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(1)지질학회지 제 48권 제 2호, p. 179-191, (2012년 4월). 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리 이찬희1․조영훈1,‡․김선덕2 1. 공주대학교 문화재보존과학과 2 서진문화유산(주) 요 약. 함안군 대치리 공룡발자국 화석은 발굴 이후 두 차례 이상의 이전과 부적절한 보존처리로 인해 물리화학적 손상이 심하여 보존환경에 대한 전면적 개선이 필요한 상태였다. 훼손된 공룡발자국 화석의 암질특성, 3차원 영상분석 및 손상도 정량평가를 통하여 과학적 보존처리를 수행하였다. 보존처리 대상인 공룡발자국 화석은 자 색과 녹회색 호층의 셰일에 배태되어 있으며, 2개의 조각류 보행렬 표본과 1개의 용각류 보행렬 표본이다. 손상 도 평가 결과, 주요인은 미세균열과 구조상 균열에 의한 물리적 손상과 보수재에 의한 이차적 훼손으로 나타났 으며, 보수재로 사용된 석고는 암석 표면과 내부에 침투하여 백화현상을 유발하였다. 이 백화물질은 2주 정도 의 증류수 함침으로 탈염되는 것으로 나타났다. 이 결과들을 통해 공룡발자국 화석의 과학적 보존처리를 수행 하였으며, 전체적인 공정은 해체, 과거 보수재 제거, 함침법에 의한 세정과 탈염, 가접합, 성형틀 제작, 복원, 접 합과 충전, 팽윤저지제 및 강화제 처리 순으로 진행하였다. 이 연구는 공룡발자국 화석의 유기적 보존시스템을 구축하고 미래지향적 맞춤형 보존처리 사례를 정립하는데 크게 기여할 것으로 판단된다. 주요어: 함안군 대치리공룡발자국 화석, 셰일, 3차원 영상분석, 평균 심도, 손상도 평가, 보존처리 Chan Hee Lee, Young Hoon Jo and Sun Duk Kim, 2012, Three-dimensional image analysis, deterioration evaluation and scientific conservation treatment of the Daechiri dinosaur trackways in Haman Country, Korea. Journal of the Geological Society of Korea. v. 48, no. 2, p. 179-191 ABSTRACT: The Daechiri dinosaur trackways in Haman Country need overall improvement in respect of conservation environment because physicochemical deterioration is serious by more than two move and unsuitable conservation treatment. The scientific conservation treatment was carried out based on material characteristics, three-dimensional image analysis and quantitative deterioration evaluation of the damaged dinosaur trackways. The dinosaur tracksways, object of the conservation treatment, occur in shale appearing purple and grayish-green alternated bed. Also, they are classified as specimens of two ornithopod and one sauropod. As a result of deterioration evaluation, main factors were physical deterioration such as hair cracks and bursting cracks and secondary damage by the past repair materials. In particular, plaster used as the past repair material passed through the surface and inside of fossils and caused efflorescence. But it was identified that the efflorescence material was desalted by distilled water impregnation in about two weeks. Accordingly, scientific conservation treatment was carried out based on preliminary investigation for stable conservation of the Dinosaur Tracks fossils. Overall precesses were sequentially proceeded by dismantling, removal of the past repair materials, cleaning and desalting by the impregnation method, preliminary joining, making of molding cast, restoration, joining and filling, and treatment of anti-swelling agent and consolidant. This study will contribute to set up an integrated conservation system and for establishing the future-oriented customized conservation treatment. Key words: Daechiri dinosaur trackways in Haman Country, Shale, Three-dimensional image analysis, Average depth, Deterioration evaluation, Conservation treatment (Chan Hee Lee and Young Hoon Jo, Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Kongju National University, Gongju, 314-701, Korea; Sun Duk Kim, Seojin Cultural Heritage Conservation Co. Ltd, Gwangmyeong, 423-810, Korea) ‡. Corresponding author: +82-41-858-9004, E-mail: [email protected].

(2) 180. 이찬희․조영훈․김선덕. 1. 서 론 일반적으로 생흔화석은 이동성이 없고 비교적 많 은 지역에서 산출되므로 층서학적 기준과 퇴적 환경의 지시자로 매우 중요하다. 이러한 생흔화석을 대표하 는 함안 대치리공룡발자국(문화재자료 제205호)은 중생대 백악기 화석으로 1993년 경남 함안군 칠서 면에 위치한 칠서지방산업단지 조성 중에 발견되었다. 발견 당시 약 100여개의 발자국이 확인되었으나, 두 차례 이상의 이전복원과 부적절한 보존처리로 인해 원형의 상당부분이 손상되어 현재 2종의 조각류와 1종의 용각류 화석만 남아있다(임성규, 1993). 최근까지 국내의 공룡발자국 연구는 양승영(1982) 을 시작으로 Lee et al. (2001)과 Huh et al. (2003) 등에 의해 지속적으로 진행되었다. 특히 조현구 외(2002), 정기영과 김수진(2004)은 공룡발자국 구성암질의 암석학적, 광물학적 및 물리적 특성을 연구하였으 며, 이상진 외(2005)는 공룡발자국의 보존을 위해 강화 및 발수처리 방안을 제시하기도 하였다. 또한 공달용 외(2010)는 디지털 사진 측량 기법을 활용하 여 발자국 회석의 형상모델링을 시도 한 바 있다. 그 러나 연구대상인 함안 대치리공룡발자국은 발굴 이 후 급속한 손상이 진행되었음에도 불구하고 임성규 (1993)에 의해 고생물학적 연구만 시도되었을 뿐 아 직까지 보존과학적 연구는 전무한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 함안 대치리공룡발자국의 구성암질을 파악하고, 손상유형별 정밀진단을 통해 풍화훼손도를 정량적으로 평가하였으며, 표면에 발 생하고 있는 백화오염물의 염성분 분석 및 탈염효과 를 규명하였다. 또한 3차원 레이저 스캐닝 시스템을 활용하여 디지털복원 및 정밀실측을 수행하였고, 이 결과를 이용하여 발자국의 형상복원과 표면심도 모 델링을 실시하였다. 이 결과는 함안 대치리공룡발자 국의 안정적이고 장기적인 보존관리를 위해 매우 중 요한 자료가 될 것으로 판단된다.. 2. 조사 및 연구방법 먼저 암질분석을 위해 함안 대치리공룡발자국과 화석이 발견된 칠서지방산업단지 주변 노두에서 전 암대자율(Satisgeo, KT-6)을 측정하고 분석용 시료 를 수습하였다. 수습한 시료는 편광현미경(Nikon,. Eclipse E600W)과 X-선 회절분석기(Rigaku, D/MaxⅡB)로 광물학적 특징을 관찰하고 구성광물의 정밀 동정을 실시하였다. 광물학적 및 화학적 풍화에 따 른 생성광물과 오염물의 미세조직은 주사전자현미 경(JEOL, JSM6335)으로 관찰하였으며, 시편의 물 성은 한국산업규격 KS F2518에 명시된 방법으로 겉보기 비중과 흡수율을 측정하였다. 또한 공룡발자국의 종합 손상지도 작성과 정량적 손상율 산출은 조영훈과 이찬희(2011)가 제안한 방법 을 이용하였다. 수용성 염분석은 유도결합 플라즈마 방출분광기(ICP-OES; Perkin Elmer, Optima 2000 DV)와 이온크로마토그래피(IC; Metrohm, 733 IC Separation center system)를 사용하였다. 데이터의 재현성을 검증하고 신뢰도를 높이기 위해 각 시료 당 두 번의 분석을 실시하여 평균값을 산출하였다. 한편 최근까지 공룡발자국의 형태를 분석하는 방 법으로는 화석표본 채취, 사진촬영, 스케치 및 주형 제작이 널리 사용되고 있다. 그러나 이 방법들은 화 석의 부분적인 손상을 유발할 수 있고 2차원적인 형 태만 기록할 수 있는 단점이 있다(공달용 외, 2010; Huddart et al., 2008). 그러나 레이저 스캐닝 시스 템을 활용한 3차원 디지털복원 기술은 정밀 수치자 료를 영구적으로 보존할 수 있고, 비용, 인력 및 시 간을 감축하여 신속하고 효율적인 3차원 도면화를 가능하게 한다(조영훈과 이찬희, 2012). 따라서 이 연구에서는 3차원 레이저 스캐닝 시스 템을 활용하여 함안 대치리공룡발자국의 디지털복 원 및 정밀실측을 수행하였다. 먼저 발자국의 현장 레이저 스캐닝은 0.008 ㎜의 측정밀도를 가지고 있 는 정밀 스캐너(Konica Minolta; Vivid 910)를 이 용하였다. 이때 발자국에 주사된 레이저가 CCD 카 메라로 구분되어야 하므로 빛의 침투를 차단하고 스 캐너를 화석 위 프레임에 설치하여 평면 방식으로 스캐닝 하였다. 또한 현장에서 획득한 점군 데이터 는 RapidForm, Geomagic Studio, AutoCAD 프 로그램으로 정합, 병합, 필터링, 폴리곤 메쉬, 도면 화를 거쳐 3차원 형상으로 복원하였고, 이를 통해 발자국의 길이, 폭, 보폭거리 등 다양한 기재적 정보 를 수집하였다(그림 1). 표면심도 모델링은 공룡발자국의 깊이와 같은 3 차원 수치정보를 2차원적인 도면에 표현하기 위한 영상분석 기술이다. 전체적인 모델링은 폴리곤 분.

(3) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. 리, 기준축 설정, 기준점 선정, 등고선도 맵핑 및 폴 리곤 병합 순으로 진행하였으며(조영훈과 이찬희,. 181. 2012), 전체 발자국 중 비교적 원형이 잘 남아있는 조각류 A 발자국 6개, 조각류 B 발자국 4개, 용각류. Fig. 1. Three-dimensional digital restoration of the Daechiri dinosaur trackways in Haman. Photograph mapping images, polygon models and surveyed maps of the ornithopod A (A), ornithopod B (B) and sauropod (C).. Fig. 2. Processes of the three-dimensional surface depth modeling and calculation method of the surface depth..

(4) 182. 이찬희․조영훈․김선덕. 발자국 6개를 대상으로 정밀분석 하였다. 특히 발자 국 심도에 대한 정량적 수치데이터는 수평 및 수직 단면선을 기준으로 산출하였다(그림 2).. 3. 현황 및 암질특성 3.1 현황. 함안 대치리공룡발자국은 1993 년 발굴 이후 1995 년도에 발굴과 표품정리 작업이 진행되었고, 1999년도에는 산업단지 내 오폐수처리장으로 이전 복원 되었으며, 2005년도에는 함안박물관 야외전시장 으로 옮겨졌다(그림 3A). 발견 당시 비교적 보존상 태가 양호한 2개의 용각류 보행열과 3개의 조각류 보행열을 포함하여 약 100여개의 발자국이 확인되었 으나, 현재 2종의 조각류에서 12개의 발자국과 1종의 용각류에서 18개의 발자국만 남아있다(그림 3B∼3D). 이러한 공룡발자국은 균열, 박락, 세편화 및 과거 부적절한 이전복원으로 인해 원형의 대부분이 손상 되었다. 특히 화석 밑에 놓여있는 비닐과 충전제로 사용된 석고 등은 배수불량과 고습상태의 보존환경 을 조성하여 이차적인 훼손을 발생시켰다. 따라서 이 공룡발자국은 물리적 손상에 대한 보강뿐만 아니라 보존환경에 대한 전면적인 개선이 필요한 상태였다.. 3.2 지질 및 암석분포. 공룡발자국 화석이 발견된 함안층은 최하부 층으 로 회색 사질셰일과 자색 사질셰일이 호층을 이루며 주로 자색 사질셰일이 우세한 특징을 보인다. 이중 자색 사질셰일은 대부분 판상을 나타내며 일부에서 는 석회질 성분을 갖고 있다. 이 셰일은 자색 및 회 색의 구분 없이 조립질인 경우 판상으로 산출되고, 세립질인 경우 파쇄되기 쉽거나 괴상으로 존재한다. 이로 인해 조립 내지 사질셰일은 층리가 뚜렷하지만 세립질 셰일은 층리가 뚜렷하지 않고 건열과 연흔이 나타난다(최유구와 김태열, 1963). 야외조사 결과, 공룡발자국이 발견된 칠서면 대 치리 일대는 크게 자색 및 녹회색 호층을 이루는 셰 일과 자색 또는 녹회색으로만 구성된 셰일로 이루어 져 있다. 특히 화석이 발견된 칠서지방산업단지 내 (주)월산제지 부근의 노두는 공룡발자국 화석과 동 일하게 자색과 녹회색 호층을 보이는 셰일이 대부분 을 차지하고 있다. 3.3 암질특성. 함안 대치리공룡발자국의 구성암석은 자색과 녹 회색 호층을 보이는 셰일로 전반적으로 자색이 우세 하며, 호층 사이에는 엽상 또는 판상의 쪼개짐이 발. Fig. 3. Photographs showing the Daechiri dinosaur trackways in Haman. (A) Three dinosaur trackways in Haman Museum. Enlarged footprint of the ornithopod A (B), ornithopod B (C) and sauropod (D)..

(5) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. 달하였다(그림 4A). 이 암석의 편광현미경 관찰 결 과, 전체적으로 점토질 기질에 미립의 입상조직을 갖는 석영, 장석 및 운모가 확인되었다(그림 4B). 이 중 석영 등의 입상광물은 약 1 ㎜의 두께로 호층을 이루며, 이 사이에는 점토 입자들로 구성된 엽층리 가 발달하였다(그림 4C). X-선 회절분석 결과에서는 모든 발자국에서 석영, 사장석, 운모, 녹니석 및 방해석이 검출되었고(그림 4D), 주사전자현미경(SEM) 관찰에서는 셰일의 전형적 특징인 엽층리가 나타나고(그림 4E) 일부에서는 점토 광물과 함께 중정석이 확인되었다. 화석의 미세 자기 적 특성을 파악하기 위해 전암대자율을 측정한 결과, -3 조각류 A 화석은 평균 0.20(×10 SI unit), 조각류 B. 183. -3. 화석은 평균 0.21(×10 SI unit), 용각류 화석은 평균 -3 0.24(×10 SI unit)로 모두 유사한 대자율 값을 보였다 (그림 4F). 특히 이러한 화석의 대자율은 원산지 노두 의 대자율과도 거의 유사한 수치를 나타냈다. 또한 공룡발자국 화석의 물성을 파악하기위해 겉 보기 비중과 흡수율을 측정하였고, 측정된 결과를 원산지 노두의 신선한 암석과 비교하였다. 이 결과, 공룡발자국의 비중과 흡수율은 각각 2.61과 1.21% 로 원산지 암석(2.62∼2.68, 0.45∼1.10%)에 비해 비중은 낮고 흡수율이 높았다(그림 4G). 이는 공룡 발자국 화석을 구성하고 있는 셰일이 원산지 노두에 비해 치밀하지 못해 비교적 낮은 물성을 가지고 있 음을 의미한다.. Fig. 4. Material characteristics of the Daechiri dinosaur trackways in Haman. (A) Dinosaur trackways occur in the shale which consists of purple and grayish-green alternated beds. (B, C) Shale lamination by accumulated clay and quartz. (D) X-ray diffraction analysis of the ornithopod A and B. (E) SEM image of the shale alternated beds. (F) Magnetic susceptibility of three trackways and its provenance. (G) Correlation diagram for the specific gravity and absorption ratio of the trackways and its provenance. C; chlorite, M; mica, P; plagioclase, Q; quartz, Ca; calcite, O; orthoclase..

(6) 184. 이찬희․조영훈․김선덕. Table 1. Measurements of the Daechiri dinosaur trackways in Haman Country based on the three-dimensional digital images. Dinosaur trackways. Ornithopod A. Ornithopod B. Footprint length (㎜) Footprint width (㎜) Pace length (㎜) Stride length (㎜) Trackway width (㎜) Pace angulation (°). 401 290 1,066 2,097 436 164. 320 282 765 1,504 486 160. 4. 디지털복원과 표면심도 모델링 4.1 3차원 디지털복원. 표 1은 3차원 디지털복원 결과를 이용하여 함안 대치리공룡발자국 화석의 발자국 길이와 폭, 한 걸음 사이의 거리, 보폭거리, 보행열 폭 및 발자국 사이의 각도를 산출한 결과이다. 이를 살펴보면, 첫 번째 화석 은 가로 6,938 ㎜, 세로 658 ㎜의 셰일층에 총 7개의 2족 보행 발자국이 연속적으로 형성되어 있으며, 발자국의 형태는 세 개의 굵은 발가락과 넓은 뒤꿈치, 날카롭지 않은 발톱부분으로 이루어져 있다(임성규, 1993). 특 히 발자국의 평균 길이(401 ㎜), 폭(290 ㎜), 한 걸음 사이의 거리(1,066 ㎜), 보폭거리(2,097 ㎜), 보행열 폭(436 ㎜), 발자국 사이의 각도(164°)로 보아 이 발 자국은 초식공룡인 조각류로 판단된다. 두 번째 화석은 가로 4,528 ㎜, 세로 650 ㎜의 셰 일층에 총 6개의 2족 보행 발자국이 연속적으로 나 타나며, 발자국의 평균 길이(320 ㎜), 폭(282 ㎜), 한 걸음 사이의 거리(765 ㎜), 보폭거리(1,504 ㎜), 보 행열 폭(486 ㎜), 발자국 사이의 각도(160°)는 초식 공룡인 조각류의 특징을 나타내고 있다. 세 번째 화 석은 가로 7,124 ㎜, 세로 1,206 ㎜의 셰일층에 앞발 과 뒷발의 발자국이 각각 9개씩 총 18개로 구성되어 있다. 특히 앞발과 뒷발의 발자국이 2열로 교대하므로 4족 보행을 했음을 알 수 있다. 이중 타원모양의 앞 발은 평균 길이 456 ㎜, 평균 폭 353 ㎜이며, 뒷발은 발가락 쪽이 넓고 뒤꿈치가 좁은 역사다리꼴 모양으로 평균 길이 576 ㎜, 평균 폭 441 ㎜이다. 또한 앞발과 뒷발의 평균 한 걸음 사이 거리(923 ㎜와 878 ㎜), 보폭거리(1,474 ㎜와 1,504 ㎜), 보행열 폭(941 ㎜. Sauropod Manus 456 353 923 1,474 941 106. Pes 576 441 878 1,504 985 112. 와 985 ㎜) 및 발자국 사이의 각(평균 106°와 112°) 으로 보아 이 발자국은 초식공룡인 용각류의 발자국 으로 판단된다. 4.2 표면심도 산출. 공룡발자국 화석의 심도 모델링 결과를 살펴보면 사진과 폴리곤 이미지에 비해 발자국의 상대적 깊이 와 윤곽이 매우 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있다. 특히 조각류 A 화석은 세 개의 발가락이 매우 선명 하였으며, 용각류 화석은 앞발의 타원모양과 뒷발의 역사다리꼴 모양이 확연히 드러났다(그림 5). 이러한 발자국의 심도를 정량적으로 산출한 결과, 조각류 A 화석은 평균 29(25∼34) ㎜이고, 조각류 B 화석은 평균 29(23∼32) ㎜로 두 화석 모두 유사한 심도를 나타냈다. 그러나 용각류 화석은 앞발자국에 서 평균 30(26∼36) ㎜, 뒷발자국에서 평균 35(29∼ 42) ㎜로 뒷발자국이 앞발자국에 비해 약 5 ㎜ 정도 깊 은 심도를 보였다(표 2). 이와 같은 발자국의 표면심 도 모델링은 육안과 사진으로 불분명했던 부분을 가 시적으로 표현해주었고, 발자국의 다양한 손상 변화 를 수치적으로 분석할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.. 5. 손상도 정밀진단 5.1 손상 현황. 함안 대치리공룡발자국은 1999년 이전복원 시 셰일층 암반에 걸려있던 응력이 제거되면서 지속적 으로 손상되었고, 이후 두 차례에 걸친 이전복원과 부적절한 보존처리 재료를 사용하여 매우 취약한 보 존환경이 조성되었다. 이러한 화석의 보존상태를 단.

(7) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. 185. Table 2. Surface depth of the each footprint (㎜). Ornithopod A. Spots Horizontality Verticality Mean. a 34 30 32. b 31 32 32. c 26 25 26. d 29 29 29. Ornithopod B e 28 25 27. f 26 27 27. g 26 28 27. h 23 29 26. i 31 27 29. j 32 32 32. k 29 32 30. Sauropod Manus l m n 34 34 40 34 38 42 34 36 41. Pes o p 34 26 36 25 35 25. Fig. 5. Completion of the surface depth modeling of the Daechiri dnosaur trackways in Haman.. 면도로 살펴보면, 기초바닥은 합판, 비닐 및 모래로 이루어져 있고, 이 위에 화석을 올려놓은 다음 균열. 및 결실부를 접합 및 충전하였다. 이때 이격이 심하 지 않은 균열부는 접착제만을 이용하여 보강하였고,.

(8) 186. 이찬희․조영훈․김선덕. 이격이 큰 균열부와 결실부는 석고와 부직포 등으로 충전 한 후 합성수지로 마감하였다(그림 6A). 그러나 이러한 보존처리 재료들은 대부분 보수기 능을 상실하여 화석의 이차적 손상을 가중시켰다. 특 히 화석 표면과 측면에 도포된 갈색 합성수지는 대부 분 박락되었으며(그림 6B), 충전 물질로 사용된 석고 는 원암과 결합력이 약해져 대부분 소실되었다(그림 6C). 화석의 기초를 이루는 모래와 비닐은 배수불량 을 초래하여 항상 고습한 상태를 유지시켰다. 이로 인 해 공룡발자국 화석은 균열, 박락, 세편화 및 구조적 변형에 의한 손상이 매우 심각한 상태이다(그림 6D). 또한 철산화물질, 미생물, 점토광물, 분진 및 미세 토양입자와 보수물질인 석고가 결합하여 이차적 변 색을 유발하였으며(그림 6E), 녹조류와 초본식물에 의한 생물학적 오염도 나타났다(그림 6F). 이러한 변색과 생물오염을 주사전자현미경으로 관찰한 결 과, 철산화물질이 원암을 피복하였으며, 부분적으로 식물체 포자와 균사에 의해 암석이 미세하게 훼손된 것을 알 수 있다(그림 6G). 5.2 손상도 정량평가. 이 연구에서는 함안 대치리공룡발자국의 손상도를 정량적으로 평가하고 향후 보존처리에 이용할 수 있 도록 손상지도를 작성하였다. 이때 손상유형의 기재와 도면 작성은 육안관찰이 가능한 수 ㎜ 내지 수 m의 범위로 설정하여 현장에서 직접 표현하였고, 손상유. 형은 다양한 풍화 및 훼손특징에 따라 구조상 균열 (BC), 미세 균열(HC), 박락(Sc), 변색(Dc), 생물오염 (Bi) 및 보수물질(RM)로 세분하였다(ICOMOS-ISCS, 2008). 또한 손상지도 제작과 손상율 산출은 조영훈 과 이찬희(2011)가 제안한 방법을 사용하였다. 특히 점유면적으로 표현하기 어려운 균열은 대상 석조문 화재의 형태와 크기에 상관없이 정량평가가 가능하 고 단위면적당 발생한 균열의 손상 가중치를 반영하 는 균열지수(CI; Crack Index)를 이용하였다. 먼저 각 발자국의 손상지도를 작성한 결과, 조각 류 A 및 조각류 B 화석은 구조상 및 미세 균열에 의 한 손상이 심하였으며, 미세 균열이 집중 분포하는 지점은 화석의 세편화가 두드러졌다. 용각류 화석은 다른 화석에 비해 균열의 발달정도가 미약하나 모든 물리적 손상이 복합적으로 발생하였다. 또한 변색과 생물오염은 물리적 손상에 비해 양호한 편이지만 보 수물질에 의한 이차적 훼손은 모든 화석에서 확연히 나타났다(그림 7). 이러한 손상지도를 통해 유형별 점유율을 비교하 였다. 이 결과, 구조상 및 미세 균열은 조각류 A 화 석에서 각각 8.6(144개, 18,035 ㎜)과 21.6(507개, 45,496 ㎜)의 가장 높은 균열지수를 보였으며, 박락 은 조각류 B 화석에서 4.6%의 비교적 높은 수치를 나타냈다. 또한 변색은 용각류 화석(8.3%)에서, 생 물오염은 조각류 A 화석(1.7%)에서, 보수물질은 용 각류 화석(13.5%)에서 상대적으로 높은 손상율을. Fig. 6. Deterioration status of the Daechiri dinosaur trackways in Haman. (A) Schematic drawing of the damaged trackways. (B) Synthetic resin used on crack parts. (C) Plaster used as the filler for missing the parts. (D) Splintering by hair and bursting crack. (E) Efflorescence and brown discoloration by plaster. (F) Biological colonization on the surface. (G) SEM image damaged by hyphae..

(9) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. 가졌다. 이를 통해 공룡발자국의 주요 손상요인은 미세 및 구조상 균열에 의한 물리적 손상과 보수물 질에 의한 이차적 훼손임을 알 수 있다(그림 8). 5.3 수용성 염성분 및 탈염효과. 석조문화재에 발생하는 수용성 염의 근원은 암석 자체의 성분, 지하수 및 해수 침투, 대기오염 및 보 수물질 등이다. 특히 이러한 염성분은 결정화 및 수화 에 따른 부피팽창, 암석과의 열팽창률 차이, 삼투압 등의 과정으로 석재의 재질약화에 영향을 미치는 것. 187. 으로 알려져 있다(김성수와 박형동, 1999; Cardell et al., 2003; Moreno et al., 2006; Lee et al., 2009). 함안 대치리공룡발자국은 결실부의 충전제로 사용 된 석고가 백화현상을 유발하여 다양한 이차적 손상 이 나타났다. 특히 이 백화오염물은 공기중의 먼지, 부유물질 및 유기오염물과 결합하여 다양한 색조를 보였다. 따라서 이 연구에서는 공룡발자국의 염풍화에 미 치는 위해성 염성분을 분석하고, 이를 토대로 화석 의 탈염방안을 제시하였다. 먼저 화석의 원산지에서. Fig. 7. Synthetic deterioration maps of the Daechiri dinosaur trackways in Haman.. Fig. 8. Crack index (CI) and quantitative deterioration rate (%) of the Daechiri dinosaur trackways in Haman. BC; Bursting crack, HC; Hair crack, Sc; Scaling, Di; Discoloration, Bi; Biological colonization, RM; Repair material..

(10) 188. 이찬희․조영훈․김선덕. 채취한 신선한 셰일편 4개와 조각류 A 및 B 화석에 서 수습된 셰일편 2개를 대상으로 염성분 용출실험 을 수행하였다. 이때 각 셰일편과 증류수를 1:10으 로 설정한 후 셰일편을 일주일 동안 함침시켜 가용 성 이온을 용출시켰다. 분석은 수용성 염을 잘 형성 하는 Na, Mg, Al, K, Ca, Mn, Fe의 양이온과, F, Cl, NO3, SO4의 음이온을 대상으로 실시하였다. 1차 함침을 통해 용출된 이온을 살펴본 결과, 2개 의 화석 시료는 Ca와 SO4가 다량 검출되었고, 이외 에 조각류 A 화석에서 Cl이 2.60 ppm 정도 검출되 었을 뿐 전반적으로 다른 이온들은 1 ppm 미만으 로 확인되었다. 또한 원산지의 신선한 암석은 Ca를 제외한 모든 양이온과 음이온에서 대부분 1 ppm 미만으로 검출되었다. 분석결과를 통해 공룡발자국 에 형성 가능한 염은 CaSO4 임을 추정할 수 있으며, 이는 보수물질로 사용된 석고가 암석 내부에 침투되 었음을 증명해준다. 증류수에 의한 탈염효과를 분석하기 위해 1차 함 침에 사용된 화석 셰일편 2개를 대상으로 일주일 간 2차 함침을 실시하였다. 이 결과, 1차 함침에서 높은 농도를 보인 Ca와 SO4는 상대적으로 농도가 감소 하였다. 특히 조각류 A 화석의 경우 Ca는 4.94 ppm으로, SO4는 0.57 ppm으로 줄어들었고, 조각 류 B 화석의 경우 Ca는 1.76 ppm으로, SO4는 0.83 ppm으로 급격히 감소하였다(그림 9). 이를 통해 함 안 대치리공룡발자국은 증류수를 이용한 2차 함침 으로 CaSO4의 탈염에 좋은 효과가 있는 것을 알 수 있다. 특히 이러한 함침세정은 습식 및 건식세정에 비해 물리적 힘이 작용하지 않으므로 세정 중 발생. 할 수 있는 이차적 훼손을 방지하는데 큰 도움이 될 것으로 판단된다.. 6. 과학적 보존처리 일반적으로 다양한 진단기술과 영상분석을 이용 하여 문화유산의 물리적, 화학적 및 생물학적 손상 도 평가가 완료되면 안정성에 대한 종합분석을 시행 하고, 이를 통해 실질적인 보존처리 및 보강방안을 제시해야 한다. 함안 대치리공룡발자국은 앞서 살펴 본 바와 같이 균열에 의한 물리적 손상과 과거 부적 절한 보존처리로 인해 인위적 훼손이 심각하다. 따 라서 이 연구에서는 공룡발자국 화석에 적합한 맞춤 형 보존처리를 수행하였다. 먼저 세편화 된 화석을 정밀하게 해체하고, 과거 보존처리 재료로 사용된 석고, 접착제, 부직포, 모래 등을 건식세정으로 최대한 제거하였다. 그런 다음 대형수조를 제작하고 증류수에 화석을 함침시켜 탈 염처리 하였다(그림 10A). 특히 이 함침법은 습식 및 건식세정에 비해 물리적 힘이 작용하지 않아 세 정 중 발생할 수 있는 이차적 훼손을 방지하는데 중 요한 역할을 하였다. 또한 탈염 효과를 모니터링하기 위해 함침 기간 동 안 매일 증류수를 채취하여 실시간으로 수용성 염성분 을 분석하였다. 이 결과, 모든 발자국은 앞의 시편과 동일하게 Ca와 SO4가 다량 검출되었다. 이는 화석 표면과 내부에 CaSO4 염결정이 생성되었음을 의미하 는 것으로 당량무게로 전환한 관계도에서도 두 이온 의 정의관계는 입증되었다. 특히 2주차의 Ca와 SO4. Fig. 9. Diagram showing solubility comparison of soluble salts in the first and second weeks..

(11) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. 용출량은 1주차에 비해 뚜렷이 감소하였다(그림 11). 한편 세정 및 탈염을 완료하면 충분히 건조시키 고 3차원 디지털복원 이미지와 실측도면을 이용하 여 가접합을 실시하였다(그림 10B). 그런 다음 기초 지지대를 구축하기 위해 화석 전체를 뒤집어 바닥면 의 FRP 성형틀을 제작하고(그림 10C), 강철 프레임 에 성형틀과 화석을 올려놓고 원형에 최대한 가깝도 록 복원하였다(그림 10D). 이때 결실부는 우레탄 및 실리콘계 수지를 이용하여 충전하였고, 균열부는 에 폭시계 수지와 동질의 암석 파우더를 혼합하여 접합 하였다(그림 10E). 이처럼 접합 및 충전이 완료된 후에는 팽윤저지제를 화석 표면에 도포하고, 약 2주 정도 후에 에칠실리케이트계 강화제로 강화처리를. 189. 실시하여 안정화를 도모하였다(그림 10F). 이상 함안 대치리공룡발자국의 안정적인 보존관 리를 위해 손상도 정밀진단과 영상분석을 바탕으로 과학적 보존처리를 완료하였다(그림 10G, 10H). 앞 으로 이러한 보존처리 효과를 유지하기 위해서는 지 속적인 보존관리가 절실히 요구되며, 보존처리에 대 한 향후 평가 및 영구보존을 위한 정기적인 모니터 링도 필수적이다.. 7. 결 론 1. 함안 대치리공룡발자국은 발견 당시 약 100여 개의 발자국이 확인되었으나, 현재 2종의 조각류와. Fig. 10. Conservation treatment processes of the Daechiri dinosaur trackways in Haman. (A) Cleaning and desalting by impregnation method. (B) Preliminary joining. (C) Making of molding cast. (D) Restoration. (E) Joining and filling. (F) Treatment of anti-swelling agent and consolidant. (G, H) Completion of the conservation treatment and restoration.. Fig. 11. Correlation and variation diagram of Ca and SO4 ions in the first and second weeks..

(12) 190. 이찬희․조영훈․김선덕. 1종의 용각류 화석만 남아있다. 특히 발굴 이후 두 차례 이상의 이전복원과 부적절한 보존처리로 인해 물리화학적 손상이 심각하여 보존환경에 대한 전면 적 개선이 필요한 상태였다. 2. 공룡발자국 화석의 구성암석은 자색 및 녹회색 호층의 셰일로 자색이 우세하며, 주요 구성광물은 석영, 사장석, 운모, 녹니석 및 방해석이다. 이중 석 영 등의 입상광물은 약 1 ㎜의 두께로 호층을 이루 며, 이 사이에는 점토 입자들로 구성된 엽층리가 발 달하였다. 또한 각각의 화석은 원산지 암석에 비해 낮은 물성을 나타냈다. 3. 공룡발자국의 심도모델링 결과, 조각류 A 및 조각류 B 화석은 평균 29 ㎜를 나타냈으나 용각류 화석은 평균 30 ㎜ (앞발)와 35 ㎜ (뒷발)로 뒷발자 국이 앞발자국에 비해 약 5 ㎜ 정도 깊은 심도를 보 였다. 이러한 발자국의 표면심도 모델링은 육안과 사 진으로 불분명했던 부분을 가시적으로 표현하였고, 향후 다양한 손상 변화를 수치적으로 비교분석할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 4. 손상도 정량평가 결과, 구조상(8.6) 및 미세 균열 (21.6)은 조각류 A 화석에서 가장 높은 균열지수를 보였으며, 박락은 조각류 B 화석(4.6%), 변색은 용 각류 화석(8.3%), 생물오염은 조각류 A 화석(1.7%), 보수물질은 용각류 화석(13.5%)에서 상대적으로 높은 손상율을 나타냈다. 또한 백화오염물은 보수물 질로 사용된 석고가 암석 표면과 내부에 침투하여 결정화된 것으로 판단되며, 이 오염물은 2주 정도의 증류수 함침으로 탈염되는 것으로 확인되었다. 5. 함안 대치리공룡발자국의 보존처리는 화석의 해체, 과거 보수물질 제거, 함침법에 의한 세정 및 탈염, 3차원 도면을 이용한 가접합, 바닥면의 FRP 성형틀 제작, 원형 복원, 균열 및 결실부의 접합 및 충전, 평윤저지제 도포 및 강화처리 순으로 진행하 였다. 이 연구는 공룡발자국의 예비조사부터 과학적 보존처리까지 매우 유기적인 보존시스템을 구축하 였으며, 향후 미래지향적 맞춤형 보존처리 사례를 정립하는데 기여할 것으로 판단된다.. 사 사 이 연구는 한국연구재단의 2009년도 일반연구자 지원사업(2009-0072902)과 학문후속세대양성사업. (355-2011-1-C00001)의 지원을 받아 수행된 연구 임을 명기하며, 위 기관의 행정 및 재정적 지원에 감 사한다.. 참고문헌 공달용, 임종덕, 김정률, 김경수, 2010, 남해 가인리 공룡발 자국 화석에 대한 디지털 사진 측량 기법의 활용. 한국지 구과학회지, 31, 129-138. 김성수, 박형동, 1999, 인공풍화 실험을 이용한 석재 물성의 변화연구. 한국자원공학회지, 36, 141-149. 양승영, 1982, 상부경상층군에서 발견된 백악기 공룡의 족 흔화석에 관하여. 지질학회지, 18, 37-48. 이상진, 도진영, 김수진, 2005, 고성 IC 발굴 공룡발자국 화 석지 암석의 보존처리 연구. 제22회 한국문화재보존과 학회 추계학술대회 논문집, 277-281. 임성규, 1993, 경남 함안군 칠서면 칠서공단에서 발견된 공룡 발자국 화석. 한국지구과학회 추계학술발표회 논문집, 14, 385 p. 정기영, 김수진, 2004, 35번 고속도로 고성 교차로 지역 공 룡발자국의 보존을 위한 응용광물학적 연구. 한국광물 학회지, 17, 189-199. 조영훈, 이찬희, 2011, 석조문화유산의 손상지도 제작방법 과 표면 및 3차원 손상율 평가기법. 보존과학회지, 27, 251-260. 조영훈, 이찬희, 2012, 석조문화유산의 형상분석을 위한 3 차원 디지털복원과 표면심도 모델링: 해운대 석각을 중 심으로. 보존과학회지, 28, 87-94. 조현구, 김수진, 장세정, 2002, 해남 공룡화석지 퇴적암의 물리적 성질: 쳐트 함량과의 관계. 한국광물학회지, 15, 132-139. 최유구, 김태열, 1963, 의령도폭 설명서. 국립지질조사소, 1-7. Cardell, C., Delalieux, F., Roumpopoulos, K., Moropoulou, A., Auger, F. and Van Grieken, R., 2003, Salt-induced decay in calcareous stone monuments and building in a marine environments in SW France. Construction and Building Materials, 17, 165-179. Huddart, D., Bennett, M.R., Gonzàlez, S., and Matthews, N., 2008, Analysis and preservation of Pleistocene human and animal footprints: An example from Toluquilla, Valsequillo Basin (Central Mexico). Ichnos, 15, 232-245. Huh, M., Hwang, K.G., Paik, I.S., Chung, C.H. and Kim, B.S., 2003, Dinosaur tracks from the Cretaceous of South Korea: Distribution occurrences and paleobiological significance. The Island Arc, 12, 132-144. ICOMOS-ISCS, 2008, Illustrated glossary on stone deterioration patterns. ICOMOS-ISCS, 1-27. Lee, D.S. Lee, C.H., Kim, J. and Yang, H.J., 2009, Geochemical characteristics of surface efflorescence.

(13) 함안군 대치리공룡발자국 화석의 3차원 영상분석과 손상도 평가 및 과학적 보존처리. on the seventh century stone pagoda in Republic of Korea. Environmental Geology, 58, 197-204. Lee, Y.N., Yu, K. and Wood, C.B., 2001, A review of vertebrate faunas from the Gyeongsang Supergroup (Cretaceous) in South Korea. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 165, 357-373. Moreno, F., Vilela, S.A.G., Antunes, A.S.G. and Alves, C.A.S., 2006, Capillary rising salt pollution and granitic. 191. stone erosive decay in the parish church of Torre del Moncorvo (NE Portugal). Journal of Cultural Heritage, 7, 56-66.. ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 투 고 일 : 2012년 2월 29일 심 사 일 : 2012년 3월 5일 심사완료일 : 2012년 4월 3일.

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