 또한 자외선 형광조사(AL-FPL36D, Jiangyin Nuoming Lighting Electric, CHN)를 통해 벽화 채색층의 형광반응을 확인하였으며, 2008년 조사결과와 2016~2017년의 벽화상태를 비교하여 벽화안료의 잔존현황 및 보존상태를 평가하였다.
- 벽화의 보존상태 조사를 위하여 2008년부터 2016년, 2017년까지 총 3차례에 걸쳐 디지털카메라 촬영과 적외선 촬영을 통한 먹선 성분 흡광 관찰, 자외선 조사를 통한 형광반응 관찰을 실시하였다. 3차례 조사를 통하여 각 시기별 벽화의 변화 양상을 비교·평가하였으며, 잔존안료의 현미경 관찰(적색, 갈색, 황색) 및 P-XRF 분석(수은, 철, 납)을 토대로 채색안료 지도화(Mapping)를 진행하여 벽화의 보존상태를 조사하였다.
- 보존환경 평가는 2016년 6월부터 2017년 11월까지 약 1년 6개월간 10분 단위로 온·습도 상시 모니터링 결과를 바탕으로 실시하였다.
- 능산리고분군 동하총 벽화의 보존상태를 평가하기 위하여 기존의 연구결과와 동일한 방법으로 사진촬영, 적외선 촬영, 자외선 형광조사를 실시하였다. 사진촬영을 통해 육안으로 관찰 가능한 벽화상태를 정밀 기록하였고, 적외선 촬영(X-T1/IR, FUJIFILM, JPN)을 통한 먹선(C) 등의 흡광 관찰을 실시하였다. 또한 자외선 형광조사(AL-FPL36D, Jiangyin Nuoming Lighting Electric, CHN)를 통해 벽화 채색층의 형광반응을 확인하였으며, 2008년 조사결과와 2016~2017년의 벽화상태를 비교하여 벽화안료의 잔존현황 및 보존상태를 평가하였다.
- 측정된 데이터를 수집하기 위한 데이터로거는 Vaisala사의 QML201C이다(Figure 2). 야외기상 측정장비는 동하총 입구 좌측면에 설치되어 있으며, 온도, 습도, 풍향, 풍속, 강우량을 측정하였다. 야외기상 장비의 센서는 풍향 3°, 풍속 0.
- P-XRF 분석결과 기준치에 도달하는 피크가 확인되는 경우 ‘X’ 표기하였고, 현미경 관찰을 통해 안료 입자가 확인되는 경우 해당 색상을 ‘□’로 표기하였다. 종합적인 채색안료 분포도를 작성하기 위해 P-XRF 분석결과와 현미경 관찰결과를 지도화(Mapping)하고 벽화 안료 잔존현황을 분석하였다(Figure 4).
대상 데이터
- 동하총 묘실은 해발고도 45 m인 능선에 봉분 상부에서부터 5~8 m 깊이 지점에 위치하고 있으며, 출입구 부분은 최근 제작된 시멘트구조물로 이루어져 있다. 연도가 전후 두 부분으로 구성된 이중구역의 형태를 하고 있으며, 현실은 수직벽 위에 판석을 올려놓은 평천장식(平天井式) 석실로 현실의 남벽을 제외한 세 벽면과 천장은 거대한 판석 1매씩만을 사용하였다. 벽화가 그려진 네 석벽은 화강암과 편마암의 표면을 모두 물갈이(水磨)를 하여 표면을 매끄럽게 정리하고 그 위로 벽화를 그렸다(Figure 1)(Buyeo-Gun, 2008).
- 08℃)로 부착식 표면온도센서이다. 측정된 데이터를 수집하기 위한 데이터로거는 Vaisala사의 QML201C이다(Figure 2). 야외기상 측정장비는 동하총 입구 좌측면에 설치되어 있으며, 온도, 습도, 풍향, 풍속, 강우량을 측정하였다.
성능/효과
- 1. 능산리고분군 동하총은 다수의 창호와 출입문 설치로 인하여 발굴이전 지중온도 환경(13~18℃)과 유사한 온도분포를 나타내고 있으며, 폭우나 지하수로 인하여 누수는 일어나지 않았다. 단, 일부 노후된 창호로 인한 기밀성 부족으로 결로위험 구간(6월~9월)에 현실로 외기가 유입되어 결로가 발생하고 있음을 확인하였다.
- 2. 능산리고분군 동하총 벽화는 자외선 형광반응과 적외선 촬영 및 육안관찰을 통해 2008년 이후 변화없이 유지되고 있는 것을 확인하였다. 그러나 전체적으로 육안관찰만으로 도상의 명확한 형태를 확인하기 어려운 상태이며, 명확한 도상 자료가 남아있지 않다.
- 능산리고분군은 부여기상관측소로부터 동쪽으로 2 km 떨어진 45 m 능선에 위치하고 있다. 능산리고분군은 남향을 제외한 사면이 구릉으로 등지고 있는 지협적 특징이 나타나는데 이와 같은 국소적 지형으로 인해 부여기상관측소보다 상대습도와 강수량이 상대적으로 낮은 것으로 확인되었다. 부여군과 능산리고분군의 주된 풍향은 다르게 나타나는데 이는 능산리능산리고분군 동하총이 사면이 둘러싸인 능선에 위치하여 나타난 특징으로 판단된다.
- 능산리고분군 동하총은 다수의 창호와 출입문 설치로 인하여 발굴이전 지중온도 환경(13~18℃)과 유사한 온도분포를 나타내고 있으며, 폭우나 지하수로 인하여 누수는 일어나지 않았다. 단, 일부 노후된 창호로 인한 기밀성 부족으로 결로위험 구간(6월~9월)에 현실로 외기가 유입되어 결로가 발생하고 있음을 확인하였다. 이는 전실과 현실의 온도 역전구간과 습도의 일교차가 적고 고습인 구간과 일치하는 시기가 육안상 결로 발생하는 시기(6월~9월)와 일치함으로써 확인 가능하였다.
- 북벽은 12월~7월까지, 바닥부는 7월~12월까지 현실공기의 일교차 온도범위보다 낮은 온도로 관측되었다. 따라서 전실의 습도가 100%인 4월~10월 중 현실이 전실보다 온도가 낮아지는 시기인 6월부터 전실의 공기가 현실로 이동할 것으로 예측되며, 이로 인해 6월~10월 중에 결로가 발생할 것으로 예측된다. 6월~7월까지 북벽에서 결로가 집중적으로 발생할 것으로 추측되며, 바닥부의 경우 7월~10월 구간에 집중적인 결로가 발생할 것으로 예측된다.
- 9℃로 관측되었다. 북벽의 표면온도가 현실의 공기온도보다 약 23일 먼저 최저 온도인 12.6℃에 도달하는 반면, 천장의 경우 11월 6일~11월 25일에 최고온도인 18.9℃에 도달한 것을 확인하였다. 현실의 공기온도는 11월 14일~11월 27일에 최고온도인 18.
- 이를 통해 육안관찰결과에 비해 다수 면적에서 안료입자가 존재하고 있음을 알 수 있다. 안료 잔존양상의 경우 서벽화가 44.65~64.85% 범위로 나타나며, 전체 벽화 중 각 색상별 안료가 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 동벽화의 경우 잔존안료 범위가 20.
- 이와 반대로 북벽의 경우 1월~6월까지는 가장 낮은 온도가 관측되다가 7월~12월까지는 가장 높은 온도로 나타난다. 이와 같은 결과를 바탕으로 결로 발생 시기인 6월~10월까지의 방위별 온도를 비교해보면 6월에는 북벽이 상대적으로 온도가 낮게 관측되며, 7월~10월까지는 바닥부가 가장 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서 해당시기에 방위별 온도가 가장 낮게 나타나는 벽체에서 결로가 집중적으로 발생할 것으로 예측된다.
- 적외선 촬영조사결과 네 면의 벽화와 천장벽화 모두 일부 먹선(C)만 확인되었다. 자외선 형광조사결과 서벽화와 천장벽화의 경우 도상을 비교적 명확하게 확인할 수 있으며, 주로 적색안료를 사용한 도상과 함께 일부분에서 형광 반응을 나타내는 도상이 확인되었다(Figure 13). 동벽화와 북벽화, 남벽화의 자외선 형광조사결과 형광반응을 나타내는 부분은 수은과 납이 잔존하는 부분으로 확인되었는데, 이러한 형광반응이 나타나는 원인에 대해서는 차후 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 잔존 안료 지도화(Mapping) 결과로 보존상태를 평가하였으며, 벽체 면적의 36.72~39.53% 범위로 안료의 성분이 검출되거나 입자가 관찰되었다. 이를 통해 육안관찰결과에 비해 다수 면적에서 안료입자가 존재하고 있음을 알 수 있다.
- 적외선 촬영조사결과 네 면의 벽화와 천장벽화 모두 일부 먹선(C)만 확인되었다. 자외선 형광조사결과 서벽화와 천장벽화의 경우 도상을 비교적 명확하게 확인할 수 있으며, 주로 적색안료를 사용한 도상과 함께 일부분에서 형광 반응을 나타내는 도상이 확인되었다(Figure 13).
- 그러나 전체적으로 육안관찰만으로 도상의 명확한 형태를 확인하기 어려운 상태이며, 명확한 도상 자료가 남아있지 않다. 현미경 관찰결과 및 형광 X선 조사를 통해 육안으로 관찰되지 않는 부분에도 잔존 안료가 벽체 면적의 36.72~39.53% 범위로 분포하는 것을 확인하였으며, 잔존안료 범위 평가를 통하여 벽화의 안료별 보존상태를 평가하였다. 향후 잔존안료 분포양상 및 형광반응물질 규명, 도상 분석 등 추가적인 조사를 실시하여 동하총 및 백제시대 장식고분벽화의 채색기법에 대한 심층적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 9℃에 도달한 것을 확인하였다. 현실의 공기온도는 11월 14일~11월 27일에 최고온도인 18.6℃로 도달하는 것으로 보아 천장의 표면온도가 현실의 공기온도보다 약 8일 먼저 최고온도인 18.9℃에 도달하며, 방위별 온도차이 현상이 나타나는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 지하공간의 늦은 기후 특성이 벽체에 우선적으로 영향을 미침으로서 발생하게 되고, 천장과 북벽이 가장 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다(Figure 11).
후속연구
- 납의 경우 연백(2PbCO3·Pb(OH)2)의 사용으로 인해 검출된 것으로 추정된다. 단, 연백의 경우 납(Pb)이 검출된 부분에서 미약한 형광반응을 확인하였기 때문에 연백의 존재 유무를 판단하기 위해서는 납(Pb) 성분이 포함된 안료 중 자외선 형광반응이 나타나는 안료에 대한 추가 분석을 통해 검증이 필요할 것으로 판단된다.
- 자외선 형광조사결과 서벽화와 천장벽화의 경우 도상을 비교적 명확하게 확인할 수 있으며, 주로 적색안료를 사용한 도상과 함께 일부분에서 형광 반응을 나타내는 도상이 확인되었다(Figure 13). 동벽화와 북벽화, 남벽화의 자외선 형광조사결과 형광반응을 나타내는 부분은 수은과 납이 잔존하는 부분으로 확인되었는데, 이러한 형광반응이 나타나는 원인에 대해서는 차후 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 이는 전실과 현실의 온도 역전구간과 습도의 일교차가 적고 고습인 구간과 일치하는 시기가 육안상 결로 발생하는 시기(6월~9월)와 일치함으로써 확인 가능하였다. 따라서 창호 기밀성을 보완한다면 외기유입에 의한 결로 발생을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 잔존 안료 지도화(Mapping)를 통하여 적외선과 자외선에서 관찰되지 않는 부분까지 안료가 분포하는 것을 확인할 수 있었으며(Figure 14), 특히 서벽화와 천장벽화의 경우 미세 잔존 안료의 분포양상을 바탕으로 적외선과 자외선 형광조사결과를 종합적으로 분석한다면 동하총 벽화의 추정도상 자료와 함께 고미술사적 접근을 통하여 백제 벽화 채색기법을 규명하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 53% 범위로 분포하는 것을 확인하였으며, 잔존안료 범위 평가를 통하여 벽화의 안료별 보존상태를 평가하였다. 향후 잔존안료 분포양상 및 형광반응물질 규명, 도상 분석 등 추가적인 조사를 실시하여 동하총 및 백제시대 장식고분벽화의 채색기법에 대한 심층적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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