Study on Material Characterization of Earthen Wall of Buddhist Mural Paintings in Joseon Dynasty

접수 16. 02. 15 / 심사종료 16. 03. 07 / 게재승인 16. 03. 14

Vol.32, No.1, pp075-088(2016)

DOI http://dx.doi.org/10.12654/JCS.2016.32.1.08 Printed in the Republic of Korea

pISSN: 1225-5459 eISSN: 2287-9781

조선시대 사찰벽화 토벽체의 재질특성 연구

이화수¹

한국전통문화대학교 기술과학대학 보존과학과

Study  on  Material  Characterization  of  Earthen  Wall  of  Buddhist  Mural  Paintings  in  Joseon  Dynasty

Hwa Soo Lee¹

Department of Conservation Science, College of Science and Technology, Korea National University of Cultural Heritage, Buyeo, 323-812, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-41-830-7363

초 록 조선시대 5개 전각의 사찰벽화를 대상으로 벽체를 구성하는 토양성분에 대한 분석조사를 실시하였다. 입도분석 결과 층위에 따라 구성입자의 함량이 다르게 나타났으며, 마감층이 중벽층에 비해 중립사 이상크기 입자 분포가 다소 높은 경향을 보였다. 토양 구성광물 분석에서는 모래의 주성분인 석영(Q)의 결정상, 장석(F)의 결정상 그리고 점토 광물 (C) 등 일반적인 토양과 유사한 광물 조성을 나타내어 벽체는 암석의 풍화산물로 생성된 풍화토를 사용한 것으로 보인다.

화학성분 분석 결과, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 그리고 포타슘(K)등이 검출되었고, 토양 미세조직에서는 모래 및 점토크기의 토양입자들이 관찰되어 벽체를 구성하는 토양은 암석이 풍화되어 생성된 풍화토와 모래인 것으로 나타 났다. 분석결과 벽체는 주로 황토가 사용되었고, 점토와 모래를 혼합하여 층위별 기능에 따라 제작한 것으로 확인되었다.

이번 연구를 통해 조선시대 사찰벽화의 벽체를 구성하는 재질의 특성을 파악하고, 제작기술에 관한 경향성을 제시할 수 있었다.

중심어: 사찰벽화, 토벽체, 재질특성, 보존

ABSTRACT In this study, 5 mural paintings in the Buddhist temples of Joseon era were researched for component analysis on the soil contained in the walls. The results of particle size analysis showed that the ratio of particle contents were different in each layer. In the finishing layer, the distribution of the middle sand fraction is higher than that of the middle layer. The results of XRD analysis showed that quartz, feldspar, and clay mineral are the main components of sand, suggesting similar mineral composition to that of ordinary soil component. It seems weathered rocks were used for construction of the walls. The main chemical components detected from EDX analysis were Si, Al, Fe, and K. Also the SEM images showed sand or clay sized minerals. In conclusion, the walls of the buddhist mural paintings in Joseon Dynasty had been constructed by using the loess, and had been produced by using mixture of clay and sand particles of different sizes for each layer. This study identified the characteristics of the materials and the manufacturing technologies used on the walls of mural paintings of Buddhist temples in Joseon era.

Key Words: Buddhist Mural Paintings, Earthen Wall, Material Characterization, Conservation

Table 1. Information of Analysis Target.

No. Name Era and Regional

Temple Mural Painting Period Region Province M1 Daeungbojeon of

Heungguksa The wall on backside

of behind buddhist Late

17C Yeosu-si Jeollanam-do M2 Bogwangmyeongjeon of

Wibongsa The wall on backside

of behind buddhist Late

17C Wanju-gun Jeollabuk-do M3 Daeungbojeon of

Naesosa The wall on backside

of behind buddhist 18C Buan-gun Jeollabuk-do M4 Daeungjeon of

Seonunsa The wall on backside

of buddhist 19C Gochang-gun Jeollabuk-do M5 Mireukjeon of

Geumsansa The Bracket wall on

out side Hall Late

Joseon Gimje-si Jeollabuk-do 1. 서 론

국내에 현존하는 사찰벽화는 대부분이 조선시대의 것 으로서, 주로 토벽(土壁)을 만들고 표면에 채색층을 제작 하였다. 이와 같이 토양을 기반으로 벽체가 조성된 사찰벽 화는 연질 및 다공성의 특징과 온·습도 변화가 큰 외부환경 에 상시 노출되는 관계로 보존성이 매우 취약하다. 또한 우 리나라의 사찰벽화 보존을 위한 초기에는 벽체 특성에 대 한 연구가 미흡한 상황에서 실질적인 보존처리에 치중하 였는데, 과거에 조사나 검증이 부족한 과정에서 수행된 작 업들로 인해 많은 벽화들에서 최근까지 손상되거나 보존 처리를 어렵게 하는 결과들을 나타내고 있다.

벽화의 올바른 보존을 위해서는 벽화를 구성하는 재질 을 명확하게 규명하고, 분석결과를 토대로 손상상태와 원 인을 진단하여 그에 따른 보존처리기술 및 재료가 적용되 어야 한다. 국내 사찰벽화 벽체 제작기법에 대해서는 몇 차 례 이론적 연구가 선행되어 왔으나, 보다 과학적 분석결과 를 근거로 하는 검증이 필요하다. 특히 벽화 보존에 있어 벽체는 채색층을 뒷받침하는 바탕역할을 하므로 재질특성 에 관한 연구는 필수적이라 할 수 있다.

사찰벽화 벽체에 관한 국내 최초의 분석조사는 2006년 무위사 극락전 내벽사면벽화 보존처리 당시 실시된 연구 로서, 토벽체의 구조적 특징과 토양의 입도 및 광물학적 특 성 등 벽체층간 재료에 대한 과학적 조사가 실시되었다 (Chae et al., 2006). 또한 2008년에는 안동 봉정사 대웅전 후불벽화 벽체에 대해 다양한 자연과학적 분석법을 사용 하여 토양 및 혼합물 등 재료특성 연구가 이루어졌다 (Jeong and Han, 2008). 이후부터 2011년까지 사찰벽화

보존처리 사전조사 단계로서 벽화 제작기법 파악 및 안전 진단을 위한 벽체 재질분석이 이루어졌다(Baekje, 2010;

Baekje, 2011; Han et al., 2010; Hanrim, 2008; Kim et al., 2014).

이와 같이 그간 보존처리를 위한 사전조사의 일환으로 벽체에 대한 분석이 점진적으로 이루어져 왔으나, 사찰벽 화의 벽체를 구성하는 재료 특징에 따른 보존처리 기술 및 재료연구에 적극적으로 응용할 수 있는 연구결과는 제시 되지 않고 있다.

따라서 본고에서는 다수의 사찰벽화 벽체에 대한 자연 과학적 분석에 따른 객관적인 데이터를 확보하고 그 결과 를 종합하여 비교분석하였다. 연구 결과를 통해 벽체를 구 성하는 재질특성에 따른 경향성을 파악하고 보존을 위한 실효적 근거자료를 마련하고자 하였다.

2. 연구방법

본 연구에서는 전라북도 지역에 분포하는 5개소 사찰벽 화에 대하여 실시한 벽체분석 결과를 제시하고(Baekje, 2010; Baekje, 2011; Han et al., 2010; Hanrim, 2008; Lee et al., 2008; Kim et al., 2014) 분석항목에 따른 재질특성 을 파악하였다. 또한 고찰부에서는 기존 연구된 2개소 전 각 벽화의 벽체 분석자료(Chae et al., 2006, Jeong and Han, 2008)를 참고하여 분석된 5개소 사찰벽화 벽체의 재 질특징과 함께 종합하고 비교·분석하였다(Table 1).

벽체 제작에 사용된 토양의 재료 특성에 관한 연구는 벽 체를 구성하는 중벽층과 마감층을 대상으로 하였으며, 재 질에 대한 규명과 함께 입자 크기 분포와 같이 벽체 제작

Table 2. Mural of Analysis Conditions and Equipment.

No Analysis Conditions and Equipment

Particle Size Crystalline Chemical Composition Microstructure M1 Standard sieve

(KS F 2302) MXP18A, MAC

Science, Japan - -

M2 Standard sieve(KS F 2302) LS230&N4PLUS,

Coulter, USA

X’Pert APD system, Philips, Netherlands

Sigma MS2, KEVEX-superdry,

USA S-2300, Hitachi, Japan

M3 Standard sieve(KS F 2302) LS230&N4PLUS,

Coulter, USA

X’Pert APD system, Philips, Netherlands

Sigma MS2, KEVEX-superdry,

USA S-2300, Hitachi, Japan

M4 Standard sieve(KS F 2302) LS230&N4PLUS,

Coulter, USA

X’Pert APD system, Philips, Netherlands

Sigma MS2, KEVEX-superdry,

USA S-2300, Hitachi, Japan

M5 Standard sieve(KS F 2302) LS230&N4PLUS,

Coulter, USA

X’Pert APD system,

Philips, Netherlands PW 2400, Phlips,

Netherlands FEG-SEM, S-4200, Hitachi, Japan

과정에서 확인되는 제작기술 관점에서 관찰되었다. 또한 분석된 데이터를 종합하여 시기 및 지역별로 나타나는 특 성을 파악하였다. 토양 입도분석은 한국공업규격에서 정 하는 입도분석시험(KS F 2302) 조건 및 표준체를 사용한 건식체질법과 레이져입도분석(PSA, LS230&N4PLUS, Coulter, USA)을 병행하였다. 토양의 광물결정상은 X선 회절분석 법(X-ray diffractiometry)이, 화학성분 및 미세조직을 확 인하기 위해 에너지분산형 X선 분광분석장치(Energy Dispersive Spectrometer)와 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 각각 사용하였다. 흥국사 대웅전 후불벽배 면벽화는 분석 당시 미세조직 및 화학성분 분석이 수행되 지 않아 해당 데이터를 제시하지 못하였고, 금산사 미륵전 외벽화의 화학성분은 X선 형광분석장치(X-ray Fluorescence) 가 사용되었다(Table 2). 또한 이 연구의 목적과 부합하기 위하여 벽체에 혼입된 유기물은 분석에서 제외하였다.

3. 연구결과

3.1. 벽체 구성 특징

벽체 재질분석 결과에 앞서 각 벽화의 벽체 구성상태를 조사하여 요약하였다(Figure 1). 먼저, 흥국사 대웅전 후불 벽배면벽화(M1)는 토벽에 종이를 부착한 첩부벽화이다.

크기는 가로 3,250mm, 세로 3,950mm이며, 두께는 약 120~150mm이다. 벽체는 거친 흙과 자갈 및 짚여물을 사

용하여 초벽과 중벽을 마련하였고, 마감층은 점토와 모래 를 혼합하여 5~8mm 두께로 제작하였다. 벽화면은 닥으로 구성된 얇은 종이를 가로 4장, 세로 4장으로 16장을 연접 하여 마감층 위에 부착 후 그림을 그렸다.

위봉사 보광명전 후불벽배면벽화(M2)는 초벽, 중벽, 마 감층의 전형적인 흙벽화 구조를 지니고 있으며, 크기는 가 로 2,940mm, 세로 4,540mm, 두께는 약 120mm 내외이다.

외가지를 엮은 후 거친 흙과 짚 섬유를 사용하여 초벽을 마 련하고 그 위를 얇게 덧바르는 방식으로 중벽을 조성하였 다. 고운 흙과 모래에 섬유질을 혼합하여 약 5mm 내외로 비교적 얇게 마감층을 제작하였다.

내소사 대웅보전 후불벽배면벽화(M3)는 상, 중, 하방과 총 13개의 중깃에 11개의 벽면을 조성하여 한 면으로 그림 을 그렸다. 크기는 가로 약 4,950mm, 세로 약 4,500mm, 두께는 약 110~120mm 내외이다. 거친 흙과 짚을 사용하 여 초벽과 중벽을 제작하였으며, 약 5mm내외로 얇게 마감 층이 조성되어져 있다.

선운사 대웅전 후불벽화(M4)는 불단 상단 위 3개의 벽 체에 각각 조성되어 있다. 외가지를 엮은 후 거친 흙을 사 용하여 초벽과 중벽을 마련하고 그 위에 고운 흙과 모래에 섬유질을 혼합하여 마감층을 제작하였다. 벽체의 두께는 평균 120~150mm이며, 마감층의 두께는 약 5mm내외이다.

금산사 미륵전 외벽화(M5)는 외가지 골격에 황토와 자 갈, 짚여물 등을 혼합하여 벽체를 제작하였으며, 두께는 총 110~120mm 내외이다. 약 80~90mm 정도로 초벽을 조성

Figure 1. Mural Paintings Image of Wall Sample.

하고, 중벽층은 약 25~30mm 두께이다. 마감층은 약 5mm 이내이며, 모래의 혼합비가 비교적 높아 표면이 다소 거칠 다. 벽체 층위는 일반적인 사찰벽화의 구조를 계승하고 있 으나, 1992년 보존처리 당시 이루어진 벽체의 이전 및 보 강(transfer)으로 벽화의 크기 및 구조에 변화가 생겼다.

3.2. 벽체 입도 비율

벽체를 구성하는 토양의 입도비율을 분석한 결과 마감 층과 중벽층 입자크기에 따라 각기 다른 분포도를 보였으 며(Table 3), 미분부 입자들에 대한 레이저분석 결과에서는 대부분 실트질 이하 크기의 분포를 나타냈다(Figure 2).

흥국사 대웅전 후불벽배면벽화 벽체의 중벽을 구성하 는 층의 입도 비율은는 Gravel에 속하는 왕모래가 4.95%, 극조립사 8.85%, 조립사 19.76%, 중립사 18.31%, 세립사

27.08%, 극세립사 18.88%, 극조립실트 2.16%의 분급도 를 나타냈다. 마감층을 구성하는 토양의 입도는 왕모래와 극조립사는 포함되어 있지 않고 조립사 2.50%, 중립사 53.08%, 세립사 27.27%, 극세립사 12.37%, 극조립실트 3.38%로 분석되어 중벽층 보다는 비교적 낮은 분급도를 보인다.

위봉사 보광명전 후불벽배면벽화의 중벽층 입도 비율 은 Gravel에 속하는 왕모래가 3.82%, 극조립사 14.98%, 조립사 24.79%, 중립사 17.18%, 세립사 16.23%, 극세립 사 12.32% 그리고 실트 이하의 크기가 10.68%의 분포범 위를 보였다. 미분부에 대한 레이저 분석결과 평균 입자 크 기는 10.95㎛로서 실트질에 속하며, 이 중에서 1㎛ 크기 이하의 입자들이 약 10%, 전체의 90% 이상이 25.45㎛ 크 기 이하인 것으로 측정되었다. 마감층은 극조립사 2.98%, 조립사 22.34%, 중립사 13.16%, 세립사 12.59%, 극세립

Figure 2. Laser Particle Size Analysis of Wall on Mural Paintings (ⓐGroup : Middle Layer, ⓑGroup : Finishing Layer).

사 16.41% 그리고 실트 이하 크기가 32.52%의 입자크기 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 마감층 미분부 입 자들에 대한 레이저 입도분석결과 평균 크기는 19.22㎛이

고 90% 이상의 입자들이 45㎛ 이하로서 대부분이 실트와 점토 크기인 것으로 나타났다.

내소사 대웅보전 후불벽배면벽화 중벽층에 사용된 토

Table 3. Particle Size of Sample of Wall on Mural Paintings.

Gravel Very Coarse Sand Coarse

Sand Medium

Sand Fine Sand Very Fine

Sand Below Silt M1 Middle Layer 4.95 8.85 19.76 18.31 27.08 18.88 2.16

Finishing Layer - - 2.50 53.08 27.37 12.37 3.38 M2 Middle Layer 3.82 14.98 24.79 17.18 16.23 12.32 10.68

Finishing Layer - 2.98 22.34 13.16 12.59 16.41 32.52 M3 Middle Layer 1.48 8.97 19.59 15.15 20.11 27.98 6.72

Finishing Layer 11.45 1.37 12.72 21.06 24.99 19.61 8.80 M4 Middle Layer 0.20 1.00 6.40 20.00 24.20 34.10 14.10 Finishing Layer - 2.40 2.90 4.10 42.30 29.20 13.00

M5 Middle Layer - - - 30 70.00

Finishing Layer - 11.00 19.00 30.00 17.70 9.00 13.20

양입자 크기는 Gravel에 속하는 왕모래가 1.48%, 극조립 사 8.97%, 조립사 19.59%, 중립사 15.15%, 세립사 20.11%, 극세립사 27.98%, 실트 이하 6.72%의 분포 범위 를 가지는 것으로 측정되었다. 세립사 이하 크기의 토양입 자들에 대하여 레이저 입도분석 결과, 평균 입자 크기는 12.20μm로서 실트질에 속하는 입자 크기였으며, 2μm 미 만 점토질에 속하는 크기의 입자들이 약 10% 인 것으로 확 인되었다. 그리고 90% 이상이 27.84μm 크기 이하로서 80%가 실트질, 10%가 점토질 입자이며, 약 10%가 세립사 와 극세립사 크기 입자들의 혼합물인 것으로 분석되었다.

마감층은 왕모래 11.45%, 극조립사 1.37%, 조립사 12.72%, 중립사 약 21.06%, 세립사 24.99%, 극세립사 19.61% 그리고 실트 이하의 크기 8.8%의 입자크기를 갖 는다. 마감층 미분부에 대한 레이저 입도분석 결과, 평균 크기는 12.76μm로서 벽체층과 유사한 실트질에 속하는 입 자 크기였으며, 90% 이상의 토양입자들이 30μm 이하로 대부분이 실트와 점토 크기인 것으로 측정되었다.

선운사 대웅전 후불벽화 중벽층 제작에 사용된 토양의 입도비는 왕모래 0.2%, 극조립사 약 1%, 조립사 약 6.4%, 중립사 약 20%, 세립사 24.2%, 극세립사 34.1% 그리고 실 트 이하의 크기가 14.1%의 분포 범위를 가지는 것으로 측 정되었다. 세립사 이하에 대한 레이저 입도분석 결과 평균 13.53μm의 실트질에 속하는 입자 크기였으며, 그 중 10%

가 2μm 미만 점토질에 속하는 크기의 입자들이다. 마감층 은 극조립사 2.4%, 조립사 2.9%, 중립사 4.1%, 세립사 42.3%, 극세립사 29.2%, 실트 이하 19.1%의 분포 범위를 가지는 것으로 측정되었다. 마감층 미분부의 레이저 입도

분석 결과, 평균 크기는 15.94μm의 실트질 입자 크기이었 으며, 90% 이상이 40μm 이하 크기를 갖는 실트와 점토 크 기인 것으로 측정되었다.

금산사 미륵전 외벽화의 중벽층은 극세립사와 세립사 질의 모래 크기가 고르게 분포하고 있는 것으로 측정되었 으나, 1992~1993년 당시 보존처리 과정에서 사용되었던 아크릴 계열의 강화처리제의 영향으로 인해 토양입자들이 응결체를 형성하고 있는 것이 확인되었다. 레이저입도 분 석결과 토양입자 크기가 작고 비교적 균일한 실트와 점토 광물이 약 70% 이상을 차지하며, 나머지 약 30% 이하가 극세립사질 크기에서 중립사질 크기의 모래인 것으로 조 사되었다. 마감층은 모래가 약 87%, 실트 약 13%, 점토 0.2%로써 구성성분의 대다수를 모래가 차지하는 것으로 나타났다. 87%의 모래 중 극조립사가 약 11%, 조립사가 약 19%, 중립사 약 30%, 세립사가 약 17.7%, 극세립사가 약 9%이다.

3.3. 벽체 구성광물

흥국사 대웅전 후불벽배면벽화 벽체 토양에 대한 X선 회절분석결과 중벽층과 마감층에서 동일하게 모래의 주성 분인 석영(quartz)이 주구성 광물로 분석되었으며, 장석 (feldspar) 및 점토 광물(clay mineral)의 결정상이 검출되 었다(Figure 3).

위봉사 보광명전 후불벽배면벽화의 중벽층을 구성하는 토양입자의 구성광물은 석영(quartz)과 장석(feldspar) 및 점토 광물(illite)이 검출되었으며, 마감층 역시 동일한 구

Figure 3. Results of X-ray diffractiometry of M1(ⓐ:Middle Layer, ⓑ:Finishing Layer).

Figure 4. Results of X-ray diffractiometry of M2(ⓐ:Middle Layer, ⓑ:Finishing Layer).

Figure 5. Results of X-ray diffractiometry of M3(ⓐ:Middle Layer, ⓑ:Finishing Layer).

Figure 6. Results of X-ray diffractiometry of M4(ⓐ:Middle Layer, ⓑ:Finishing Layer).

Figure 7. Results of X-ray diffractiometry of M5(ⓐ:Middle Layer, ⓑ:Finishing Layer).

성광물로 분석되었다(Figure 4).

내소사 대웅보전 후불벽배면벽화의 벽체 토양입자 결 정상은 중벽층과 마감층에서 동일하게 석영(quartz), 점토 광물(clay mineral), 장석(feldspar)이 검출되었다(Figure 5).

선운사 대웅전 후불벽화의 중벽층에서는 모래의 주성 분인 석영(quartz)의 결정상과 장석(feldspar) 그리고 점토 광물(clay mineral)의 결정상이 검출되었으며, 마감층에서 는 중벽층과 동일하게 석영(quartz), 장석(feldspar), 점토 광물(clay mineral)의 결정상과 함께 소량의 방해석(calcite) 이 검출되었다(Figure 6).

금산사 미륵전 외벽화 중벽층과 마감층에 사용된 토양 입자의 결정상은 모래의 주성분인 석영(quartz)의 결정상 그리고 정장석(orthoclase)이나 조장석(albite)과 같은 장석 (feldspar)류 광물의 결정상이 공통적으로 검출되었다. 그 외

백운모(muscovite)나 견운모(sericite)와 같은 운모(mica) 류 점토 광물(clay mineral)의 결정상이 확인되었으며, 산 화철 광물인 Fe2O3가 부성분으로 검출되었다(Figure 7).

3.4. 벽체 미세조직과 화학성분

벽체 화학성분 분석결과 모든 시료에서 대부분 유사한 토양 광물의 성분들이 검출되었으며(Table 4), 중벽층과 마 감층을 구성하는 입자의 미세조직에서는 모래나 점토와 같 은 토양의 형태적 특징이 확인되었다(Figure 8).

위봉사 보광명전 후불벽배면벽화 중벽층 토양의 화학 성분은 실리콘(Si), 철(Fe), 알루미늄(Al), 포타슘(K) 그리 고 칼슘(Ca)이 검출되었으며, 마감층에서는 실리콘(Si), 알 루미늄(Al), 철(Fe), 칼슘(Ca) 그리고 포타슘(K) 등의 화학

Table 4. Chemical Composition of Sample of Wall on Mural Paintings.

Layers

Oxide Chemical Composition

Layers

Oxide Chemical Composition Chemical

Component Contents(wt.%) Chemical

Component Contents(wt.%)

M2

Middle Layer

Al2O3 17.40

M4

Middle Layer

Al2O3 26.37

SiO2 64.00 SiO2 58.93

K2O 2.76 K2O 3.12

CaO 1.21 MnO 3.30

Fe2O3 14.63 Fe2O3 7.15

Finishing Layer

Al2O3 17.32

Finishing Layer

Al2O3 24.74

SiO2 61.80 SiO2 44.94

K2O 3.37 K2O 4.86

CaO 8.05 CaO 9.16

Fe2O3 9.46 Fe2O3 11.52

M3

Middle Layer

Al2O3 24.95

M5

Middle Layer

Al2O3 12.09

SiO2 63.31 SiO2 71.80

K2O 2.96 K2O 6.24

CaO - CaO 1.98

Fe2O3 8.78 Fe2O3 5.80

Finishing Layer

Al2O3 12.91

Finishing Layer

Al2O3 14.40

SiO2 40.89 SiO2 65.78

K2O 2.77 K2O 4.63

CaO 31.84 CaO 2.90

Fe2O3 7.23 Fe2O3 5.96

Figure 8. Microstructure of Sample of Wall on Mural Paintings (ⓐGroup : Middle Layer, ⓑGroup : Finishing Layer).

성분이 검출되었다. 마감층 토양 입자의 미세조직에서는 황토의 원료인 점토 광물로 보이는 토양입자들이 모래와 같이 큰 입자와 함께 구성되어 있는 것으로 확인되었다.

내소사 대웅보전 후불벽배면벽화 중벽층에서는 실리콘 (Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 그리고 포타슘(K) 등의 화학성 분이 검출되었으며, 마감층에서는 실리콘(Si), 알루미늄

(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 포타슘(K), 티타늄(Ti) 그리고 황 (S)이 검출되었다. 중벽층 토양의 미세조직에서는 수십μm에 서 수백μm 크기의 가는 모래와 함께 황토 또는 점토로 추 정되는 작은 입자들이 섞여 있는 것으로 확인되었다. 마감 층 미세조직에서는 수μm 크기의 비교적 균일한 크기와 모 양의 토양입자들이 응집체를 이루고 있는 형상들이 관찰 되었다.

선운사 대웅전 후불벽화 중벽층 토양의 화학성분은 실 리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe), 포타슘(K), 마그네슘(Mg) 그리고 망간(Mn)이 검출되었다. 마감층에서는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 포타슘(K) 그리고 황(S) 이 검출되었다. 중벽층 토양의 미세조직은 모래와 같이 큰 입자와 황토 또는 점토로 추정되는 작은 입자들이 응결체 를 형성하며 섞여 있고, 마감층 토양에서는 비교적 균일한 크기의 점토 광물로 추정되는 토양입자들이 관찰되었다.

금산사 미륵전 외벽화의 중벽층 화학성분은 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 철(Fe), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 황(S) 그리 고 포타슘(K)이 검출되었으며, 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 그리고 포타슘(K)이 주 피크로 검출되었다. 마감층 토양 화학성분은 칼슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 알루미늄 (Al), 실리콘(Si), 황(S), 포타슘(K) 그리고 티타늄(Ti)이 검 출되었다. 중벽층은 토양입자들이 응집되어 응결체를 형 성하고 있으며, 마감층 토양은 모래로 보이는 큰 입자와 세 립질의 작은 입자들이 섞여 있는 것으로 관찰되었다.

4. 고 찰

사찰벽화 5개소 벽체시료에 대해 토양의 입도 및 구성 광물 그리고 화학성분과 미세조직 분석 등을 통해 벽체를 구성하는 재료의 특성을 파악하였다. 분석대상 벽화의 제 작 시기는 문헌에 따르면 17세기부터 18세기 그리고 조선 후기에 해당한다(Park, 1981). 따라서 조선시대 전반기에 해당하는 봉정사 대웅전 후불벽화와 무위사 극락전 내벽 사면벽화 벽체의 재료특성을 함께 비교하기 위해 기존 분 석된 연구자료를 참고하였으며, 그 결과를 요약하면 다음 과 같다.

봉정사 대웅전 후불벽의 그림이 없는 하단의 벽체 배면 에 대한 Jeong and Han(2008)의 분석 결과에 따르면, 중벽 은 자갈 7.89%, 모래 64.22%, 실트 23.79%, 점토 2.39%로 역시 모래의 함량이 실트 및 점토에 비해 많은 것으로 나타 났다. 초기에 제작된 마감층은 자갈이 없고, 모래 73.35%

에 실트와 점토가 각각 24.26%, 2.39%를 차지하며, 후기 에 제작된 마감층은 모래 30.03%, 실트 66.76, 점토 3.21%

로 실트의 비율이 높다. 벽체 제작에 사용된 토양의 구성광 물은, 중벽층에서 석영(quartz, 30.6%)과 미사장석(microcline, 30.3%), 사장석(plagioclase, 39.1%)이 검출되었다. 마감 층에서도 석영(quartz, 29.3%)과 미사장석(microcline, 28.8%), 사장석(plagioclase, 41.9%)등 대부분 장석(feldspar) 류 광물 결정상으로 분석되었다. 중벽층 토양의 화학성분 은 실리콘(Si), 알루미늄(Al)이 검출되었으며, 마감층에서 도 마찬가지로 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 등 중벽층과 같은 성분들이 검출되어 특정적인 원소의 분포는 확인되지 않 았다.

무위사 극락전 내벽사면벽화 중 벽체에서 분리된 시료 에 대한 Chae et al.(2006)의 분석 결과에 따르면 중벽 제 작에 사용된 토양의 구성입자는 자갈 1.7%, 모래 37.3%, 실트 26.6%, 점토 34.2%를 차지한다. 초기에 제작된 마감 층은 모래와 실트가 22.2%, 점토 57.4% 이며, 후기에 제작 된 마감층은 실트 이상이 6.2%, 점토 77.1%로 초기 마감 층에 비해 점토의 함량이 더 많다. 광물결정상 분석결과에 서는 벽체의 중벽층과 마감층 모두에서 석영(quartz), 정장 석(orthoclase), 사장석(plagioclase), 방해석(calcite), 석고 (gypsum), 점토광물(clay mineral)이 검출된 것으로 조사 되었다.

사찰벽화의 벽체는 층위별로 기능을 달리 하기 때문에 토양 혼합비에서 차이가 있으며, 입도 비율 분석 결과를 살 펴보면 벽화별 또는 층위별로 입자크기에 따른 함량이 다 르게 나타나는 경향을 확인할 수 있다. 토양 입도 비율을 중립사 이상 크기의 입자와 세립사 이하 크기의 입자로 크 게 구분하여 살펴보면, 마감층이 중벽층에 비해 중립사 이 상크기 입자 함량이 다소 높게 나타난다(Table 5). 중벽층 의 경우에는 조선 초기의 봉정사 대웅전 후불벽화를 제외 하고 대부분 중립사 이상보다 세립사 이하 크기입자의 함 량이 높거나 또는 비슷한 경향을 보인다. 마감층은 무위사 극락전 내벽사면벽화와 선운사 대웅전벽화의 경우는 세립 사 이하크기의 함량이 모래보다 높고, 그 외 벽체들은 중립 사 이상크기 입자의 함량이 높거나 같다(Figure 9). 벽체층 에 해당하는 중벽이 입자가 큰 모래에 비해 세립사 이하 크 기입자의 함량이 많은 것은 벽체 강도발현을 위해 실트질 토양의 배합비를 높이는 기능적 측면에서 해석될 수 있다.

이와 같이 벽체를 구성하는 입자의 입도분석 결과를 통 해 제작 시기나 지역적으로 토양의 구성입도와 관련하여

Figure 9. Particle Size Distribution of Wall on Mural Paintings.

Table 5. Mix Ratio of Above Medium Sand and Below Fine Sand.

No

Particle Size Distribution

Middle Layer Finishing Layer

Above Medium

Sand(%) Below

Fine Sand(%) Mix Ratio Above Medium

Sand(%) Below Fine

Sand(%) Mix Ratio

M1 72.11 26.18 1:0.4 73.35 26.65 1:0.36

M2 39 60.6 1:1.6 11.1 68.5 1:6.2

M3 51.87 48.12 1:0.9 55.58 43.02 1:0.8

M4 38 38 1:1 48 55 1:1.2

M5 45 55 1:1.2 47 53 1:1.1

M6 28.2 72 1:2.6 10 89 1:8.9

M7 10 90 1:9 60 39.9 1:0.7

각각의 차이를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있으나, 대부 분 토양의 정선과정을 통하여 선별된 입도비를 갖는 것을 알 수 있다. 초벽은 벽체의 골격에 해당하는 부분으로 중벽 과 마감층을 견고하게 하기 위해 내구성을 높이는 역할을 하게 된다. 중벽의 경우에는 모래와 사질로 구성하여 통기 가 원활하면서도 조직이 치밀하여 초벽이 갖는 내구성을 더해주며, 마감층에는 점토의 구성비를 높여 표면의 평탄 도를 갖추기 위한 목적으로 사용되었다. Figure 10은 미국 농무성기준에 따른 국제토양학회 기준 토양삼각도로서 입 도분석 된 벽체시료의 입도비를 도시한 결과, 벽체들은 점 토의 함량이 적은 사질식양토, 식양토, 양토, 미사질식양 토, 미사질양토에 도시되었다. 분석된 벽체들에서 점토의 함량이 낮은 점은 벽체에 사용된 토양이 낮은 평지에서 채 집되기보다 구릉지 또는 산간에서 그 지역의 모암이 풍화 되어 토양화된 토양을 채집하였을 가능성을 높은 것을 의 미한다. 또한 점토의 구성비가 낮고 미사질이 많다는 점은

토양의 골격에 해당하는 사질로 인해 성형성이 좋고 통기 성이 높은 점을 시사한다.

벽체 입도 비율에 대한 분석이 이루어진 사찰벽화의 분 포가 전라도 지역에 집중되어 있는 반면, 경상도 지역 사찰 벽화에 대한 분석 연구결과는 현재까지는 비교적 저조한 편이다. 따라서 벽체 입도 비율 특징을 시기적 또는 지역적 으로 구분하여 보다 면밀한 경향을 파악하기 위해서는 보 다 많은 벽체를 대상으로 한 비교대상 연구자료가 구축되 어야 할 것으로 보인다.

조성광물분석 결과 대부분의 벽체에서 중벽층과 마감 층에서 유사하게 석영(quartz), 장석(feldspar) 그리고 점토 광물(clay mineral)이 주성분으로 동정되었다. 이와 같은 분석결과는 벽체를 구성하는 토양이 암석의 풍화산물로 생성된 풍화토나 점토에 함유되어 있는 대표적인 광물 결 정상이라는 것을 뜻한다. 풍화토는 일반적으로는 황토라 고 하며, 함수산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 토양

Figure 10. USDA Soil texture Triangle(from ISSS) (To

으로 이루어져 있고 우리나라 전역에서 쉽게 구할 수 있다.

다만 이 연구에서 앞서 기술한 바와 같이 분석된 벽체들은 일반적인 토양과 유사한 광물조성을 나타내었으나 산화철 광물이 두드러지게 동정되지 않았다. 벽체에 사용되는 토 양에 산화철광물이 다량 포함되면 벽체가 적색을 띄게 되 는데, 실례로 산화철 광물인 Fe2O3가 부성분으로 검출된 금산사 미륵전 외벽화의 경우 벽체의 색상이 붉은색을 나 타낸다.

XRD 분석결과를 종합하면 분석된 벽체에 사용된 토양 은 정선과정을 통해 산화철광물을 제거하거나 토양에 산 화철광물이 적어서 황갈색을 나타내는 토양을 선별하여 채집한 것으로 해석할 수 있다. 그리고 가장 대표적으로 검 출된 석영(quartz)의 결정상은 모래의 주성분으로서, 점토 를 모래와 함께 혼합하여 벽체를 제작한 것을 확인 할 수 있다. 이러한 결과를 통해 분석대상 벽체 제작에 사용된 토 양의 토양입자 결정상이 대부분 유사하다는 경향성을 확 인할 수 있다.

토양입자의 화학성분 분석 결과에서 검출되는 실리콘 (Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 그리고 포타슘(K)과 같은 화학 성분은 일반적으로 암석을 구성하는 조암광물인 이산화규 소(SiO2), 장석(feldspar) 및 백운모(muscovite) 등 점토광 물의 주성분으로 알려져 있다. 이러한 화학성분은 암석이 풍화되어 생성되는 광물의 주성분이기 때문에 중벽층과 마감층은 점토와 같은 풍화토와 모래를 혼합하여 벽체를 제작하였던 것으로 볼 수 있다. 사찰벽화 벽체를 구성하는

토양의 화학성분을 정리한 결과를 살펴보면, 중벽층과 마 감층의 SiO2함량은 44.94~66.28의 범위이며 선운사 대웅 전 후불벽화의 마감층은 SiO2가 다소 낮은 값을 나타내었 다. Al2O3의 함량 변화는 17.32~26.37의 범위이며 선운사 대웅전 후불벽화의 Al2O3함량이 다소 높은 값을 나타내었 다. 이와 같은 토양의 성분은 지역의 암체의 특성을 반영한 결과이며, 우리나라의 기반암이 화강암인 점을 감안하면 분석된 성분의 범위가 산성화강암의 범주에 해당하고 기 후적 특성을 감안하면 가장 남쪽에 위치한 선운사의 토양 이 풍화로 인한 성분변화 양상을 반영한 결과로 이해된다.

토양의 점토 및 부식입자들은 매우 작아서 콜로이드와 같이 행동하기 때문에 콜로이드분획(colloidal fraction)이 라고 통칭되며, 일반적인 광학현미경으로는 볼 수 없고, 전 자현미경으로만 관찰할 수 있다(Nyle C, 2011). 주사전자 현미경을 사용하여 사찰벽화 벽체의 토양입자의 미세조직 을 관찰한 결과 대부분 큰 입자와 작은 입자들이 고르게 섞 여 있는 형태를 확인할 수 있었다. 또한 실트질 크기의 입 자들이 약한 응집체를 형성하고 있는 것이 관찰되어 모래와 황토 또는 점토가 혼합되어있는 형태들이 확인되었다.

재질특성에 대하여 분석·연구된 결과를 종합하여 정리 하면, 사찰벽화 벽체 조성에 주로 사용된 재료는 황토와 모 래이며, 분석 및 조사된 대상의 구성광물과 화학성분이 대 부분 유사한 경향을 보였다. 황토는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 일반적인 토양이며, 우리나라에서 지칭하는 황토는 지질학적으로 풍화잔류토를 뜻한다. 황토는 수분이 증발 되면서 강성을 띄게 되는데, 이러한 특징으로 인해 벽체의 내구성에 기여하는 요소를 포함한 기술적인 조성이 이루 어지며, 건조와 함께 벽체의 강도를 발현하게 된다. 황토에 다량 포함된 점토는 수분의 흡착 및 흡수에 의한 용적변화, 가소성, 점착성 등 물리적 특성이 우수한 풍화산물로 자갈 (gravel), 모래(sand), 실트(silt) 등의 토양구성입자 사이를 점착 또는 충전하는 기능이 있다. 토양의 성능은 점토 혼합 비에 따라 물리적 성능을 판단할 수 있으며, 사찰벽화의 벽 체는 이러한 특성을 이용하여 층별 기능에 따라 입자크기 를 다르게 혼합하여 제작된 것으로 생각된다. 벽체 제작에 주로 사용된 세립사 및 실트는 점토의 점착 기능을 보완하 고 모래와 같이 골격 역할을 하게 되므로 벽체 층위별 기능 에 따른 제작에 적합한 재료이다.

물성만을 고려하여 낮은 분급으로 벽체가 제작되면, 강 도 자체의 효과는 볼 수 있으나, 미분부의 혼합이 높아 균 열발생이 반복되고, 수분의 저항력이 저하되고 최밀충전

효과(optimum micro-filler effect) 역시 떨어져 분말상 등 의 보존성에 문제가 발생된다. 그러나 실트는 입자가 작고 비표면적이 크기 때문에 큰 반응은 보이지 않는다. 벽체 입 도 비율을 보면 세립사 및 실트질에 해당하는 입자의 구성 비가 주로 높게 나타나는데 실트질은 대부분 석영으로 풍 화에 강하고 단단하며 수분의 흡수성이 낮은 특성으로 인 해 벽체에서 상대적으로 두께가 얇은 마감층의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

5. 결 론

사찰벽화의 벽체를 구성하는 토양의 조건은 균열이나 강도 등 보존성에 영향을 미치기 때문에, 벽체 제작에 있어 토양의 선별 및 배합은 매우 중요한 부분이다. 또한 사찰벽 화 보존에 있어 벽체의 파손은 채색층 손상과 직접적인 관 계에 있기 때문에 벽체를 구성하는 재질특성을 명확하게 파악할 때 효과적인 진단이 가능하고 보존방안을 마련할 수 있다. 분석 시편들이 조선시대 사찰벽화 벽체의 대표성 을 지닐 수는 없으나, 15세기에서 조선 후기까지 분포하는 점을 미루어 볼 때, 이번 연구를 통해 조선시대 사찰벽화 토벽체를 구성하는 재질의 특성과 경향성을 파악할 수 있 다. 그리고 사찰벽화 벽체에 대한 종합적인 정보를 수집하 고 향후 토벽체 보존기술과 재료연구에 활용할 수 있는 자 료를 제시하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 벽체를 구성하는 토양에 대한 입도분석 결과 층위에 따라 구성입자의 함량이 다르게 나타났으며, 마감층이 중 벽층에 비해 중립사 이상크기 입자 함량이 다소 높은 것으 로 분석되었다. 이는 층위별로 기능을 달리 하기 위해 토양 혼합비율의 차이를 둔 것으로 보이며, 시기나 지역별로도 다르게 나타나는 것으로 조사되었다.

2. 벽체 구성광물 분석결과 대부분의 벽체에서 석영 (quartz), 장석(feldspar) 그리고 점토 광물(clay mineral)이 동정되어 일반적인 토양과 유사한 광물조성을 나타내었으 며, 벽체의 주원료인 토양은 암석의 풍화산물로 생성된 풍 화토인 것으로 판단된다. 그러나 산화철광물은 거의 검출 되지 않아 벽체 제작에 사용된 토양은 산화철광물이 적은 황갈색 토양을 선별하여 사용한 것으로 보인다.

3. 토양입자의 화학성분 분석 결과에서는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe) 그리고 포타슘(K) 등 암석을 구성하 는 조암광물의 주성분인 화학 성분이 검출되었다. 그리고 다량으로 검출된 실리콘(Si)은 석영을 주성분으로 하는 모 래에서 기인한 것으로 해석되므로, 중벽층과 마감층은 암

석이 풍화되어 생성된 풍화토에 모래를 혼합하여 벽체를 제작한 것으로 판단된다.

토양입자에 대한 미세조직 관찰 결과에서도 크고 작은 입자들이 고르게 분포되어 있는 것을 확인하였다. 또한 실 트질 크기의 입자들이 약한 응집체를 형성하고 있어, 벽체 에 모래와 황토 또는 점토가 혼합된 것으로 확인되었다.

사 사

이 연구가 이루어질 수 있도록 분석 및 자료수집에 도움 을 주신 모든 분들에게 감사드립니다.

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