고대 벽돌의 소성온도 해석을 위한 광물학적 연구: 송산리 고분군 벽돌을 중심으로

장성윤,이찬희,Jang, Sungyoon,Lee, Chan Hee 한국문화재보존과학회 2014 보존과학회지 Vol.30 No.4

이 연구에서는 벽돌 재료인 토양이 온도별로 소성되면서 겪는 광물학적 변화와 이에 수반된 물리적 변화를 토대로 송산리 고분군 출토 벽돌의 소성온도를 해석하였다. 토양시료를 $500{\sim}1,200^{\circ}C$로 소성하였을 때, 구성광물의 상전이에 의해 광물조성과 미세조직이 변했고 이에 따라 색, 흡수율, 기공률 등의 물리적 특성도 달라졌다. 광물조성은 상안정범위에 따른 광물의 구조붕괴와 재결정으로 인해 온도별로 달라졌지만 색, 흡수율, 미세조직은 $1,000^{\circ}C$ 이하에서 변화 폭이 적었고 $1,000{\sim}1,200^{\circ}C$에서는 급격한 변화가 나타났다. 이를 토대로 송산리 고분군 벽돌시료의 소성온도를 해석한 결과, 송산리 고분군 벽돌은 $1,200^{\circ}C$ 이상의 과소성품, $1,100{\sim}1,200^{\circ}C$의 고온소성품, $900{\sim}1,000^{\circ}C$의 소성품과 소성되지 않은 것으로 판단되는 벽돌이 공존하는 것으로 확인되었다. 향후 이러한 광물학적 및 물리적 변화과정을 토대로 보다 정밀한 소성온도 해석이 가능할 것으로 사료된다. In this study, firing temperature of bricks from the Songsanri tomb complex is interpreted based on the mineralogical and physical changes of soil samples fired at different temperature. When soil samples were burned at 500 to $1,200^{\circ}C$, phase transition of clay minerals affected the mineralogical composition and microstructure, which leaded to alteration of physical features as color, water absorption and porosity. Mineralogical composition can be assumed to vary with the temperature by mineral phase stability, however, color, water absorption, porosity and microstructure had slow change under $1,000^{\circ}C$, and had rapid change from 1,000 to $1,200^{\circ}C$. Upon the mineral and physical alteration of soil, firing temperature of bricks from the Songsanri tomb complex were estimated. Some bricks were over fired at temperature more than $1,200^{\circ}C$, some high-burned bricks were fired from 1,100 to $1,200^{\circ}C$, some bricks were fired by 900 to $1,000^{\circ}C$ and some bricks ere assumed not to be fired. Henceforward mineralogical and physical study can be applied to interpretate more precise firing temperature.

왜 고산리식토기에 식물 비짐이 사용되었을까?: 바탕흙의 특성과 관련한 고고과학적 해석

장성윤(Sungyoon Jang),이기길(Gi Kil Lee) 한국상고사학회 2018 한국상고사학보 Vol.102 No.102

한국 신석기시대의 이른 시기로 편년되는 고산리식토기는 바탕흙(태토)에 식물을 섞어 만들었을 뿐 아니라, 우리나라에서는 제주도에서만 발견된다는 점에서 큰 주목을 받아왔다. 최근 연구에서 식물규산체분석을 통해 그것의 종류가 벼과 식물로 밝혀진 바 있다. 그리고 식물을 비짐으로 쓸 경우 성형하기 쉽고 무게가 가볍기 때문에, 고산리식토기는 음식의 조리에 일회용으로 사용한 후 폐기된 것이라는 견해가 피력되었다. 그러나 토기 제작에서 섞음재인 비짐은 바탕흙의 종속 요인이므로 다양한 종류의 비짐 중에서 유독 식물이 선택된 이유를 무엇보다도 바탕흙과 관련하여 살펴보는 것이 타당할 것이다. 이런 배경에서 필자들은 고산리유적, 오등동유적, 강정동유적, 김녕리유적의 고산리식토기와 유적지 주변에서 채취한 토양을 대상으로 물리적, 광물학적, 지구화학적 분석을 체계적으로 종합하여 진행하였다. 분석 결과를 검토해 보면 식물을 섞음재로 사용한 이유는 유적별로 차이가 있다고 추정된다. 즉 고산리유적의 경우는 지질환경 요소인 바탕흙의 특성과 밀접한 관계가 있다고 해석되지만, 강정동유적, 오등동유적, 김녕리유적의 경우 환경보다는 제작전통 등의 요인이 더 작용했을 것으로 추정된다. The Gosan-ri-type pottery(GTP), known as the early period of the Neolithic age in Korea, has received a great deal of attention not only because it was made by mixing plants in the raw materials, but also uniquely found in Jeju Island. Through recent study by phytolith analysis of GTP, it has been identified the plant type belongs to the family Poaceae. As plant tempering facilitates convenient and feasible ceramic production, including quick shaping and efficient drying, GTP wares were postulated as casual cooking vessels which were more suited to migratory lifestyle. However, the background of selecting plant temper should be preferentially examined with relation to local clay raw materials because tempers are minor factor in pottery manufacture. In this context, physical, mineralogical and geochemical analyses on GTP from Gosan-ri, Odeung-dong, Gangjeong-dong and Gimnyeong-ri as well as collected soil in situ were systematically conducted. The results of analyses show that the reasons for using plant temper differ between the Gosan-ri site and other sites (Odeung-dong site, Gangjeong-dong site and Gimnyeong- ri site). That is, the Gosan-ri site was closely related to raw material as a part of the geological environment, whereas other sites are assumed to be under the influence of cultural factors such as manufacturing tradition.

고성 문암리 출토 신석기 토기의 재질특성과 소성조건

김수경,장성윤,이찬희,Kim, Su Kyoung,Jang, Sungyoon,Lee, Chan Hee 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.2

이 연구에서는 최초의 밭 유구가 발견된 고성 문암리 출토 신석기 전기와 중기의 토기를 대상으로 재료학적 특성과 소성조건을 분석하였다. 문암리 토기는 전기 신석기(BC 4000에서 6000)의 융기문, 죽관문, 무문 또는 주칠 토기와 중기 신석기(BC 3000에서 4000)의 횡주어골문, 단사선문 또는 격자문, 침선문 토기 등 6종으로 세분할 수 있다. 토기의 색도측정 결과, 적색 및 황색도가 높은 것으로 보아 전체적으로 산화소성되었으며 단면에서는 흑심이 관찰되기도 한다. 소성온도는 토기의 문양에 따라 차이는 없으며 800℃ 이하와 800~900℃의 범위를 보이는 두 그룹으로 구분된다. 미세조직 및 X-선 회절분석 결과, 죽관문 토기에서는 흑운모의 견운모화와 봉합선 조직이 발달한 석영 및 변질된 알칼리 장석이 확인되며, 토기의 주요광물은 석영과 알칼리 장석, 흑운모 외에도 녹니석과 각섬석이 동정되었다. 문암리 일대의 지질특성으로 볼 때, 유적의 10km 이내에는 각섬석 흑운모 화강암이 분포하며 변성암이 외곽의 산악지대를 이루고 있어 수계의 영향을 받아 토기의 원료물질인 토층이 산재한다. 이 토층과 토기에 포함된 봉합선상 조직이 발달한 석영으로 보아 변성암 기원의 원료물질이 활용된 것으로 추정된다. 토기의 지구화학적 표준화 결과, 문양에 관계없이 성인적으로 유사하여 신석기 시대의 전기와 중기의 시간적 차이에도 불구하고 유적지 주변의 토양을 사용하여 제작한 것으로 해석된다. This study was carried out material characteristics and firing conditions for some potteries in early and middle Neolithic period at the Munamri sites, where the first farmland remails were found in Korea. It is divided into six kinds of surface patterns for potteries such as the raised, bamboo tube and red painted (patternless) from the early Neolithic period (BC 4000 to 6000), and the patterns of horizontal herringbone, short slanted lined or lattice and incised thick line in the middle Neolithic period (BC 3000 to 4000), respectively. Based on the color measures, redness and yellowness of potteries were relatively high as condition of oxidation firings, were also observed black cores on the cross section of potteries. The firing temperature is divided into two groups having under 800℃ and 800to 900℃, the difference in patterns of the potteries are not confirmed. As a microtextures, the bamboo tube pattern potteries show the sericitization biotite, the quartz have developed a suture line textures, and altered alkali feldspars are occurred. X-ray diffraction analysis shows that the main minerals contained in potteries are chlorite and amphibole besides quartz, alkali feldspar and biotite. Considering the geology around the Munamri area is the biotite amphibole granite and soil layers within 10km radius are used as the raw materials for the potteries. The raw materials are presumed that the sources from the metamorphic rocks along the water systems through the mountains around the sites on the basis of well developed suture line textured quartz in potteries. Results on normalized geochemical compositions, the potteries by surface patterns are very similar to sources, and it is judged that was made by using the surrounding soils despite the long time difference from the early to middle in the Neolithic period.

나주 오량동 요지 출토 토기의 기종별 재료 특성과 제작기법 연구

진홍주,장성윤,김수경,이명성,Jin, Hong Ju,Jang, Sungyoon,Kim, Su Kyoung,Lee, Myeong Seong 한국문화재보존과학회 2020 보존과학회지 Vol.36 No.6

이 연구는 나주 오량동 요지 가마유구에서 출토된 완형토기(碗, bowl)의 원료 특성을 출토 사면별로 분석하고 개배(蓋杯, flat cup with cover), 옹관(甕棺, jar coffin)과 비교하여 기종별 제작기법을 검토하였다. 소형토기 중 가장 많이 출토되는 완형토기는 출토 사면과 관계없이 미정질 내지 은미정질 기질에 세립질 석영과 장석이 비짐으로 사용되어 상당히 유사한 원료특성을 보이며, 대체로 950~1,100℃의 소성온도를 나타냈다. 완형토기는 출토 사면과 관계없이 태토조성과 소성기법이 유사하여 정형화된 제작기법을 보유하고 있었던 것으로 생각된다. 개배는 세립질 광물을 비짐으로 첨가한 것이 완형토기와 유사하나 광물의 입자가 크고 함량이 높게 나타난다. 그러나 대형옹관은 세립질 뿐만 아니라 중립질 석영, 장석, 흑운모를 포함하고 있다. 기종별 태토 특성은 태토의 화학조성을 상관도에 도시한 결과에서도 확인되는데, 소형 완형토기와 개배는 옹관과 분포영역이 구분된다. 따라서 나주 오량동 요지는 동일한 원료수급 환경 내에서도 완형토기, 개배와 같은 소형토기는 태토를 정제하였고, 옹관은 기벽 유지를 위해 중립질 광물을 첨가하였다. 또한 사용목적에 적합하도록 태토를 선별하여 준비하고 소성온도와 소성환경을 조절하여 제작한 것으로 확인된다. This study aims to examine the material characteristics of bowls and compare the making techniques of flat cup with cover and jar coffin from the Oryang-dong kiln site, Naju. Bowls, the most frequently excavated small pottery have similar material characteristics, including gray surface, fine-grained texture, and small-sized tempers such as quartz and feldspar, regardless of the excavation slopes. However, the firing temperature of the bowls mostly ranges from 950 to 1,100 ℃. It is estimated that the bowls had formalized making techniques, owing to the similar material composition and firing technique regardless of the excavation slope. The flat cups with cover have similar texture and mineral phases, except their poorly sorted inclusions. However, the jar coffins contain not only fine-grained minerals but also medium-grained quartz, feldspar, and biotite, showing a relatively wide range of firing temperatures. According to the geochemical results of pottery by type, it is assumed that chemical compositions are classified into two groups: small pottery(bowl and falt cup with cover) and jar coffins. In conclusion, small potteries such as bowls and flat cups with cover were made by removing the heavy minerals from raw materials, whereas jar coffins were made by adding medium-grained minerals to raw materials to maintain and support their structures, despite the same source materials. In addition, it is presumed that pottery making proceeded by selecting the source materials, preparing according to their use and controlling the firing temperature and environment.

울산지역 원삼국시대 흑색토기의 재질 및 발색 특성

김수경,장성윤,이찬희,Kim, Su Kyoung,Jang, Sungyoon,Lee, Chan Hee 한국문화재보존과학회 2021 보존과학회지 Vol.37 No.2

이 연구에서는 울산의 원삼국시대 장현동과 중산동 및 교동리 유적에서 출토된 흑색토기에 대하여 태토의 재료학적 특성과 제작기술을 검토하였다. 흑색토기의 표면은 흑색이지만 속심은 흑색 또는 적황색을 보인다. 현미경 관찰 결과, 태토는 붉은색 철산화물이 풍부한 토양을 사용하였으며 주로 석영과 알칼리 장석 및 운모류가 동정되었고, 부분적으로 미르메카이트 조직의 입자가 관찰된다. 또한 SiO₂와 Fe₂O₃ 및 CaO 함량에서 다소 차이가 있는 것으로 보아, 각 유적지 주변에 분포하는 모암과 태토의 조성이 영향을 준 것으로 판단되며 근거리에서 채토하여 토기를 제작한 것으로 보인다. 라만분광분석 결과, 이 토기의 흑색층에는 비정질 탄소인 연매가 사용되었다. 표면층과 접하는 기질에서는 투명한 갈색의 칠이 관찰되었고 탄소가 농집된 것으로 보아, 흑색층은 연매와 옻을 칠하여 흑색발색을 유도한 것으로 해석된다. 태토의 광물조성과 미세조직으로 볼 때 이 토기의 소성온도는 750~850℃의 범위로 추정되며, 칠은 468℃에서 열분해되었다. 따라서 흑색을 이루는 연매와 칠의 혼합층은 소지의 소성 이후에 칠해진 것으로 판단된다. In this study, materials and color formation techniques were assessed for black potteries excavated from the Janghyeon-dong, Jungsan-dong and Gyodong-ri sites during the Proto-Three Kingdoms period in Ulsan, Korea. Although the black potteries were black superficially, the inner cores were either black or reddish yellow. Microscopy analysis identified that body clay was used for reddish iron oxide rich soils with quartz, alkali feldspar and mica, along with grains of myrmechite texture. Additionally, as marginal differences exist in the contents of SiO₂, Fe₂O₃ and CaO, the composition of the host rock and clay distributed around the sites was affected. Thus, we can deduce that pottery was made by soiling at a short distance. Raman spectroscopy results revealed that the black layer of the black pottery was used as amorphous combustion carbon. In addition, as a transparent layer of brown lacquer was observed on the substrate that was in contact with the surface layer, the black layer of the pottery induced black color development by a combination of combustion carbon and lacquer. Based on the mineral composition and microtexture of the body clay, the firing temperature of the potteries seemed to range from 750 to 850℃, whereas the lacquer layer was pyrolyzed at 468℃ by thermal analysis. Therefore, a combined layer of combustion carbon and lacquer, which formed the black color, was painted after the body clay was fired.

고대 흑색 토기의 표면물질에 대한 광물학적 연구

문동혁(Dong Hyeok Moon),장성윤(Sungyoon Jang) 한국암석학회 2018 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.5

서울 석촌동 고분군 출토 기와의 소성온도와 열변형 특성 해석

진홍주(Hong Ju Jin),장성윤(Sungyoon Jang),이명성(Myeong Seong Lee) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.6

이 연구에서는 서울 석촌동 고분군 연접적석총에서 출토된 기와의 물리적 및 광물학적 특성을 바탕으로 소성온도를 추정하고, 열변형 과정을 해석하였다. 석촌동 고분군에서는 다량의 기와가 출토되었는데, 일부 기와는 열에 의해 형태가 변하고 불균일한 소성상태를 나타냈다. 원형기와의 표면과 속심의 색조는 비교적 균일한 황갈색 계열로서 약 12% 이상의 높은 흡수율을 나타내며, 미정질 기질에 세립질 석영, 장석류, 운모, 각섬석 등을 포함한다. 또한 미세조직 관찰 결과, 느슨한 기질과 운모의 층상구조가 확인되어 900℃ 이하의 산화환경에서 제작되었을 것으로 추정된다. 반면 열에 변형된 기와는 주로 적갈색과 청회색의 불균일한 표면 색조를 보이며, 단면은 치밀한 적갈색 표면과 다공성의 자회색 내부기질이 함께 나타나는 샌드위치 구조를 나타낸다. 흡수율은 0.8~11%이며, 멀라이트, 헤르시나이트가 동정되어 소성온도가 1,000℃ 이상으로 추정된다. 일부 시료에서는 과소성에 의한 블로우팅 포어(bloating pore)가 관찰되었고, 1,200℃ 이상의 고온을 경험한 것으로 판단된다. 한편, 원형기와를 800~1,200℃ 사이에서 온도별로 재소성하여 물리적 및 광물학적 특성을 확인한 결과, 1,000℃ 부근에서 흡수율이 급격히 낮아지고 고온광물이 생성되기 시작했다. 또한 점차 온도가 올라갈수록 기질이 부분 용융되고 재결정화되어 변형기와의 열변형 특성과 유사한 결과를 나타냈다. 따라서 석촌동 고분군 기와는 불균일한 소성상태와 1,000~1,200℃에 달하는 2차 고온을 경험하여 형태 변형, 광물 상전이 등의 열변형 특성이 발생하였고, 이는 백제시대 화장의례와 관계가 있는 것으로 생각된다. This study investigated the firing temperature and thermal deformation process of roof tiles excavated from the connected stone-mound tomb in Seokchon-dong, Seoul, based on mineralogical and physical properties. A large number of roof tiles were excavated from the tomb site and some roof tiles were deformed by heat and were fired in uneven conditions. The colors of original roof tiles and their cores are mostly yellowish-brown, with high water absorption over 12%, containing fine-grained textures and some minerals such as quartz, feldspars, amphibole, and mica. It is estimated that the original roof tiles were fired below 900oC in oxidation condition, showing loose matrices and mica layers by scanning electron microscopy. However, deformed roof tiles have the uneven surface color of reddish-brown and bluish-gray, and those cross-sections have sandwich structures in which dense reddish-brown surface and porous grey core coexist. They contained mullite and hercynite, so it was estimated to have been fired over 1,000oC, with 0.81~11% water absorption. In some samples, bloating pores by overfiring were observed, which means that they were fired at more than 1,200oC. In addition, the refirng experiments that the original roof tile was fired between 800oC and 1,200oC were carried out to investigate the physical and mineralogical properties of roof tiles compared to deformed ones. As a result, the water absorption decreased rapidly and the mineral phase started to change over 1,000oC. As the temperature gradually rises, the matrices are partially melted and recrystallized, resulting in similar thermal characteristics of deformed roof tiles. Therefore, the roof tiles from ancient tombs in Seokchon-dong seem to experience the secondary high temperature of 1,000 to 1,200oC under uneven firing conditions, resulting in deformation characteristics such as shape transformation and mineral phase transition. It is considered to have been related to cremation rituals at the tombs of Seockchon-dong during the Baekje period.

토기의 복원재료로 사용되는 합성수지 제거 연구

김효윤,박대우,남병직,장성윤,Kim, Hyoyun,Park, Daewoo,Nam, Byeongjik,Jang, Sungyoon 국립문화재연구소 2011 保存科學硏究 Vol.32 No.-

국내에서 토기 복원에 주로 사용하는 접착제 3종: Cemedine C, Loctite$^{(R)}$ 401$^{TM}$, Araldite Rapid Type와 메움제 3종: 석고, CDKI 520 A+B, Araldit$^{(R)}$ SV 427-2+HV 427-1의 제거효과에 대해 연구했다. 1차 실험에서 각각의 재료들을 여러 용제에 침적해 연화의 정도(Soften level)를 비교하고, 2차 실험은 연질토기 시료와 경질토기 시료에 재료들로 복원하여 침적법과 증기법의 효과를 비교했다. 1차 실험 결과 Cemedine C와 Loctite는 아세톤에 쉽게 녹았고, Plaster(석고)는 인산나트륨에 효과적으로 제거되었다. Araldite Rapid Type와 CDKI 520과 SV427은 Dichloromethan, Tetrahydrofuran, DMX (Dichloromethan + Methanol + Xylene)에 효과적으로 제거되었다. 2차 연구는 1차 연구를 토대로 제거에 효과적이라 판단되는 용제를 각각 침적법과 증기법으로 제거하였다. 대부분의 시료에 적용된 재료들은 침적법으로 10분 이내에, 증기법으로는 약 24시간 후에 제거되었다. This study examines the removal effects of solvents which were applied on three adhesives and three filling materials for ceramics. The chosen materials are Cemedine C, Loctite$^{(R)}$ 401$^{TM}$, Araldite Rapid Type, plaster of paris, CDKI 520A+B, Araldit$^{(R)}$ SV427-2+HV427-1. For the first examination, each different materials were soaked into different solvents, and then the soften level were compared by compressive pressure. The result of the first exam showed that Cemedine C was dissolved easily in acetone. Furthermore Araldite, CDK and SV427 were soften efficiently by Dichloromethan, Tetrahydrofuran and DMX(Dichloromethan+Methanol+Xylene). However, Loctite and plaster were not able to make sample for the first test. Therefore, the second test carried on only. The second examination, chosen effective solvents from the first test were applied with two different methods; soaking and saturated atmosphere. Almost every sample could removed by soaking method in ten minutes, and saturated atmosphere method needs 24 hours for the safety.

토기의 소성온도에 따른 석영 OSL 신호변화 연구: 토기의 OSL 연대측정 신뢰도

여은영(Eun-Young Yeo),최정헌(Jeong-Heon Choi),장성윤(Sungyoon Jang),이명성(Myeong Seong Lee),진홍주(Hong Ju Jin) 대한지질학회 2020 대한지질학회 학술대회 Vol.2020 No.10