고고자료의 자연과학 응용(III) 황남대총(남분)의 일부 서역계 유리제품에 대한 과학적 특성 분류

강형태,조남철,Kang, Hyung Tae,Cho, Nam Chul 국립문화재연구원 2008 헤리티지:역사와 과학 Vol.41 No.1

경주 황남대총 남분에서 출토된 서역계 유리제품의 미세 단편(무색, 녹청색 및 감청색) 36점 각각에 대한 두께, 비중 및 기포 크기를 측정하고, 10종의 주요성분 및 13종의 미량성분 함량 데이터를 사용하여 색깔별로 유리편을 특성화하였다. 주요 성분중에서 MgO와 $K_2O$의 함량은 로마계유리 및 사산계유리를 구별하는 지표가 되는 산화물로서 본 분석을 통하여 황남대총 남분의 유리제품이 어떤 계통인지 분류하였다. 유리편은 모두 소다유리($Na_2O-CaO-SiO_2$)이며 용융제, 안정제 및 발색제의 특성에 따라 뚜렷이 분류되었다. 구성 성분 간의 상관관계가 높은 원소의 조합은 (MgO, $K_2O$), (MnO, CuO) 이었다. 또한 13종(Rb, Sr, Ba, Zr, Cr, Ni, Cs, Pb, Co, Cu, Fe, Mn, Ti)의 미량성분 함량은 색깔별로 무색, 녹청색 및 감청색 유리를 확연히 분류할 수 있어 향후 서역계 유리의 제작 원료 및 제작지를 정교하게 연구하는 데 중요한 원소들임을 알 수 있다. 무색(반투명)유리 : 비중은 $1.50{\pm}0.04$이며 내부에 원형 및 타원형의 기포들이 일정한 방향으로 길게 나열되어 있고 큰 것은 길이가 0.35mm 정도이다. 무색유리는 소다유리이면서 CaO 및 $Al_2O_3$ 농도 각각 5%를 기준으로 보면 HCLA(High CaO, Low $Al_2O_3$)이며 MgO 및 $K_2O$ 농도가 1.5 %이상인 HMK(High MgO, High $K_2O$)이다. 소다의 원료로서 식물 재를 사용하였으며 HMK이므로 사산계유리로 판단된다. 무색유리에서 착색제로 작용하는 성분의 총합은 1 %이하로서 그 값이 적어 유리의 색상에 관여도가 매우 적다고 할 수 있다. 녹청색(반투명)유리 : 비중 $1.58{\pm}0.06$이며 내부에 0.1~0.2mm 정도의 작은 기포가 분포하고 있다. 소다유리로서 HCLA이며 HMK로 분류된다. 따라서 이 녹청색 유리도 소다의 원료로서 식물 재를 사용한 것으로 생각되며 사산계유리로 판단된다. 녹청색을 내는 착색제로 작용하는 성분의 총합은 약 4%이며 MnO, $Fe_2O_3$ 및 CuO의 작용에 의한 것이다. 감청색유리 : 비중 $1.48{\pm}0.19$이며 내부에 기포가 거의 없다. 이 유리는 HCLA이며 LMK(Low MgO, Low $K_2O$)로 분류된다. 이 감청색 유리는 소다의 원료로서 광물(natron)을 사용한 것으로 로마계유리의 특성을 잘 나타낸 제품이다. 녹청색을 내는 착색제로 작용하는 성분의 총합은 약 3%로서 $Fe_2O_3$, CuO 및 Co가 그 역할을 한 것으로 보인다. 국내에서 출토된 서역계 유리제품이 실크로드를 경유해 동아시아로 유입되고 어떻게 한국 남부에 까지 오게 되었는지, 그 제작지는 어디인지에 대한 논의가 많이 이루어지고 있다. 본 연구는 황남대총의 유리제품을 물리 및 화학적으로 특성화한 결과이며 향후 국내 또는 국외에 있는 서역계 유리제품의 제작지 및 유통경위를 추적할 수 있는 과학적 지표가 될 것이다. Thirty six samples of Western asia glass vessel shards which were excavated from South Mound of Hwangnamdaechong were each measured for thickness, pore size and specific gravity and analyzed for ten major compositions and thirteen trace elements. The glass samples with colorless, greenish blue and dark purple blue were well classified by principal component analysis(PCA). All glass shards of Hwangnamdaechong belonged to Soda glass system ($Na_2O-CaO-SiO_2$) which have the range of 14~17% $Na_2O$ and 5~6% CaO. The corelation coefficients of (MgO, $K_2O$) and (MnO, CuO) showed above 0.90. The concentrations of thirteen trace elements apparently differentiated from colorless, greenish blue and dark blue glasses. We found that thirteen trace elements were very important indices for studying raw material of glass and the origin of glass making. Colorless glass : The specific gravity is $1.50{\pm}0.04$. Circle or oval circle pores are observed with regular direction in internal zone and the longest one is about 0.35 mm. The raw material of sodium must be the plant ash because sodium glasses contain HCLA(High CaO, Low $Al_2O_3$) and HMK(high MgO, high $K_2O$) and suggested to Sasanian glass. The total amount of coloring agent of colorless glass is below 1 % which is too small to attribute to the color. Greenish blue glass : The specific gravity is $1.58{\pm}0.04$. The fine pores which are 0.1~0.2mm are dispersed in internal zone. Sodium glasses are distributed to HCLA and HMK. Therefore the greenish blue glass also have used plant ash for raw material of sodium with the same as colorless glass. It was also suggested to the glass of Sasanian. The total amount of coloring agent of greenish blue glass is about 4% under the influence of working MnO, $Fe_2O_3$ and CuO. Dark purple blue glass : The specific gravity is $1.48{\pm}0.19$. There are rarely pores in internal zone. They are distributed to HCLA and LMK(Low MgO, Low $K_2O$) and suggested to Roman glass. The raw material of sodium is estimated to natron. The total amount of coloring agents of greenish blue is about 3% by $Fe_2O_3$ and CuO. These studies for western asia glass shards from South Mound of Hwangnamdaechong could be used in the future as the standard data which could be compared with those of other several graves in Korea and dispersed in foreign areas.

익산 왕궁리유적 납유리의 성분조성과 납동위원소비

강형태(Hyung tae Kang),정광용(Gwang ryong Chung),허우영(Woo young Huh),김성배(Seong bae Kim),조남철(Nam chul Cho) 한국상고사학회 2004 한국상고사학보 Vol.45 No.-

전북 익산 왕궁리유적에서 9점의 녹색 유리 편을 입수하였고 과학 분석을 통하여 이를 특성화하였다. 각 시료로부터 각 5종의 산화물을 분석한 결과 모두 납유리(PbO-SiO₂) 계통임을 알 수 있었는데 납의 함량은 71~74% 범위에, 실리카는 26~29% 범위이었다. 납유리의 비중은 대략 4.4~5.8 범위이며 용해온도는 670℃ 부근으로 추정되었다. 유리가 녹색을 띠는 것은 불순물로서 철과 구리 산화물에 의한 것이다. 납유리 제조에 사용한 납 원료의 산지추정을 위해 납동위원소비를 측정한 결과 경기도 부평지역 광산이 유력시된다. 또한 왕궁리유적 납유리와 인근 미륵사지 납유리를 비교한 결과 유리의 색깔, 성분조성, 비중 및 납동위원소비 등이 모두 일치한다는 것을 알 수 있었다. 이는 왕궁리와 미륵사는 납유리 제조에 필요한 원료의 입수장소 및 제조공정 기술을 함께 공유하였음을 의미한다. Characteristics of lead glass from Wanggung-ni : Nine glass pieces of Wanggung-ni were analyzed for five oxides and found that all was lead glass system(PbO-SiO2) with the range of 71~74% for PbO and 26~29% for SiO2. The concentrations of oxides such as A12O3, Fe203 and CuO were all below 0.4%. Most of lead glasses were greenish by the efficacy of iron and copper oxides and some showed yellowish-green. The gravity of lead glasses was about 4.4~5.8 and estimated melting point was near 670. Lead isotope ratios of glasses were analyzed and found quite close to a lead ore from the Bupyeong mine in Gyeonggi-do. Comparison with lead glasses of Mireuksa Temple : Lead glasses of Wanggung-ni were compared with those of Mireuksa Temple on the basis of chemical and physical data. Chemical compositions, density and melting temperature of lead glasses of Wanggung-ni were nearly similar with those of Mireuksa Temple. And lead isotope ratios of those were also according with each other. These results have shown that they hold the same raw materials and technology for glass making in common and so, maintained close relations with each other.

蔚山茶雲洞遺蹟 出土 유리구슬의 成分組成

강형태 ( Kang Hyung-tae ),이성주 ( Lee Sung-joo ),조경미 ( Jo Gyung-mi ) 중부고고학회 2004 강원고고학보 Vol.3 No.0

진변한지역에서 3세기 전후한 시기는 의미 있는 사회변동이 이루어진 시기로 알려져 있고 유리 제작기술도 중요한 변화가 있었다는 보고도 있다. 이 논문에서는 울산 다운동고분군의 2세기 중후엽 목관묘와 4세기 전반의 목곽묘에서 유리시료를 8점 채취하고 이를 에너지 분산형 X-선 분석기기가 장착된 SEM을 이용하여 화학조성을 한석하고 미세구조를 관찰하였다. 그 결과 목관묘 출토 유리는 거의 같은 근원의 원료를 사용하여 동일한 기술로 제작한 알칼리혼합 유리였음을 알 수 있었다. 11호 목곽묘에 출토된 한 점의 시료는 소다유리계동이었으며 첨가물로서의 소다원료는 광물이었다고 판단된다. 동일시기에 감색계통의 착색재료는 Co와 MnO 성분이 높은 원료를 사용했고 벽색을 내는 시료는 CuO의 함량이 높았다. Within ancient Shilla and Gaya area, the 3rd century was very significant days in the process of the overall social transformation. The recent scientific investigations of Korean ancient glass indicate that the noticeable changes of glass production technique should be considered in the 3rd century AD. In this study, we attempted to analyze the glass beads from 2nd century the wooden coffin burials and 4th century wooden chamber burial to acquire the knowledge about the ancient glass production technology. Using the scanning electron microscopy and the attached energy dispersive X - ray fluorescence spectroeoopy. we try to determine the major components and observe the micro structure of the glass specimens. The glass beads from 2nd century wooden coffins all belong to the category of mixed alkali glass. And it seems reasonable to say that they should be made from the same raw materials and produced by the same technological process. The glass specimen from 1th century wooden chamber burial. however, could be classified into the category of soda glass. And it is possible to say that the ancient craftsmen mix the natron containing Na and Ca as a modifier to make the soda glass. It is about coloring matters to be noticed from the results of our analysis. At any period and type of glass, the specific relevant coloring materials which contain one or two of Co, Mn and Cu component are introduced to acquire the different glass color. The dark blue and the pale green are related to the Co and Cucontaining raw materials respectively.

강릉시 강문동 저습지유적 출토 유리구슬과 슬래그 분석연구

강형태 ( Kang Hyung-tae ),조경미 ( Jo Gyung-mi ) 중부고고학회 2005 강원고고학보 Vol.6 No.0

강릉 강문동 저습지 유적( IV-1층)에서 출토된 작은 유리구슬 4점과 슬래그 1점에 대한 전자현미분석 및 미세조직 분석을 실시하였다. 강문동유적은 방사성탄소연대측정 결과 AD 120~230년 범위의 유적이다. 분석결과 유리구슬 4점은 소다 13~15%, 칼슘 2~3% 범위의 소다-석회계통(Na₂O-CaO-SiO₂)유리임을 알았다. 또한 구리(CuO)의 함량이 2~3%로 높아서 착색제로 사용됐을 것으로 생각되나 유리에 포함된 불순물도 착색제로 함께 작용한 것으로 보인다. 구슬 형태의 슬래그는 철 성분이 60%정도이며 미세구조를 살펴본 결과 회색을 띄는 Fayalite가 수지상으로 성장하고 있으며 그 사이에 wüstite가 형성되어 있었다. 이러한 조직은 대체로 철 제련과정에서 생성된다. 따라서 슬래그를 유리구슬의 형태로 제작하여 장식용으로 사용했을 가능성을 생각해 볼 수 있다. 최근까지 강원도에서는 유리구슬이 발견된 예가 적고 고고학적으로도 연구된 바가 없다. 따라서 이에 대한 과학적 조사 결과는 차후 강원문화권의 유리제작 기술 및 유리 특성 연구에 중요한 기초 자료가 될 것이다. Four glass beads and one slag were found in Gangmun-dong site(layer IV-1) which dated 2~3 century AD by radiocarbon dating method. Chemical compositions of them were analysed with SEM/EDS and determined ten oxides respectively. All glass beads were Na-Ca-SiO₂ system with the range of 13~15% Na₂O and 2~3% CaO. And it was suggested that 2~3% CuO reacted as coloring agent with impurities such as Fe and Ti included in glass beads. Chemical compositions of slag were analyzed and found predominant iron content about 60%. And microstructure of slag was investigated growing greyish fayalite and bright wüstite. These microstructures were often found during the process of iron smelting. These scientific analytical data for glasses and slag will offer the fundamental materials for the study of glass characteristics and technology in Gangwon ancient cultural sphere.

울산 중산리유적 출토 유리구슬의 특성

강형태(Kang Hyung-Tae),김규호(Kim Gyu-Ho),이성주(Lee Sung-Ju) 효원사학회 2006 역사와 세계 Vol.- No.30

논산시 원북리 토광묘유적 출토 청동기의 과학분석

강형태(Hyung Tae Kang),정광용(Kwang Yong Chung),조상기(Sanggi Cho),이문형(Moon Hyoung Lee) 한국상고사학회 2003 한국상고사학보 Vol.39 No.-

논산시 성동면 원북리 유적의 초기철기시대(기원전 3~2세기)토광묘에서 출토된 청동기 4점에서 시료를 얻어 과학분석을 수행하였다. 청동기의 과학분석으로서 성분조성과 납동위원소리를 분석하여 청동기주조를 위한 원료의 배합 비 및 원료의 산지를 추정하였다. 원북리 청동기 4점의 성분분석 결과 모두 삼원계합금(구리+주석+납)으로서 그 비율이 대략 7:2:1 이었다. 그러나 납과 구리의 함량에 약간의 차이를 나타내었다. 세형동검 2점은 동경과 동부에 비해 납의 함량이 3~4% 높고 구리의 함량은 3~4% 낮은 것으로 나타낫다. 이러한 성분 함량의 차이가 청동기의 종류 및 기능에 따라 의도적으로 그 조성을 달리 했는지는 더 많은 청동기의 성분분석이 이루어져야 확인할 수 있다. 청동기 4점 각각의 납동위원소비를 분석하고 이미 확보된 한국∙중국∙일본의 방연광 납동위원소비 데이터를 비교하여 납 원료의 산지를 추정하였다. 그 결과 세형동검(①)은 경상북도 제2연화 방연광을, 동경(②)은 중국 북부 요령성의 방연광을 원료로 가져다 썼을 것으로 추정되었다. 동부(③)의 납동위원소비 데이터는 한국 남부산 지역과 중국 남부산 방연광 지역에 겹쳐 있는데 한국산일 경우 경상북도 장군광산의 방연광일 확률이 높다. 세형동검(④)은 일본의 방연광에 포함되는 것으로 나타났다. 청동기에 대한 이와 같은 과학적 조사가 축적되면 중부권 청동문화를 이해하는데 도움이 될수 있으며 더 나아가 우리나라 청동기 문화를 체게적으로 연구할 수 있는 과학적 근거가 마련될 것으로 판단된다. We obtained four bronze samples from wooden coffin tombs at Wonbuk-ni site, Seongdong-myon in Nonsan-si which was dated early Iron Age(3rd~2nd BC). We conducted scientific analysis on them using ICP and TIMS method. The analysis of the bronze samples focused on their chemical compositions and lead isotope ratio. According to the results of composition and lead isotope ration analyses, all of the items were composed of ternary system(copper + tin + lead) in the ratio of approximately 7:2:1. There are small differences among the items, however, in terms of lead content. Two Korean-type bronze daggers contained lead more than those in bronze mirror and bronze axe by 3~4%, but copper, less by 3~4%. In order to ascertain whether the ratio of the element compositions in each item was controlled intentionally depending on its type and function, further studies of chemical analysis for bronze artifacts were required. From the results of lead isotope analysis, we can presume that Korean-type bronze dagger(①_ was made by galena from 2nd Yonhwa mine, Kyungsangbuk-do, the bronze mirror(②) from Liaoning Province, northern China, the bronze axe(③), from southern part of Korea or China, and another Korean-type bronze dagger(④), from Japan. This scientific research will lay a ground for consequent systematic study of Korea's bronze culture as well as that of the central part of Korea.

연구논문 : 통일신라시대 녹유전돌(綠釉塼)의 녹유 특성 - 부석사, 천룡사지 및 법광사지 녹유 전돌 -

강형태 ( Hyung Tae Kang ),정영동 ( Young Dong Chung ),조재영 ( Jae Young Cho ),김호상 ( Ho Sang Kim ) 한국고대학회 2005 先史와 古代 Vol.22 No.-

풍납동 유적의 절대연대측정

강형태(Kang, Hyung-tae),나경임(Nah, Kyong-yim) 한국상고사학회 2001 한국상고사학보 Vol.34 No.-

Twelve samples such as charcoal, wood and pot-shards were collected from Pungnap-dong site(inner side of earthen castle and dwelling site), Songpagu, Seoul. Concentrations of radiocarbon contained in charcoal and wood samples were measured and compared with that of international modern standard(SRM4990C, NIST) sample and calculated the radiocarbon ages. For pot-shards, fine grain samples(2~10㎛) were extracted from fresh body and measured their thermoluminescence and converted into radiation dose, potassium concentrations and water contents respectively. Thermoluminescence ages of pot-shards were calculated by dividing palaeodose by annual dose. Radiocarbon ages of four samples were calculated in the range of BC I century and AD 3 century, which were from Poongnap earthen castle(wall, mud and cornerstone) and one pot-shard from the same site was found AD 1~2 century by thermoluminescence measurement, which means that the absolute ages are well accorded with each other within the margin of error. Such a result is considered helpful in estimating the age during which the earthen castle was built. And six charcoal samples of dwelling sites were found some differences in radiocarbon ages but considered around era. 서울시 송파구 풍납동 유적(풍납토성 성벽 내부 및 집자리)에서 출토된 목탄, 목재 및 토시 시료 1점을 입수하였다. 목탄 및 목재 시료에 대하여는 함유된 방사성탄소의 농도를 측정하여 현대표준시료(NISTSRM4990C)와의 농도 비로부터 방사성탄소연대를 계산하였다. 토기의 연대측정을 위해서는 신선한 태토로부터 미립자(2~10㎛) 시료를 분리한 다음 열발광량을 측정하였고 이 열발광량을 총방사선량(Palaeodose)으로 전환하였다. 토기가 받는 년간선량(Annual dose)은 토기 및 토양 시료로부터 각각의 알파계수율, 칼륨함량, 수분함량 등을 측정하여 계산하였다. 토기의 열발광연대를 계산하기 위하여 위의 총방사선량을 년간선량으로 나누어주었다. 풍납토성 내부(성벽, 뻘층, 초석)에서 입수한 목재 및 목탄 4점의 방사선탄소연대는 모두 기원전 1세기에서 기원 후 3세기에 걸쳐 있으며, 동일 지점에서 입수한 토지 1점의 열발광연대는 기원 후 1~2세기로 나타나 오차범위에서 서로 잘 일치한다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 토성의 축조시기를 연구하는데 좋은 자료가 될 것으로 판단된다. 또한 집자리 유적(신우 집자리 및 풍납 1지구)에서 출토된 목탄 6점의 방사선탄소연대는 다소 차이는 있으나 전체적으로 기원전후에 걸친 연대범위를 나타내었다.

고창 만동유적(8호 및 9호묘) 유리구슬의 특성

강형태 ( Hyung Tae Kang ),정광용 ( Kwang Yong Chung ),김건수 ( Geon Su Kim ),허우영 ( Woo Young Huh ),조남철 ( Nam Chul Cho ) 호남고고학회 2005 湖南考古學報 Vol.21 No.-

완도(莞島) 법화사지(法華寺址) 동종(銅鐘)의 과학적 분석 및 산지연구

강형태 ( Hyung Tae Kang ),조남철 ( Nam Chul Cho ),정광용 ( Kwang Yong Chung ) 호남고고학회 2007 湖南考古學報 Vol.25 No.-