1. 서 론
사천왕사는 문무왕 19년(679)에 창건한 대표적인 통일신라 왕실 사찰이다. 사천왕사지는 국립경주문화재연구소에서 2006년부터 2012년까지 진행한 발굴 조사를 통하여 통일신라 전형의 쌍탑일금당식(雙塔三金堂式) 가람배치라는 것이 밝혀졌다. 또한, 발굴 과정에서 납을 주 원료로 하는 다량의 녹유 유물이 출토되어 관련 연구자들에게 주목을 받았다. 출토된 녹유 유물로는 목탑 기단을 장엄한 녹유신장벽전을 비롯하여 녹유전, 귀면와, 부연와, 벼루 등이 있으며, 이 중 녹유전으로 분류된 금당지 출토 방형전과 동⋅서 목탑지 출토 수파형전은 상면에 녹색의 두꺼운 유리질층이 고착되어 있다.
통일신라의 녹유전은 대체적으로 7세기경에 제작되기 시작하였고, 주로 왕궁이나 왕실 사찰의 대표 건축물 등 한정된 곳에서만 사용되었다(Kim, 2010). 대표적인 유적으로는 연구 대상 유적인 경주 사천왕사지를 비롯하여 금당 내부 바닥에 녹유전이 설치된 것이 확인된 포항 법광사지가 있다(Hahm, 2022). 그 외에 녹유전이 출토된 곳은 경주 황룡사지, 천룡사지, 감은사지, 영묘사지, 황복사지, 불국사, 분황사 등 대부분 신라 왕경에 위치한 왕실 사찰이며, 영주 부석사, 대구 동화사, 서산 보원사지 등이 있다. 이 중 사천왕사지 출토 유물과 같이 두꺼운 유리질층이 고착된 전돌은 경주 천룡사지와 감은사지, 영묘사지, 포항 법광사지, 영주 부석사, 서산 보원사지 등에서 출토된 바 있다.
녹유전에 대한 자연과학적 분석 연구는 경주 사천왕사지(Lee et al., 2011; Jung et al., 2018), 천룡사지(Kang et al., 2005), 영묘사지(Cho et al., 2007), 포항 법광사지(Mun et al., 2002; Kang et al., 2005; Jeon, 2022), 영주 부석사(Kang et al., 2005)의 출토 유물을 대상으로 유약 및 태토 성분, 전돌 형태, 제작기법, 납동위원소비에 대한 분석 연구 등이 수행된 바 있다. 또한 최근 발표된 논문에서는 유약의 두께에 따라 녹유전의 유형을 분류하기도 했다(Jeon, 2022).
연구 대상인 사천왕사지 출토 수파형전은 상면에 유리질층이 고착되어 있어 그동안 녹유전으로 분류되어 왔다. 그러나 이 전돌에서 관찰되는 유리질층은 함께 출토된 녹유 유물의 유약층보다 두께가 두껍고 표면에 두꺼운 백색의 풍화층이 존재하고 있어 특이점을 보인다. 이에 본 연구에서는 사천왕사지에서 출토된 수파형전의 유리질층에 대하여 원료 특성을 분석하고 제작기법을 살펴보고자 한다. 또한 기존에 연구된 녹유전 및 납유리의 분석 자료와 비교하여 사천왕사지 출토 수파형전 유리질층의 성격을 검토하고자 한다.
2. 연구 대상
2.1. 수파형전의 발굴 현황
사천왕사지 출토 수파형전은 일제강점기에 처음 발굴되었는데, 당시 명칭은 새 모양과 유사하다고 하여 ‘천조형전(千鳥形塼)’으로 불렀고, 2006년 발굴 이후에는 마름모 형태와 닮았다고 하여 ‘능형전(菱形塼)’이라고 칭했다. 한편 최근 Kim(2019)의 연구에서는 전돌의 형태를 물결 문양으로 보아 ‘수파형전(水波形塼)’으로 명명하였다.
2.2. 수파형전의 형태적 특징
사천왕사지 수파형전은 전돌 상면에 1∼5 mm 정도 두께에 해당하는 두꺼운 녹색의 유리질층이 일정한 두께로 피복되어 있다. 발굴된 수파형전은 태토가 반구형으로 분리⋅파손된 것이 많고(Figure 2-ⓑ, ⓒ), 단면에서 태토 원료(덩어리)를 틀에 채워 넣은 흔적이 관찰된다(Figure 2-ⓒ, ⓓ). 유리질층에는 납 성분의 풍화로 인하여 생성된 백색 분말층이 관찰되며(Figure 2-ⓐ), 표면뿐만 아니라 전돌 상면과 유리질층이 맞닿는 계면에도 형성되어 있다(Figure 2-ⓓ). 일부 유물에서는 유리질이 눌린 흔적(Figure 2-ⓔ)과 유리질이 전돌의 측면을 타고 흘러내리면서 눌린 흔적(압흔)이 확인된다(Figure 2-ⓕ).
2.3. 연구 시료
유리질층이 피복된 수파형전 시료 10점을 선정하였다(Table 1, Figure 3). 시료는 출토 위치가 목탑지로 분명하고, 형태적으로 수파형전의 대표성을 띠는 것으로 하였다. 특히 유리질층의 두께가 평균적인 범위이면서 백색 풍화층이 적은 시료를 선정하였다. 전돌의 색상은 옅은 회색 또는 짙은 회색이며, 일부 시료는 유리질층과 맞닿는 부분에서 옅은 갈색을 띤다. 백색 납 풍화층을 제거하면, 녹색 계통의 광택이 나는 유리질층이 확인된다. 색상은 옅은 녹색에서 짙은 녹색으로 다양하며 두께는 2.62∼4.43 mm 정도로 두껍다. 발굴된 전돌 중에는 유리질층이 부분적으로 탈락된 경우도 있으며, 실제 물리적인 타격으로 전돌과 유리질층은 쉽게 분리된다. 이러한 특징은 사천왕사지 녹유신장벽전, 녹유귀면와, 녹유부연와 등 기물에 매우 얇게 시유된 일반적인 녹유의 성질과는 확연하게 구분된다(Lee et al., 2011; Kim, 2019).
3. 연구 방법
사천왕사지 출토 수파형전의 유리질층은 메스와 말렛을 이용하여 전돌에서 분리한 후, #1000, #1500, #2000, #5000, 0.05 μm의 순서로 Polishing하여 표면의 백색 풍화층을 최대한 제거하였다.
실체현미경(S9i, Leica, Germany)으로 분석 대상의 색상과 투명도, 표면의 풍화 정도, 균열 및 기포 상태 등의 특성을 관찰하였다. 또한, 육안 관찰로는 객관적인 색상을 표현하기에 어려움이 있으므로 분광측색계(CM-2600d, KONICA MINOLTA, Japan)를 이용하여 색을 측정하고 객관적인 수치로 표기하였다. 표준 광원 D65, 시야 각 10°, MAV(Φ8 mm), SCE(정반사광 제거) 조건으로, 최대한 측정 광원이 새어 나오지 않도록 하여 3회 측정하였다.
유리질층의 단면 관찰과 화학 조성은 주사전자현미경(SEM, JSM-6380LV, JEOL, Japan)과 이에 부착된 에너지 분산형분석기(EDS, 7582, OXFORD, England)를 이용하여 분석하였다. 유리질층에 대한 정량분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 보유하고 있는 유도결합 플라즈마 질량⋅분광 분석기(ICP-AES⋅MS, Elan DRC II⋅Optima 8300, Perkin Elmer, USA)를 이용하였다. 주요 성분으로 검출된 Pb를 산화물로 변환한 후 이를 제외한 성분은 Si의 산화물로 기입하였으며, 주요 성분에 거의 영향을 미치지 않는 미량 및 희토류 원소는 ppm 단위로 표기하여 기입하였다. 그리고 유리질층에 존재하는 납 성분에 대한 납동위원소비 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 보유하고 있는 열이온화질량분석기(TIMS, Isotobe-T, IsotopX, England)를 이용하였다. 분석을 실시하기 전, 시료를 왕수(질산:염산=1:3)와 함께 테프론 바이알에 밀봉하여 120℃에서 완전히 용해하였다. 브로민화수소(HBr) 매질을 이용하여 음이온 교환수지로 고순도의 납을 추출하였고, 실리카겔과 인산(H3PO4)을 이용하여 Re 필라멘트에 시료를 얹었다. 분석은 정적인 모드(Static mode, N-20, 4 s integration)로 1,100∼1,200℃에서 실시하였으며, 외부보정을 위해 표준 납 시료 NBS981도 함께 분석하였다. 2σ% 분석 표준오차는 0.3% 미만이었으며, 206Pb/204Pb=16.949±0.008, 207Pb/204Pb=15.494±0.005, 208Pb/204Pb=36.724±0.021(2σ SE, n=30)였다.
4. 연구 결과
4.1. 현미경 관찰
수파형전에서 분리한 유리질층 시료 10점을 대상으로 백색 풍화층을 제거한 표면 특성을 관찰한 결과는 다음과 같다(Figure 4).
유리질층에서는 기포와 불순물이 존재하며 기포는 다양한 크기로 방향성 없이 관찰된다. 이와 같은 현상은 냉각 과정에서 기포가 외부로 빠져나가지 못하였기 때문이다(Kang and Cho, 2008). 한편, 빙렬[관입(貫入), 관유(貫乳)]과 같은 갈라짐 현상이 유리질층의 전면에서 확인된다. 표면은 대체적으로 갈라진 면이 넓은 반면, 계면(전돌과 맞닿는 면)은 매우 작은 균열들이 존재하므로 유리질층의 갈라짐 양상에서 차이를 보인다. 이는 용융시킨 유리질을 전돌에 부었을 때, 표면과 계면에서 발생하는 냉각 속도나 수축률, 열팽창의 차이 등으로 인한 현상이거나, 매장상태에서 지속적으로 은은한 충격이 가해졌을 때, 압축응력을 받는 표면과 인장력을 받는 계면 사이에서 생긴 파괴 현상으로 추정된다(Kang, 2020).
4.2. 색도 측정
선정한 시료 10점에서 백색의 풍화층 면적이 넓은 2점(SC-01, 08)은 정확한 측정 결과를 비교할 수 없으므로 이를 제외한 측정 결과는 다음과 같다(Table 2, Figure 5).
육안 관찰에서 짙은 녹색으로 분류한 SC-04, 09, 10의 경우 명도(L*) 33.37∼35.73, 색도 a* -7.63∼-5.35, b* 2.29∼3.47으로 모두 낮은 값을 보인다. 옅은 녹색으로 분류한 SC-02, 03, 05, 06, 07 중 SC-05를 제외하면 명도(L*)가 41.13∼54.68로 높으며, 색도도 a* -16.22∼-6.70, b* 6.80∼18.92로 높은 편이다. SC-05는 명도(L*)가 40.05로 짙은 녹색보다 높으나, 색도가 a* -4.19, b* -0.15로 짙은 녹색과 비슷하여 육안 관찰 분류와는 다소 차이를 보인다.
4.3. 성분 분석
수파형전의 유리질층에 대한 주요 성분 및 미량⋅희토류 분석 결과는 다음과 같다(Table 3). PbO는 73.0∼78.9 wt.%, SiO2는 21.1∼27.0 wt.%으로 납의 함량이 상대적으로 높다. 특히, Al2O3, CaO, Na2O, K2O와 같은 성분이 검출되지 않은 것으로 보아, 장석, 모래, 재 등을 첨가하지 않고 순도가 높은 규석(혹은 규사)과 납을 이용하여 제작한 것으로 추정된다(Cho. et al., 2007).
일반적으로 납유리는 Na2O나 K2O와 같이 재에서 유래한 성분을 첨가하지 않고 납과 규석, 모래 그리고 발색 성분을 혼합하여 제작한다(Kim, 2001; Kang. et al., 2004). 따라서 납유리에서 검출되는 Na, K, Ca, Ti, P, Mg, Fe 등의 성분은 모래에서 유래한 것이며, Fe, Cu, Sn, Sb, Co, Zn 등의 원소는 발색 성분으로 첨가되었을 가능성이 있다(Mecking, 2013). 한편 Sn, Sb, Zn과 As 등의 원소는 납 광석에서 흔히 동반되는 원소로 알려져 있다(Shen. et al., 2019).
수파형전의 유리질층의 성분은 As, Sb, Bi와 발색 성분 Cu, Fe 함량이 높은 편이다. 선정 시료 10점에서 4점(SC-02, 05, 06, 07)은 Zn, As 함량이 높고, 다른 4점(SC-01, 08, 09, 10)은 Sb와 Bi 함량이 높은 점에서 구분할 수 있다. 그리고 납 광석에서 흔히 동반되는 원소인 Zn, As, Sb, Sn을 기준으로 Zn/Sn-As/Sb 성분 비를 도식화하면, Ⅰ그룹(SC-01, 04, 08, 09, 10)은 유사한 범위로 다른 5점과는 구분되는 양상을 보인다(Figure 6).
발색 성분으로 작용하는 Cu와 Fe를 기준으로 Cu/Fe 성분 비로 비교하면 옅은 녹색 시료(SC-02, 03, 05, 06, 07)는 1.79∼6.95(평균 3.53)로 낮고, 짙은 녹색 시료(SC-01, 04, 08, 09, 10)는 11.56∼24.81(평균 18.13)로 높은 값을 보인다(Table 4). 따라서 Cu와 Fe 두 성분이 발색 성분으로 작용한 것으로 추정된다.
또한, Zn/Sn-As/Sb 성분 비와 Cu/Fe 성분 비에 따른 구분이 일치하는 특징을 보이므로, 크게 두 그룹으로 분류되는 원료적 차이가 있는 것으로 판단된다.
4.4. 납동위원소비
수파형전 유리질층의 납동위원소비에 대하여 분석을 실시하였다(Table 5, Figure 7). 그 결과, 분석 시료 10점은 SC-01, 04, 08, 09, 10(Ⅰ그룹)과 SC-02, 03, 05, 06, 07(Ⅱ그룹) 크게 2개 그룹으로 분류된다. 이는 앞선 Zn/Sn-As/Sb 성분 비 그래프에서 SC-01, 04, 08, 09, 10 시료가 구분되는 양상을 보인 것, Zn, As가 높은 시료(SC-02, 05, 06, 07), Sb, Bi가 높은 시료(01, 08, 09, 10)가 구분되는 양상을 보인 것과 유사한 결과이다. 따라서 우선 두 그룹의 납 광석이 달랐을 가능성이 크며, 이는 산지의 다양성을 생각해 볼 수 있다. 뿐만 아니라, 이 두 그룹의 유리 색깔(짙은 녹색은 Ⅰ그룹, 옅은 녹색은 Ⅱ그룹)도 구분되는 것으로 보아 복수의 공방지나 장인 집단이 있었을 개연성도 존재한다.
5. 고 찰
5.1. 원료 특성
수파형전의 유리질층(Figure 8-ⓒ)은 기존에 알려진 녹유전의 유약과는 몇 가지 차이점을 확인할 수 있다. 유리질층은 두께가 두껍고 전돌에 잘 융착되지 않아 물리적인 힘으로 쉽게 분리된다. 반면, 녹유전은 얇게 시유된 유약이 태토에 잘 융착되고 흘러내린 흔적 또한 얇게 형성되어 있다(Figure 8). 이를 자연과학적 분석으로 비교⋅검토하기 위하여 녹색의 납유(鉛釉)가 시유된 사천왕사지 녹유신장벽전(SC-001, Figure 8-ⓐ)과 황룡사지 녹유전(HR-01, Figure 8-ⓑ)을 비교 대상으로 선정하였다. 선정된 시료는 SEM-EDS로 유약 및 유리질층을 관찰하고, 주요 성분을 분석하였다(Table 6, Figure 9).
사천왕사지 녹유신장벽전과 황룡사지 녹유전의 유약은 두께가 매우 얇고 태토에 잘 융착되어 있는 것을 알 수 있다(Figure 9-ⓐ, ⓑ). 특히 황룡사지 녹유전은 태토와 유약의 계면에서 납-칼리 장석 결정이 관찰된다(Figure 9-ⓑ). 이러한 납-칼리 장석 결정(interaction zone)은 소성 후 냉각 시 태토와 유약의 계면에서 형성되며, 결정의 크기와 수는 용해 시간과 냉각 속도에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다(Walton, 2004). 반면 수파형전은 전돌과 유리질층이 융착되지 못하고 분리되어 있으며, 계면에 풍화층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다(Figure 9-ⓒ).
사천왕사지 녹유신장벽전과 황룡사지 녹유전의 유약은 각각 PbO 64.9 wt.%와 65.2 wt.%로 수파형전의 유리질층보다 PbO 함량이 10 wt.%가 낮다. 또한 수파형전의 유리질층에서는 검출되지 않은 알루미나(Al2O3)가 각각 5.40 wt.%, 7.40 wt.%로 확인되는데, 성분의 함량을 고려한다면 인위적으로 첨가한 것으로 보인다. 주지하듯이 알루미나 성분은 유약의 흐름성을 조절하는 역할을 하며, 유약은 유리보다 많은 양의 알루미나 성분을 첨가하여 점도를 높임으로써 기물에 잘 붙어있도록 하는 역할을 한다(Lee et al., 2008). 따라서 사천왕사지 수파형전은 녹유신장벽전이나 황룡사지 녹유전과 같이 유약을 얇게 시유한 전돌과는 재료 배합에서 분명한 차이가 확인된다.
수파형전의 녹색 유리질층은 PbO 73.0~78.9 wt.%, SiO2 21.1~27.0 wt.%의 성분 함량을 보이는 고연(高鉛)의 유리질이다. 기 보고된 유물 중 경주 황남동 376번지 유적 출토 유리 도가니편의 유리질, 익산 왕궁리와 미륵사지에서 출토된 녹색의 유리 편(Figure 10) 등이 이와 유사한 성분 비를 보인다(Choi. et al., 1994; Kang. et al., 2004; Han, 2017). 따라서 수파형전 유리질층의 화학 조성은 납유(鉛釉)보다는 납유리에 더 가깝다고 할 수 있다.
5.2. 수파형전의 제작기법
앞서 수행한 육안관찰과 분석 결과를 종합하여 이를 근거로 수파형전의 제작기법을 살펴보았다. 전돌의 파손 형태와 단면에서 관찰되는 제작흔적으로 미루어 보아, 일반적인 전돌과 마찬가지로 형태를 잡기 위하여 틀에 태토를 채워 넣은 후 틀을 분리하고 가마에 소성하였을 것이다.
전돌 상면의 유리질층은 앞서 살펴보았듯이 표면과 계면에 모두 납 풍화층이 형성되어 있으며, 약간의 물리적인 타격으로도 전돌과 쉽게 분리된다. 뿐만 아니라, 주사전자현미경상에서 납-칼리 장석 결정이 관찰되지 않고, 계면에 소결(燒結)이 확인되지 않는다. 이러한 특성을 고려한다면 유리질층은 태토에 융착이나 소결되었다기보다 전돌 상면에 피복되어 있는 상태에 가깝다. 한편 일부 수파형전은 측면을 따라 흘러내린 유리질층에서 압흔이 확인된다. 이러한 압흔은 전돌과 거푸집의 틈 사이에 유리질이 흘러내리면서 거푸집에 의해 눌린 흔적으로 추정된다.
일반적으로 녹유 유물은 기물에 유약 원료를 칠하거나 기물을 유약 원료에 담가 입힌 후 가마에서 소성하는 방법으로 제작된다(Walton, 2004). 그러나 수파형전의 유리질층은 앞서 살펴보았던 제작흔과 납 풍화층의 형성 상태, 유리질층의 화학 조성 등을 미루어 본다면 일반적인 녹유 유물과는 그 제작기법이 다를 것으로 판단된다. 즉, 수파형전의 유리질층은 소성한 전돌에 틀을 고정한 후 점성이 있는 유리질의 융액을 전돌 상면에 부어 냉각하여 피복하였을 것이다(Figure 11).
사천왕사지 출토 수파형전의 유리질층은 육안관찰과 자연과학적 분석 결과 등을 종합하여 본다면 기존에 알려진 대로 원료를 기물에 입힌 후 소성하여 융착시킨 유약보다는 원료를 용융한 융액을 냉각시켜 전돌 상면에 고착시킨 유리로 보는 것이 더 타당할 것이다.
6. 결 론
1. 사천왕사지 출토 수파형전은 녹색의 유리질층이 상면 전체를 두껍게 덮고 있는 유물이다. 유리질층 표면은 대체적으로 백색의 풍화산물로 덮여 있으나 이를 제거하면 녹색 계열의 광택을 띠는 유리질층이 드러난다.
2. 수파형전의 유리질층은 PbO가 평균 76.7 wt.%, SiO2는 평균 23.3 wt.%의 성분 함량이 확인된다. 따라서 순도가 매우 높은 규석(혹은 규사)과 납 원료를 배합하여 제작한 것으로 보인다. 이러한 화학 조성은 납유(鉛釉)와는 분명한 차이를 보이는 반면, 경주 황남동 유적 및 익산 미륵사지 등에서 출토된 납유리와 유사하게 나타난다.
3. 원료의 상관 관계를 파악하기 위하여 미량 및 희토류 분석, 납동위원소비 분석을 실시한 결과, 납 광석에서 흔히 동반되는 원소를 기준으로 크게 두 그룹으로 구분된다. 아울러 납동위원소비에서도 2개의 그룹으로 분류할 수 있다. 따라서 수파형전의 유리질층의 주원료 배합 비율은 거의 일정하지만, 원료는 최소 2개 이상의 경로를 통하여 공급받았을 가능성이 크다.
4. 수파형전은 1차적으로 틀에 태토 원료를 채워 넣은 후 틀을 분리하고 소성하여 전돌을 제작하였다. 그리고 소성한 전돌과 같은 틀을 맞춰 고정한 후 점성이 있는 유리질의 융액을 전돌 위에 붓고 냉각하여 제작했던 것으로 판단된다.
5. 이상의 결과를 종합하면, 사천왕사지 출토 수파형전의 유리질층은 원료 특성 및 제작기법에서 일반적인 유약(납유)보다는 유리(납유리)로 구분하는 것이 타당하다.
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