1. 서 론
수침고목재는 수중이나 토양에 매장되어 혐기성 환경에서 침식 박테리아에 의해 분해된 상태이며, 발굴로 인해 외부로 출토(출수)되면 외부 공기에 노출됨에 따라 수축⋅변형이 발생하여 유물에 손상이 발생한다(Singh et al., 1990; Kim and Singh, 1996; Singh and Wakeling, 1997; Kim et al., 2004). 이러한 수침고목재는 물리적으로 취약한 상태로 보존처리가 필요하며, 보존처리 전에 유물에 대한 과학적 조사와 분석이 필요하다. 과학적 조사⋅분석 중 목제유물의 제작 시기를 파악하는 방법에는 목재의 연륜을 이용하여 연대를 분석하는 연륜연대분석과 방사성탄소를 이용하는 방사성탄소연대분석이 있다. 연륜연대 분석은 나무의 생장이 유전적, 환경적 요인으로 매년 비대생장을 통해 연륜을 형성하며 연륜폭(tree-ring width)에 여러 환경정보가 저장된다(Teskey et al., 1987). 따라서 연륜폭을 이용한 연륜연대분석은 지역과 수종에 따른 표준 연륜연대기가 필요하다(Seo et al., 2017; Lee and Kim, 2018). 방사성탄소연대분석은 방사성탄소(14C)의 반감기를 이용하여 방사성탄소의 농도를 측정하고 연대를 계산하는 방법이다. 방사성탄소연대분석을 보다 정확하게 연대를 분석하기 위해 wiggle match를 이용한다. wiggle match를 이용한 방사성탄소연대분석은 일정한 간격마다 연륜을 연속적으로 탄소연대를 측정하고, 방사성탄소 보정커브에 wiggle에 일치시켜 정확한 연대를 찾는 방법이 다(Ramsey et al., 2001).
연대분석을 통해 수침고목재의 연대를 파악한 연구는 전주 마전유적에서 출토된 회곽묘의 목재를 대상으로 수종분석과 연륜연대분석을 실시하여 1637년 가을에서 1638년 봄 사이에 벌채된 목재를 사용한 것(Park et al., 2006), 울산 반구동 출토 목책시설(목책열, 망루)에 대해 수종분석과 연대분석을 통해 A.D. 9-10세기에 건축된 것을 확인하였다(Jeong, 2011). 또한, 서천 봉선리 유적에서 출토된 목곽고를 대상으로 방사성탄소연대분석을 진행하여 연대가 AD 490-510년으로 고고학적 추정연대와 일치한 연구(Lee and Kim, 2018)와 인천 십정동 유적에서 출토된 목관에 대해 수종분석과 연륜연대분석을 통해 목관의 제작시기가 16C 후반으로 확인하였다(Lee et al., 2021).
금산 백령산성은 충청남도 금산군 남이면 건천리와 역평리의 성치산에 있는 테뫼식 석성으로 과거 발굴조사를 통해 사비기에 축성하여 백제 말기까지 사용하였으며, 군사적 방어시설로 신라와 전쟁에서 중요한 역할을 한 것으로 확인되었다(Chungnam Institute of History and Culture, 2021). 백령산성에서 출토된 유구는 성곽과 성곽 부대시설, 보도시설, 구들, 목곽고 등이 출토되었다. 출토된 유구 중 목곽고는 지하의 방형 또는 장방형 수혈에 목재를 이용하여 곽(槨) 형태로 조성한 구조물로 식품이나 물품을 저장하기 위한 목곽형 저장시설이다(Park, 2016)(Figure 1). 목곽고는 공산성, 관북리유적 등에서 확인되었으며 주로 백제 사비기(6–7C)에 축조되었다(Shin, 2005). 따라서 본 연구에서는 금산 백령산성에서 출토된 목곽고의 부재에 대해 수종분석, 연륜연대 및 방사성탄소연대분석을 통해 목곽고의 제작에 사용된 목재와 제작시기를 확인하고자 하였다.
2. 분석대상 및 방법
2.1. 분석대상
금산 백령산성에서 출토된 목곽고의 부재는 주목 12점, 벽체 30점, 바닥부재 30점, 지지목 6점, 미상부재 5점으로 총 83점이다(Table 1). 주목은 기둥형태로 지지목과 결구하기 위해 촉이 관찰되었으며, 벽체와 바닥부재는 1-2 m 정도의 판 형태이고 지지목은 각재로 주목과 지지목 간의 결구를 위해 원형의 공동이 존재하였다. 목곽고 부재 중 가공된 표면을 관찰하여 나이테가 50개 이상이며, 수피부에 근접할 것으로 추정되는 5점의 부재를 대상으로 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 연륜연대분석 및 wiggle match를 이용한 방사성탄소연대분석을 실시하였다.
2.2. 분석방법
2.2.1. 수종분석
금산 백령산성 출토 목곽고 부재 83점을 대상으로 목곽고 제작에 사용한 수종을 확인하고자 수습 후 세척과정에서 탈락된 편을 시편으로 채취하였다. 채취한 시편은 강도가 약해져 PEG(분자량 4000)을 이용하여 포매하였다. 포매한 시편은 스테인리스 날(Dorco, Vietnam)을 이용하여 핸드섹션방법으로 약 20 μm 두께로 절단해 삼단면 박편을 채취하였다. 슬라이드글라스에 채취한 삼단면의 박편을 올려놓고, 50%의 글리세린 수용액을 떨어뜨린 뒤 기포가 생기지 않도록 주의해 수종분석용 프레파라트를 제작하였다. 제작된 프레파라트는 광학현미경(Eclipse LV100, Nikon, Japan)으로 조직을 관찰하여 수종을 식별할 수 있는 특징을 찾아 사진을 촬영하였다.
2.2.2. 연륜연대분석
연륜이 많이 관찰되는 목부재 단면을 접사카메라를 사용하여 연속적으로 촬영하였다. 촬영한 사진은 합성하여 연륜측정프로그램(OSM4, AUS)을 이용하여 0.01 mm의 정확도로 연륜을 측정하였고, TSAP-Win 소프트웨어(Rinntech, DEU)를 이용하여 크로스데이팅 하였다. 크로스데이팅(cross-dating)은 시료들의 위(僞)연륜과 실(失)연륜을 파악하고, 각 연륜에 정확한 연대를 부여하기 위해 진행하였다(Kim and Park, 2005). 연륜연대분석에서 크로스데이팅은 연대기간의 상호 적합성을 계산하는 통계적 방법과 육안으로 그래프를 비교하는 방법으로 분석을 실시한다(Schweingruber, 1988). 특히, 통계적인 방법은 100년 이상의 연륜폭그래프를 비교할 경우, t값이 3.5 이상, Glk(gleichläufigkeit)값이 65% 이상이면 1% 수준에서 유의성이 있다고 볼 수 있다(Park et al., 2003). 연륜분석은 통계분석과 그래프 비교법으로 진행하였으며, 목곽고의 추정연대인 백제 시대(사비기-백제 말기)를 대표하는 표준 연륜연대기가 존재하지 않아 방사성탄소연대분석을 진행하였다.
2.2.3. 방사성탄소연대분석
방사성탄소연대분석은 연륜연대분석을 바탕으로 수에 가까운 연륜과 최외곽 연륜에서 시료를 채취하여 정확한 절대연대를 확인하기 위해 wiggle match를 이용한 방사성탄소연대분석을 실시하였다. 방사성탄소연대분석은 한국지질자원연구원에 의뢰해 산-알칼리-산(AAA)법으로 시료를 전처리하여 분석하였다. 통계분석 과정에서 유의성 검정은 확률분포에서 전체일치도 A와 수용한계 An을 비교하는 X2(카이제곱)검정으로 실시하였으며, 전체 일치도가 수용한계보다 크면 X2검정을 만족하여 wiggle match의 결과를 신뢰할 수 있다(Ramsey et al., 2001).
3. 결 과
3.1. 수종분석
금산 백령산성 목곽고 부재 83점을 대상으로 수종분석을 진행한 결과, 굴피나무 38점, 상수리나무류 34점, 졸참나무류 8점, 소나무류 2점, 음나무 1점으로 식별되었다. 부재 종류별 수종 식별결과는 Table 2에 요약하였으며, 수종별 해부학적 특징과 현미경 사진은 다음과 같다(Figure 2-6).
3.1.1. 수종별 해부학적 특징
굴피나무 – 가래나무과(JUGLANDACEAE) 굴피나무 속(Platycarya spp.)
활엽수재로 공권이 1-3열로 공권외 소관공은 주로 다각형이며, 복합하여 사상(斜狀) 또는 방사상(放射狀) 등으로 관찰되었다. 축방향유조직은 만재부에서 짧은 접선상, 대상, 주위상으로 존재하였다. 방사조직은 직립세포와 평복세포로 구성된 이성Ⅲ이고 결정이 존재하였으며, 접선 단면에서 단열 및 1-5(8)열의 다열방사조직이 관찰되었다. 또한, 천공은 단천공이며, 추재부의 소도관에서 나선 비후가 존재하였다.
상수리나무류(Cerris Section) - 참나무과(FAGACEAE) 참나무속(Quercus spp.) 상수리나무아속(Lepidobalanus)
활엽수재로 공권이 1-2열로 고립하여 배열하는 환공재이다. 소도관은 원형의 후벽으로 그 배열은 방사성이 강하였다. 축방향유세포는 산재상, 짧은 접선상 배열이며, 광방사조직이 존재하였다. 방사조직은 평복세포로 이루어진 동성형이며, 단열 및 약 20열의 광방사조직이 확인되는 복합방사조직이 관찰되었다. 해당 시료들은 소도관이 후벽이며, 대체로 원형∼타원형의 형태로 확인되어 상수리나무류에 속하는 것으로 식별되었다. 상수리나무류에는 상수리나무와 굴참나무가 존재하지만, 해부학적 특징의 차이가 없어 상수리나무류로 최종 식별하였다.
졸참나무류(Prinus Section) - 참나무과(FAGACEAE) 참나무속(Quercus spp.) 상수리나무아속(Lepidobalanus)
활엽수재로 공권이 1-2열로 고립하여 배열하는 환공재로 소도관은 각형의 박벽이다. 축방향유세포는 산재상, 짧은 접선상이며, 광방사조직이 존재하였다. 방사조직은 평복세포로 이루어진 동성형이며, 단열 및 약 20열의 광방사조직이 확인되는 복합방사조직이 관찰되었다. 해당 시료들은 소도관이 박벽이며, 대체로 각형으로 확인되어 졸참나무류에 속하는 것으로 식별되었다. 졸참나무류에는 졸참나무, 신갈나무, 떡갈나무 등이 존재하지만 해부학적 특징의 차이가 없어 졸참나무류로 최종 식별하였다.
소나무류(Hard pine) - 소나무과(PINACEAE) 소나무속(Pinus spp.)
침엽수재로 조⋅만재의 이행이 급하며, 박벽의 에피데리얼세포를 가지고 있는 수직세포간구가 관찰되었다. 방사조직은 방사유세포와 방사가도관으로 이루어져 있고, 직교분야벽공은 창상형이 관찰되었다. 특히, 소나무속 중 경송류의 주요한 특징이라 할 수 있는 거치상비후가 방사가도관 내에서 관찰되었다. 축방향가도관내의 유연벽공 배열은 1열이 관찰되었다. 접선단면에서는 수평수지구가 관찰되었고 방사조직은 단열방사조직과 방추형방사조직이 모두 관찰되었다. 소나무속에는 경송류와 연송류가 존재하며, 거치상비후의 유무로 분류되어 최종 소나무류로 식별하였다.
3.2. 연륜연대분석
금산 백령산성 출토 목곽고 부재 5점의 연륜연대분석 결과, GSQU 05의 연륜수가 151개로 가장 많았으며, GSQU 02가 52개로 연륜수가 가장 적게 확인되었다. 연륜을 측정한 시료의 대부분이 수와 수피가 관찰되지 않았으나. GSQU 05는 수가 관찰되었고 수피는 관찰되지 않았으나 변재부에서 12개의 연륜이 확인되었다. 상수리나무류 시료별 개체연륜연대기를 작성하여 크로스데이팅한 결과, 모든 시료가 상호 일치하여 금산 목곽고 참나무 연대기(GSQU 1S)가 작성되었다. 금산 목곽고 참나무 연대기(GSQU 1S)의 연륜연대기 기간은 151년이다(Table 3, Figure 7). 금산 백령산성이 백제 말기에 축성되었다는 고고학적 조사 내용이 있으며, 현재까지 작성된 참나무의 표준연륜연대기가 백제시대까지는 연결되어 있지 않았으므로 금산 목곽고 참나무 연대기(GSQU 1S)에 절대연대를 부여할 수 없었다. 따라서 연륜이 많이 관찰된 QSQU 05를 대상으로 방사성탄소연대분석을 진행하였다.
3.3. 방사성탄소연대분석
GSQU 05를 대상으로 방사성탄소연대분석을 실시한 결과, 1-7번째 연륜은 95.4%의 신뢰구간에서 A.D. 420-560년(95.4%), 110-114번째 연륜은 A.D. 430-610년(93.5%)과 A.D. 620-640년(2.0%)으로 확인되었다(Table 4, Figure 8). 정확한 연대를 확인하기 위해 wiggle match를 이용하여 방사성탄소연대분석결과(n = 2), 전체 일치도 A = 117.5%이며, 수용한계(5% 유의수준) An은 50.0%으로 X2검정을 만족하였다. GSQU 05의 110-114번째 연륜에 대한 95.4% 신뢰구간이 A.D. 530-610년(95.0%)과 A.D. 620-640년(0.4%)으로 계산되었다(Table 4, Figure 9, 10). GSQU 05의 총 연륜은 151개로 110-114번째 연륜에서 37년을 추가한 A.D. 567-647년과 A.D. 657-677년으로 판단된다. 참나무는 변재부의 연륜이 15-20개로 GSQU 05의 변재부(12개)와 최대 8년의 차이가 존재한다(Park et al., 1987). 따라서 최외곽 연륜은 8년을 더한 A.D. 575-655년 과 A.D. 665-685년 사이에 형성된 것으로 판단되며, 해당 연대 구간이 벌채연도에 가장 근접한 부분에 대한 연대가 된다.
4. 고찰 및 결론
금산 백령산성에서 출토된 목곽고 부재 83점의 수종분석을 진행하여 굴피나무 38점, 상수리나무류 34점, 졸참 나무류 8점, 소나무류 2점, 음나무 1점으로 식별되었다. 굴피나무는 경기도 이남 지역에서 자생하고 목재가 거칠지만 가공하기 쉬운 것으로 알려져 있으며, 상수리나무류와 졸참나무류는 우리나라 중⋅남부 지역에서 자생하는 수종으로 목재는 거칠지만 단단하고 강하다(Lee, 1997). 소나무는 우리나라 전역에서 자생하여 강인한 목재로 보존성은 보통이나 수중에서 보존성이 양호하며, 음나무는 조직이 거칠지만, 강도는 보통이고 가공하기 쉽다(Lee, 1997). 목곽고 조성에 주로 사용된 굴피나무와 참나무속(상수리나무류, 졸참나무류)은 심재화 과정에서 유세포의 내용물이 압축하면서 도관 내부에 형성된 타일로시스로 수분의 이동이 제한된다(Park et al., 1987). 따라서 벽체와 바닥부재로 주로 사용된 굴피나무는 외부 물의 유입을 방지하고자 사용한 것으로 판단되나, 참나무속은 주로 지지목과 주목과 같은 구조재로 사용되어 강도가 큰 목재를 사용한 것으로 추정된다. 소나무와 음나무는 식별된 부재 수가 적어 조성과정에서 원목이 부족하여 인근의 큰 수목을 이용한 것으로 추정된다.
연륜연대분석 결과, 시료별 개별연대기를 크로스데이팅하여 금산 목곽고 참나무 연대기(GSQU 1S)를 작성하였다. 하지만 백제 백령산성 목곽고는 고고학적 추정시기가 백제 말기이며, 상수리나무류의 표준 연륜연대기는 작성되지 않아 연대를 부여할 수 없었다. 따라서 연륜이 많이 관찰된 동쪽지지목(GSQU 05)을 이용하여 방사성탄소 연대분석을 진행하였다. wiggle match를 이용한 방사성탄 소연대분석 결과, 측정을 진행한 시료의 최외곽 연륜의 연대는 A.D. 567-647년과 A.D. 657-677년으로 확인되었다. 측정을 진행한 시료의 변재부 연륜은 12개로 목재를 벌채하고 최소한으로 가공하여 사용한 것으로 판단되며, 최대 8년을 추가한 A.D. 575-655년과 A.D. 665-685년에 목곽고를 조성한 것으로 추정된다. 금산 백령산성에서 출토된 인장와(‘丙’, ‘耳停辛 戊午瓦’, ‘耳停辛 丁巳瓦’, ‘栗峴 丙辰瓦’, ‘上卩’, ‘上水風作土⋅⋅⋅’)는 통해 백제 위덕왕 43(596)⋅44(597)⋅45(598)년으로 비정되었으며, 동반 출토된 토기는 백제 말기에 한정된 것으로 알려져 있다 (Chungnam Institute of History and Culture, 2004). 이는 백 령산성에서 출토된 유물을 통해 고고학적으로 추정된 연 대가 목부재에서 확인된 연대인 6세기 중반에서 7세기 초와 일치하였다.
이전에 진행된 목곽고 연구 중 Lee와 Kim(2018)이 서천 봉선리 유적에서 출토된 목곽고는 참나무속 수종인 상수리나무류가 사용되었으며, 방사성탄소연대분석을 통해 목곽고 조성시기가 AD 490-510년으로 확인하였다. 앞서 언급한 연구 이외에 목곽고 연구는 주로 기능과 관련되어 목곽고의 과학적 분석은 부족하지만, 서천 봉선리 유적 목곽고와 금산 백령산성 목곽고는 주로 상수리나무류를 이용하여 목곽고를 조성하였다. 또한, 방사성탄소연 대분석을 통하여 금산 백령산성 목곽고가 서천 봉선리 유적 목곽고보다 늦게 조성되었다. 이는 백령산성이 백제 말기에 신라와의 전쟁으로 백제의 동계를 방비하기 위해 축성하여 시기적인 차이가 있는 것으로 추정된다.
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