[논문]석조문화재의 흑화현상에 영향을 끼치는 원소탄소

도진영

석조문화재의 흑화현상에 영향을 끼치는 원소탄소
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도진영 (경주대 문화재학부)

석조문화재 표면에는 다양한 형태의 흑색오염물질이 형성되어 있다. 흑화 현상은 일반적으로 수많은 공기오염물질과 유기물 그리고 유색광물들의 쌓임과 이동에 의해 생성될 수 있다. 흑화현상을 크게 대기오염이 심한 도시에서 나타나는 도시형과 대기오염이 적은 곳에서 발생하는 농촌형으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 흑색의 원인물질의 하나로 거론되고 있는 탄소물질을 열분해탄소분석기를 이용하여 분석하였다. 탄소는 유기탄소와 원소탄소로 나누어 측정되었으며, 흑색을 띄게 하는 원소탄소의 량이 도심의 흑색부위와 농촌의 흑색부위에서 차이를 보이며 검출되었다. 그러나 측정된 탄소량은 탄소 한 요소만으로 암석 표면의 흑화 현상을 설명하기에는 불충분하다. 소량이 검출되기는 했지만 두 시료에서 보여주는 탄소량의 차이는 의미가 있다. 농촌형 흑색시료에서는 도심형 시료에서 보다 유기탄소가 원소탄소보다 약간 더 검출되었다.

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문제 정의

원소탄소는 650°C이하 불활성 가스 내에서는 증 발되지 않으며, 공기 중 또는 산소가스 중에서는 340°C이하에서도 연소되지 않는다2).이러한 성질을 이용하여 개발된 탄소분석기를 사용하여 석조문화재 표면 흑화층에 존재하는 원소탄소를 측정하여, 흑화의 원인물질로서의 역할을 살펴보고자 한다3).도심지역의 석조물에서 관찰되는 흑색물질과 대기오염이 상대적으로 덜 심각 한 곳에서 관찰되는 흑색물질을 대상으로 분석을 실시하여 그 차이점을 살펴보았다.

제안 방법

이러한 성질을 이용하여 개발된 탄소분석기를 사용하여 석조문화재 표면 흑화층에 존재하는 원소탄소를 측정하여, 흑화의 원인물질로서의 역할을 살펴보고자 한다3).도심지역의 석조물에서 관찰되는 흑색물질과 대기오염이 상대적으로 덜 심각 한 곳에서 관찰되는 흑색물질을 대상으로 분석을 실시하여 그 차이점을 살펴보았다.
원소탄소의 원활한 분석을 위하여 흑색 부위에 함유되어 있는 carbonate성분을12.5% 염산용액으로 전처리하여 제거시킨 후 30mg의 흑색 시료를 C-Thermograph RA 10M을 이용하여 측정하였다. 탄소는 1차적으로 유기탄소화합물이 산소가 없는 불활성가스 분위 기에서 열적으로 탈착시키는 과정과 그 후에 원소탄소가 산소관 속에서 연소되는 과정을 통하여 측정된다.

성능/효과

또한 절대량에서도 도심형의 흑색물질이 농촌형에 비해 2배에 이르렀다. 분석 결과, 두 시료 모두에서 1% 이하의 값이 검출되었지만, 두 시료에서 보여주는 탄소량의 차이는 의미가 있다.
분석 결과를 살펴보면, 측정된 탄소량이 탄소한 요소만으로 암석 표면의 흑화현상을 설명하기에는 불충분하다. Noll에 의하면 탄소 함량이 1% 이상 시에만 그 자체로 흑색을 띄고, 그 이하에는 다른 성분 등과 함께 흑화 현상을 야기시키는 것으로 보고되었 다4).
분석의 결과를 논하기 전에, 농촌형 흑색물질은 석조문화재의 표면에 상대적으로 헐겁게 형성되어 있어서 흑색물질만이 분리되어 측정되었지만, 도심형의 경우 암석 표면에 얇고 강하게 형성되어 있어서 부분적으로 암석 가루가 함께 채취되어서 완전한 흑색물질만이 측정되지 못한 분석상의 한계가 있었음을 밝히며, 그로 인한 데이터의 오차를 감안하여야 함을 언급한다. 표 1에서 보는 바와 같이 농촌형의 흑색 시료에서는 도심형 시료에서 보다 높은 유기탄소 함량을 보였으며, 도심형에서는 원소탄소의 함량이 높았다.
도심형의 흑색물질은 회색을 띄는 흑색으로 석조물의 표면에 강하고, 얇게 부착되어 있는 반면, 농촌형의 흑색물질은 매우 진한 흑색을 띠며 느슨한 조직으로 석조물에 두텁게 형성되어 있다. 연구 결과, 도심형의 흑색물질의 흑색에는 원소탄소가 큰 역할을 하는 것으로 보이며, 농촌형의 흑색물질은 원소탄소의 영향보다는 다른 성분들의 영향이 더욱 크다고 할 수 있다. 농촌형 흑색물질에 황산용액을 반응시킨 후 나타난 진한 흑색으로의 변화는, 이물질의 흑색에 생물학적인 영향이 작용하고 있음을 알 수 있다.
분석의 결과를 논하기 전에, 농촌형 흑색물질은 석조문화재의 표면에 상대적으로 헐겁게 형성되어 있어서 흑색물질만이 분리되어 측정되었지만, 도심형의 경우 암석 표면에 얇고 강하게 형성되어 있어서 부분적으로 암석 가루가 함께 채취되어서 완전한 흑색물질만이 측정되지 못한 분석상의 한계가 있었음을 밝히며, 그로 인한 데이터의 오차를 감안하여야 함을 언급한다. 표 1에서 보는 바와 같이 농촌형의 흑색 시료에서는 도심형 시료에서 보다 높은 유기탄소 함량을 보였으며, 도심형에서는 원소탄소의 함량이 높았다. 또한 절대량에서도 도심형의 흑색물질이 농촌형에 비해 2배에 이르렀다.

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