과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
67
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
이상옥, 배고운, 장준혁, 정광용*, 김경호**
* 한국전통문화대학교 보존과학연구소 ** (재)한국문화재연구원
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 연구대상 및 방법
1. 연구대상
2. 연구방법
Ⅲ. 연구결과
1. 물리적 특성 분석
2. 화학적 특성 분석
Ⅳ. 고찰 및 결론
국문초록
본 연구에서는 평택
-모산 영신지구 도시개발사업부지 내 유적의 청동기시대 주
거지에서 출토된 흑색 장식구
4점을 대상으로 물리․화학적 특성 분석을 실시하여
재질 특성을 규명하고자 하였다
. 형태학적 특징 관찰결과 층상 구조를 형성하고 있
으며
, 내부 공극이 토양물질로 충진되어 있는 것을 통해 규화목의 특징과 유사한 것
을 알 수 있다
. 물리적 특성 분석결과 4점 모두 흑옥(jet)의 비중보다 높은 규화목의
비중과 근사한 값을 나타내었다
. 이어 화학적 특성 분석결과 흑색 장식구의 구성성
분은 유기물이 주성분으로 구성된 흑옥과는 달리 토양물질이 주성분으로
, 일부 유
68
제22호
기물로 구성된 것을 확인하였다
. 물리․화학적 분석결과를 종합해 볼 때 흑색 장식
구의 경우 규화목의 특성을 일부 나타내고 있으나
, 다른 종류의 광물이나 암석일 가
능성도 배제할 수 없으므로 향후 추가 연구를 통해 보다 명확히 분류할 수 있을 것으
로 판단된다
.
주제어
흑옥, 규화목, 흑색 장식구, 청동기시대, 재질 특성
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
69
I. 서론
흑옥제품은 한반도를 비롯하여 중국，일본에서 모두 확인이 되는
데，중국의 경우는 요령성이나 내몽골자치구 등과 같은 북쪽권역은 물
론이고，남경이나 진강 등 남쪽권역에서도 출토된다
. 한반도의 경우
는 평양지역의 낙랑유적과 백제유적에서 주로 출토되는 경향이 있다
.
즉，출토품에 대한 내용을 정리해 보면 낙랑，서북한(평양 낙랑토성 등)
－
마한
, 한성백제(김포 운양동，서울 풍납토성, 서산 부장리)－웅진백제(공주
무령왕릉，송산리
)－사비백제(부여 왕흥사지，능산리 절터)로
, 특히 백제권
에서 주로 출토되는 특징이 있다
.1
흑옥은 광물명으로 제트(jet)로 불리우며 이는 석탄과 같이 수백만 년
전에 고여있던 물에 잠겨진 나무의 잔류물들이 매장압력에 의하여 압
축되어 화석화된 유기물이다
. 흑옥은 높은 탄소함유량과 층상구조를
가지며
, 갈탄(lignite)으로 분류된다. 흑옥은 검정색 또는 짙은 갈색이며
비정질이고 비중이
1.19∼1.35이다.2
이와 유사한 규화목(petrified wood)은 나무의 수간이 퇴적물 속에 묻
힌 후 속성작용 동안에 나무의 조직이 지하수에 녹아있는 규산의 치환
이나 충진 작용 등에 의해서 만들어진 화석이다
.3 규화목은 목재의 화
1
유혜선
, ｢무령왕릉 출토 탄목제품의 과학적인 분석을 통한 명칭재고 및 한반도 내 출토
현황 검토｣
, 뺷백제문화뺸 46, 공주대 백제문화연구소, 2012, 33∼66쪽.
2
Smithsonian, Rock and Gem, 2005, DK Publishing, p.318.
3
백승덕
, ｢트라이아스기 후기의 남포층군 조계리층에서 산출된 규화목 화석에 관한 연
구｣
, 공주대 석사논문, 2003, 1∼45쪽.
70
제22호
석화로 생성되지만
silica의 비율이 대부분을 차지하고 있으며 비중은
2.58∼2.91이다.4 특히 흑색 규화목의 성분조성의 경우 실리카(SiO2)의
비율이
77.11∼97.68%를 차지하며, 유기물 요소는 2.42∼22.89%의 비
율로 나타난다
.5 규화목의 화석화는 화산재와 응회암의 응집에서 삼투
에 의한 석화작용이 일어나며
Fe, Mg, Ca, Ni 이온은 C와 Si의 치환에 중
요한 역할을 한다
.6 각각의 성분과 희토류원소에 따라 다양한 색상의
변화가 나타나는 특징을 지니고 있다
.
본 연구에서는 평택
-모산 영신지구 도시개발사업부지 내 유적의 청
동기시대 주거지에서 출토된 흑색 장식구
4점을 대상으로 형태학적 관
찰
, 비중 및 흡수율 측정, 미세조직 관찰 및 성분분석 등 물리․화학적
특성 분석을 실시하였다
. 이러한 분석결과를 토대로 “흑옥 장신구”로
명시되어 있는 흑색 장식구의 재질에 대해 면밀히 알아보고
, 선행연구
된 흑옥(jet)제
, 탄목(炭木)제 유물의 과학적 분석결과와 비교하여 재질
특성을 규명하고자 한다
.
4
gemdat.org, 2018.05.15., https://www.gemdat.org/gem-8018.html
5
Mike Viney, Petrified Wood : The Silicification of Wood by Permineralization, 2014, p.9
6
Murat Hatipoğlu, Necdet Türk., “A combined polarizing microscope, XRD, SEM, and
specific gravity study of the petrified woods of volcanic origin from the
Çamlıdere-Çeltikçi-Güdül fossil forest, in Ankara, Turkey”, Journal of African Earth
Sciences
, Volume 53, Issues 4–5, 2009, pp.141∼157.
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
71
II. 연구대상 및 방법
1. 연구대상
본 연구에서는
(재)한국문화재연구원에서 실시한 평택-모산 영신지
구 도시개발사업부지 내 유적의 발굴조사를 통해 청동기시대 주거지
에서 출토된 흑색 장식구
4점을 대상으로 과학적 분석을 실시하였다.
흑색 장식구 중
3점은 완형의 형태로 출토되었으나 1점은 파손된 상태
로 출토되었으며
, 손상부위에서 박락된 시료를 극미량 수습하여 과학
적 분석을 실시하였다
.
No.
명칭
사진
No.
명칭
사진
1
흑색
장식구
2
흑색
장식구
3
흑색
장식구
4
흑색
장식구
<표 1> 흑색 장식구 분석대상목록
72
제22호
2. 연구방법
(1) 물리적 특성 분석
① 현미경 관찰
흑색 장식구
4점을 대상으로 실체현미경(SMZ18, Nikon, JP) 및 주사전
자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope, Model : EM-30AX, COXEM, KR)을
이용하여 표면 및 단면형태
, 미세조직 관찰을 통해 광물학적 특성을 확
인하고자 하였다
.
② 비중 및 흡수율 측정
비중 측정의 경우 겉보기비중과 부피비중을 측정하였으며
, 유물의
다공질성을 파악하기 위한 흡수율 측정을 실시하였다
. 함수질량(W3)의
경우 증류수에 침적하여
24시간이 경과한 유물의 표면을 젖은 티슈로
닦아준 뒤 측정하였으며
, 급속한 건조에 따른 균열이 발생할 수 있기
때문에 건조질량 측정시
60℃의 열풍건조기에서 12시간 건조를 실시
한 후 미세저울을 이용하여 건조무게(W1)을 측정하였다
. 수중질량의
경우 증류수에 침적시킨 상태에서 무게(W2)를 측정하였다
.
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
73
(2) 주성분 및 미량성분 분석
주성분 및 미량성분 분석을 위해 시료표면의 이물질을 제거한 후 자
연 건조하고
, 에폭시 수지로 마운팅한 후 200, 400, 600, 800, 1200, 1500,
2000, 4000mesh의 순서로 연마제(DP-spray 3㎛, 1㎛, Struers)를 사용하여
연마하였다
. 성분분석은 탄소테이프로 박편 시료를 고정시키고 주사전
자현미경(SEM : Scanning Electron Microscope, Model : EM-30AX, COXEM, KR)에
부착된 에너지분산형
X-선분석기(EDS : Energy Dispersive Spectroscopy, EDS
Detector 75247)를 이용하여 분석하였다
. 분석프로그램은 AZtecone 3.2
sp1을 이용하였으며, 분석조건은 전압(Hight Voltage) 20KeV, 측정거리
(Working Distance)
13.7mm, Spot size는 16으로 설정하였다.
부피 비중(Db)
▸ 건조 무게(W1) 측정 : 건조기에서 60±5℃로 12시간 유지 후 건조
무게 측정
▸ 수중 무게(W2) 측정 : 시료를 지름 1mm 이하의 철사로 물속에 매단
채로 질량을 달아, 철사의 질량을 뺀 값을 포수 시료의 수중 무게 측정
▸ 포수 무게(W3) 측정 : 포수 시료를 물속에서 꺼내어 젖은 수건으로
표면을 닦아낸 후, 포수 질량을 측정
74
제22호
III. 연구결과
1. 물리적 특성 분석
(1) 형태학적 특성 분석
흑색 장식구의 형태적 특성 관찰을 위해
4점 중 No.2와 No.4의 경우
손상된 부위에 대한 관찰을 실시하였다
. 단면 관찰결과 <그림 3>과 같
이 파손부의 표면이 고르지 못하고 잘게 분말화된 형상을 지니고 있다
.
분석대상은 발굴 당시
“흑옥 장신구”로 명시되어 있으나, 흑옥(jet)에서
관찰되는 패각상(Conchoidal)과 등방성(Isotropic)의 형태적 특징이 관찰
<그림 1> 실체현미경 관찰
<그림 2> SEM-EDS 분석
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
75
되지 않았다
. 또한 쪼개짐이나 방향성이 나타내지 않는 불규칙한 균열
이 관찰되었으며
, 이를 통해 흑옥과는 상이한 물질임을 알 수 있다.
이어 실체현미경(<그림 5>)
및 주사전자현미경 관찰결과(<그림 6>) 층
상 구조를 나타내는 것을 확인하였으며
, 탄목(炭木)에서 관찰되는 목재
의 세포벽과 가도관은 관찰되지 않았다
. 반면 층상 구조와 함께 내부
세포벽이나 공극에 토양물질이 포화되어있는 것이 관찰되어 일부 규
화목과 유사한 특징을 나타내는 것으로 볼 수 있다
.
<그림 3> 흑색 장식구의 단면 특성 관찰
<그림 4> 실체현미경 관찰(
✕30)
76
제22호
(2) 비중 및 흡수율 측정
흑색 장식구
4점의 겉보기비중과 부피비중, 흡수율 측정결과(<표 2>)
0.69∼1.35% 범위로 평균 0.97%의 흡수율을 나타내었으며, 4점 모두
유사한 값이 측정되었다
. 겉보기비중은 평균 2.77로 4점 모두 매우 유
사한 값을 나타내고 있으며
, 부피비중 또한 평균 2.7로 4점의 측정값이
유사한 것으로 확인되었다
.
일반적으로 흑옥(jet)의 비중은
1.19∼1.35이며, 규화목(petrified wood)
의 비중은
2.58∼2.91이다. 이러한 기준을 토대로 겉보기비중과 부피
<그림 5> 주사전자현미경 관찰결과(
✕100)
<그림 6> 주사전자현미경 관찰결과(
✕5,000)
No.
측정결과(g)
겉보기비중
부피비중
흡수율(%)
수중질량
함수질량
건조질량
1
4.4267
6.9359
6.8810
2.80
2.74
0.80
2
8.9037
14.1633
13.9745
2.76
2.66
1.35
3
9.4489
14.9380
14.7869
2.77
2.69
1.02
4
10.3537
16.2164
16.1046
2.80
2.75
0.69
<표 2> 흑색 장식구 겉보기비중 및 부피비중, 흡수율 측정결과
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
77
비중
, 흡수율 측정결과를 종합해 볼 때 흑색 장식구 4점은 규화목의 비
중과 유사한 범위를 나타내는 것을 알 수 있다
.
2. 화학적 특성 분석
흑색 장식구(No.2)에서 수습한 극미량의 시료를 대상으로
SEM-EDS
를 이용한 주성분 및 미량성분 분석을 실시하였다
. 성분분석결과 실리
콘(Si)
, 마그네슘(Mg), 탄소(C)가 주성분으로 구성되어 있고, 미량원소로
는 철(Fe)과 비소(As)가 검출되었다
. 성분함량 분포를 살펴보면 Si 44.75
∼
51.43%, Mg 19.15∼21.17%, C 20.40∼29.23%의 범위를 보이고 있다.
흑옥(jet)과 탄목(炭木)
, 흑연의 경우 C가 주성분으로 구성된 유기물인 반
면
, 규화목의 경우 실리카(SiO2)와 토양물질이 주성분으로 구성되어 있
다
. 분석대상인 흑색 장식의 성분분석결과를 종합해 볼 때 유기물과 토
양광물이 동반 검출되며
, 토양물질이 다량 함유된 규화목의 특징을 일
부 나타내고 있는 것으로 판단된다
.
78
제22호
No.
성분조성(wt%)
Si
Mg
C
Fe
As
Total
A-1
48.65
20.65
23.91
4.49
2.30
100.0
A-2
48.55
20.73
23.91
4.41
2.40
100.0
A-3
48.84
20.96
23.65
4.58
1.97
100.0
A-4
48.17
20.54
24.74
4.31
2.24
100.0
B-1
48.60
21.03
23.83
4.34
2.20
100.0
B-2
48.64
20.86
23.62
4.46
2.42
100.0
B-3
49.42
21.12
22.88
4.31
2.27
100.0
B-4
47.73
20.61
25.12
4.19
2.35
100.0
<표 3> 흑색 장식구 SEM-EDS 분석결과 (1)
<그림 7> 흑색 장식구 SEM-EDS 분석위치 (1)
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
79
No.
성분조성(wt%)
Si
Mg
C
Fe
As
Total
1
48.20
20.68
24.44
4.47
2.21
100
2
45.02
19.91
29.19
3.81
2.07
100
3
44.75
19.15
29.23
4.89
1.98
100
4
51.43
21.17
20.40
4.68
2.32
100
<표 4> 흑색 장식구 SEM-EDS 분석결과 (2)
<그림 8> 흑색 장식구 SEM 관찰결과 및 EDS 분석위치 (2)
80
제22호
Ⅳ
. 고찰 및 결론
본 연구에서는 평택
-모산 영신지구 도시개발사업부지 내 유적의 발
굴조사를 통해 청동기시대 주거지에서 출토된 흑색 장식구
4점의 재질
특성을 알아보고자 물리․화학적 특성분석을 실시하였으며
, 종합결과
는 다음과 같다
.
․형태학적 관찰결과 흑옥
(jet)의 깨짐 양상과 같은 패각상과 등방성이
관찰되지 않으며
, 표면이 고르지 못하고 잘게 부서지는 현상을 확인하였
다
. 특히 미세조직 관찰 결과 층상 구조를 지니고 있으며, 세포벽이나 가도
관과 같은 목재특성이 관찰되지 않고 공극이 토양물질로 충진되어 있는
것을 통해 일부 규화목과 유사한 특징을 확인하였다
.
․물리적 특성 분석결과 겉보기비중은 평균
2.77, 부피비중 또한 평균
2.7으로 비교적 비중이 낮은 흑옥(1.19∼1.35)에 비해 높은 비중을 나타냄
과 동시에 규화목의 비중
(2.58∼2.91)과 근사한 값을 나타내는 것을 확인
하였다
.
․화학적 특성 분석결과 흑색 장식구의 구성성분은 유기물이 주성분으
로 구성된 흑옥과는 달리 토양물질이 주성분으로
, 일부 유기물로 구성된
것을 확인하였다
. 규화목의 경우 구성성분에 따라 색상이 좌우되는데 흑
색 장식구의 경우 토양물질 중 마그네슘
(Mg) 함량이 높게 검출되었으며,
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
81
미량의 비소
(As)가 함유되어 있는 특징이 확인되었다. 이는 매장환경과 변
성과정에서 비롯된 것으로 추정된다
.
․흑옥제 유물 성분조성과의 비교분석하기 위해 유혜선
(2012)의 분석
결과를 참고하였다
. 공주 무령왕릉 출토 수형패식 외 평양 낙랑토성, 김포
운양동 서울 풍납토성 서산 부장리 출토품의 비중 측정결과 흑옥의 비중
과 유사한 값이 확인되었으며
, 비파괴 성분분석결과 칼슘(Ca), 철(Fe), 구
리
(Cu)가 주성분으로 검출되었다. 이는 본 연구의 분석결과와 상이한 비
중측정값 및 성분조성을 나타내는 것으로
, 흑색 장식구 4점의 경우 흑옥과
상이한 물질인 규화목임을 뒷받침하는 근거자료가 될 것으로 판단된다
.
본 연구에서는 물리․화학적 특성 분석을 통해 흑옥(jet)과 탄목(炭木)
,
규화목의 물성 특성과 비교분석하여 평택
-모산 영신지구 도시개발사
업부지 내 유적 출토 흑색 장식구의 재질 특성을 규명하고자 하였다
.
종합적으로 비교분석한 결과 흑색 장식구
4점은 동일한 물질로 구성되
어 있으며
, 규화목과 유사한 특성을 일부 나타내는 것으로 판단된다.
그러나 흑색 장식구의 경우 규화목에서 확인되는 목재조직의 특징
이 관찰되지 않으며
, 성분분석결과 일반적인 규화목에 비해 실리콘(Si)
이 낮게 검출된 반면 마그네슘(Mg)
함량이 높게 검출되었다. 이러한 차
이점으로 볼 때 흑색 장식구는 규화목이 아닌 다른 종류의 광물이나 암
석일 가능성도 배제할 수 없다
. 현재 국내의 경우 흑옥(jet)과 탄목(炭木),
규화목제 유물을 대상으로 한 재질 특성에 관한 연구 사례가 매우 부족
하여 비교해석이 어려운 실정이다
. 따라서 향후 유사한 특성을 가진 유
82
제22호
물에 대한 물리․화학적 특성 분석결과가 꾸준히 축적된다면 학술적
가치 증진에 큰 도움이 될 것으로 판단된다
.
과학적 분석을 통한 흑색 장식구의 재질 특성
83
참고문헌
1. 단행본
Smith sonian, Rock and Gem, DK Publishing, 2005.
Mike Viney, Petrified Wood : The Silicification of Wood by Permineralization, 2014.
2. 논문
백승덕
,｢트라이아스기 후기의 남포층군 조계리층에서 산출된 규화목 화석에 관한 연구｣,
공주대 석사논문
, 2003.
유혜선
,｢무령왕릉 출토 탄목제품의 과학적인 분석을 통한 명칭재고 및 한반도 내 출토 현
황 검토｣
, 뺷百濟文化뺸 46, 공주대 백제문화연구소, 2012.
Murat Hatipoğlu, Necdet Türk., “A combined polarizing microscope, XRD, SEM,
and specific gravity study of the petrified woods of volcanic origin from the
Çamlıdere-Çeltikçi-Güdül fossil forest, in Ankara, Turkey”, Journal of
African Earth Sciences
, Volume 53, Issues 4–5, 2009.
3. DB자료
gemdat.org, 2018.05.15., https://www.gemdat.org/gem-8018.html
84
제22호
Abstract
Material Characterization of Black Ornaments Using Scientific
Analyses
Lee, Sang-ok ․ Bae, Go-woon ․ Jang, Jun-hyuk ․ Chung, Kwang-yong* ․ Kim, Kyung-ho**
*Institute of Conservation Science, Korea National University of Cultural Heritage **Foundation Corporation Korea
Institute of Cultural Properties
This study conducted an analysis of the physical and chemical characteristics in 4
black ornaments that have been excavated from dwellings in the Bronze Age of
Pyeongtaek, and investigated their material characteristics. The observational results of
the morphological characteristics of black ornaments show that it forms a stratified
structure and that the inner crevice is filled with soil materials. The results of analyzing
its physical characteristics show that all 4 ornaments demonstrate values higher than jet
that are similar to the weight of petrified wood. Also, the results from an analysis of
chemical characteristics verified that the black ornaments were mainly composed of soil
materials and a portion of organic matter. When combining the physical and chemical
analysis results, it is determined that the 4 ornaments are composed of the same materi-
al, and that they exhibit characteristics more similar to petrified wood than jet.
Keywords Jet, Petrified wood, Black Ornament, Bronze age, Material character-
ization
논문 투고일 : 2018.10.12 심사 완료일 : 2018.11.20 게재 확정일 : 2018.11.21
