서 론
백제 흑색마연토기는 형태와 제작기술적 측면에서 여 타의 토기와 비교되는 특징적인 외관을 가지고 있다. 토기 의 표면이 검고 매끈한 마연 흔적이 있으며, 정선된 태토를 사용하였다. 기벽은 매우 얇고 소성도는 그리 높지 않음에 도 불구하고 마연 흔적 위에는 칠(漆)을 덧바른 것처럼 광 택도 있다(Lee, 2001). 또한 의도적으로 음각선문(陰刻線文) 의 장식이 가미된 형태가 많은 것도 특징이다(Lee, 2001; Nam, 2013).
흑색마연토기는 현재까지의 출토 사례로 볼 때 다른 토 기에 비해 출토량이 극히 적고 백제 한성기에 집중적으로 제작되어 사용된 것으로 나타난다. 또한 지방의 경우 상위 등급으로 판단되는 묘제에서만 부장되는 등 시·공간적으 로 제한적인 양상을 보여 왔기 때문에 일반적으로 위세 성 격이 강한 물품으로 인식되어 왔다(Nam, 2013).
그동안 흑색마연토기의 과학적 연구는 희소성, 접근성 과 시료채취의 어려움 등으로 인해 활발히 진행되지 못한 것이 사실이다. 또한 분석보다는 산출상태와 재현실험을 통해 제작기법을 밝히고 있으므로 보다 과학적으로 토기 의 제작특성을 해석하는 데에 한계가 있었다(Choi et al., 2001; Nam, 2013).
따라서 본 연구에서는 흑색마연토기의 제작기법 해석 을 위해 토기 태토와 표면 흑색물질의 특성을 분석하고 함 께 출토된 회색토기 및 적색토기의 분석결과와 비교하였 다. 흑색마연토기의 표면처리기법 조사를 위해 단면을 분 석하고 현미경으로 관찰하였으며 광물 조성으로 토기의 소성온도를 추정하였다. 이를 통해 백제 한성기 흑색마연 토기의 제작 특성을 규명하는 데에 초점을 두었다.
연구 대상 및 분석 방법
2.1. 연구대상
연구대상 시편은 풍납토성 출토 흑색 마연 토기 5점, 회 색 마연 토기 6점, 적색 연질 토기 2점을 대상으로 실험하 였다(Figure 1). 기종별로는 B-1과 B-3은 뚜껑, B-2, 5, G-6, 7은 호, B-4는 완, G- 8, 9, 10, 11, R-1, 2는 기종 확인 이 어려웠다.
2.2. 분석방법
대상 토기시료의 광물입자 구성특성과 단면관찰을 위해 시료를 에폭시 수지에 고착시킨 후 시료연마기(Discoplan- TS, Struers, Denmark)와 연마지 #500, #1000, #2400, #4000 순으로 단면을 경면(鏡面)이 되게 연마하여 실체현 미경(Axiotech, Stemi 2000-C, Carl Zeiss, Germany)하에 서 100배로 내부에 존재하는 광물과 조직을 관찰하였다. 편광현미경은 Axio Plan 2 Imaging(Carl Zeizz, Germany) 으로 100배와 25배에서 관찰하였다. 부피 비중과 흡수율 은 KS L4008에 따라 진행하였으며, 3회 측정하여 평균값 으로 산정하였다.
편광현미경 관찰을 위해 슬라이드 글라스에 토기단면 을 붙이고 절단하여 얇게 슬라이드 글라스에 점착된 토기 면을 연마하였다. 토기 태토의 주요 구성 광물은 X-선회절 분석(Empyrean, Panalytical, Netherlands)을 통해 동정하 였으며, 측정조건은 45 kV, 40 mA, 4~60°, 0.039°/200 sec 로 분말화한 시료를 Spinner stage를 이용하여 광물결정구 조를 분석하였다.
성분함량은 토기의 지구화학적 특성을 알아보기 위하 여 주성분원소 분석을 하였으며, 파장분산형 X-선형광분 석기(SuperQ, Panalytical, Netherlands)를 이용하였다. 측 정조건은 Collimator mask는 27 mm로 혼입물을 배제한 토기시편에 대하여 검출된 각 원소에 대한 함량을 산화물 형태로 환산하였다. 미량원소 분석은 한국원자력연구원에 의뢰하여 중성자방사화분석을 하였으며 원자로에서 중성 자 조사 후 방사화된 원소들의 감마선을 측정하였다. 중·장 반감기 핵종을 이용한 분석을 위하여 100~200 mg의 분말 시료를 vial에 넣어 준비하였고 중성자방사화분석용 NAA #1을 이용하여 1시간 동안 시료를 조사하였다. 또한 시료 의 조사 위치에 따른 방사화율의 차이를 결정하기 위하여 Fe-Wire(IRMM, 순도 99.9%)를 각 시료와 동시에 조사하 여 중성자 속도를 결정하였다. 또한 감마선을 계측하기 위해 고순도 게르마늄 반도체 검출기(Gamma Counter, EG& GORTEC, USA)를 이용하여 분석하였다.
탄소정량분석(Automatic Elemental Analyzer, FLASH 2000, Thermo Scientific, UK) 은 충남대학교 공실관에 의 뢰하여 탄소(C), 수소(H), 질소(N)을 정성·정량분석하였 다. 1,800℃에서 연소된 토기의 분말시료가 반응관에서 환 원되고 GC 칼럼을 통과하면서 이동 속도에 따라 원소가 분리되어 TCD에서 검출하였다.
표면부 원소분포를 조사하기 위해 주사전자현미경 (JSM-IT300, Jeol, Japan)으로 elemental mapping을 실시 하였고, 분석조건은 Acquisition time /Flame Count 20, Fixel Dwell time 200 ㎲, Aztec s/w에서 Quant map(픽셀 별 성분원소의 함량을 계산하는 방식)으로 이미지를 확보 하였다.
연구 결과
3.1. 흑색마연토기의 물리적 특성
3.1.1. 실체현미경과 편광현미경 관찰 결과
흑색마연토기의 실체현미경 관찰에서는 흑색부분의 분 포양상을 확인하였다(Figure 2). 이와 함께 토기 속심의 색 을 확인하고 첨가된 광물의 크기와 형태를 관찰하였다. 실 체 현미경상에서 흑색마연토기의 표면 광택 정도가 각각 달랐고 내면의 색, 표면의 발색과 흑색물질의 분포도 각각 다르게 나타났다.
Figure 2
Cross section images of potteries excavated from Pungnap site using the stereoscopic microscope.
B-1은 표면의 검은 물질을 내외부에 바른 것처럼 흑색 부위가 얇고 균일하게 표면을 덮고 있으며 속심은 회색이 다. B-2는 내·외부가 흑색이나 속심의 중심부는 어두운 갈 색을 나타낸다. 흑색과 어두운 갈색의 경계는 매우 불규칙 하고 모호하며, 표면부에서 내부로 검은 색 물질이 불규칙 하고 점이적인 모습을 나타내고 있다.
B-3은 표면만 흑색을 띠며, 적색 토기와 유사한 단면을 가지고 있다. 기질 사이로 길쭉한 모양의 공극이 관찰되며, 다른 흑색마연 토기에 비해 석영입자가 많이 관찰되어 태 토 정선도가 높지 않은 것으로 보인다. B-4의 내·외부는 모 두 흑색을 띠고 있지만 회색에 가까운 밝은 흑색을 띠고 있 으며, 회색토기와 비슷한 단면 색을 나타낸다. B-5는 기벽 이 다른 토기들에 비해 얇은 편이며, 내·외부와 속심도 모 두 흑색을 띠고 있다. 조직이 치밀하고 100 μm 이상의 석 영입자들이 관찰되지 않아 매우 정선된 니질의 태토를 사 용한 것을 확인할 수 있다. B-5는 다른 흑색마연토기에 비 해 흑색의 발색 상태가 좋고 태토의 정선도도 높은 것으로 추정된다.
흑색마연토기와 비교하기 위해 풍납토성에서 출토된 회색토기의 단면을 관찰하였다. G-6의 속심은 회색을 나 타내고, 표면부는 연한 갈색으로 뚜렷한 색 차이를 보이며, 비교적 치밀한 조직이 관찰된다. G-7은 속심이 적색으로 입자가 크고, 원마도가 낮은 200 μm의 석영입자가 다량 관찰되어 정선도가 낮았던 것으로 보인다. G-8의 단면은 회색이며, 200 μm 이상의 굵은 입자는 관찰되지 않는다. G-11은 연한 갈색과 회색의 경계부가 뚜렷하게 나타나고 있으며, 태토의 정선도는 G-6, 10과 비슷한 상태로 1 mm 전후의 굵은 석영입자들이 관찰된다(Figure 2).
대상 토기의 광물조성과 분포를 조사해 보고자 편광현 미경으로 관찰하였다(Figure 3). B-1은 표면부에서 얇고 검은 색 띠가 관찰된다. B-2는 전체적으로 검은색 토기이 나 표면부에 밀집도가 높고 단단하여 표면 마연 처리가 있 었을 것으로 추정된다. B-4는 표면부에서 흑색물질이 많이 관찰되지만 표면과 내면 모두 석영과 장석이 많이 관찰되 는 것이 특징적이다. 변질 받지 않은 운모류와 500 μm 정 도의 큰 석영 입자가 관찰되기도 하여 내부 정선도는 매우 낮을 것으로 판단된다. B-5는 은미정질의 석영과 장석이 관찰되며, 내부 정선도가 매우 높은 흙을 사용한 것으로 보 인다. 단면관찰에서 기벽이 얇고 내부 속심까지 흑색을 띠 며 편광현미경 하에서도 흑색이 매우 균일하게 분포하고 있다.
Figure 3
Thin section images of potteries excavated from Pungnap site using the polarizing microscope.
회색토기(G-6, 9, 10)에서는 회색 기질에 석영과 장석 입자들이 관찰된다. 회색 토기도 일부 흑색마연토기(B-1, 5)와 같이 석영과 장석 입자들이 적어 비교적 정선도가 높 은 것으로 판단된다. 반면 적색토기에서는 비교적 원마도 가 낮고, 200 μm 이상의 석영입자들이 다량 관찰된다. 적 색토기 중에서도 R-1의 경우 적색의 철 산화물 덩어리가 관찰되기도 한다(Figure 3).
3.1.2. 부피 비중·흡수율
흑색마연토기, 회색토기, 적색토기의 흡수율은 8.23~18.52% 의 분포범위를 가지며, 부피비중은 1.69~2.03의 분포범위 를 나타냈다(Table 1). 흡수율과 비중은 음의 상관관계를 가지므로 흡수율이 가장 높은 적색토기 R-2 시료의 비중이 가장 낮고, 흡수율이 가장 낮은 회색토기 G-6의 비중 이 가 장 높다. 흑색마연토기와 회색토기는 부피 비중과 흡수율 이 비슷한 정도로 나타났다. 적색연질 토기 두 점(R-1, 2) 은 흑색마연 토기와 회색 토기에 비해 낮은 흡수율을 가지 고 있다(Table 1).
Table 1
Bulk density and water absorbtion of the pottery of Pung-nap site
흑색마연토기와 회색토기는 적색토기보다 겉기공률이 낮게 나타난다. 이는 표면부의 광택을 위해 마연을 했기 때 문에 겉기공률은 마연을 한 토기가 하지 않은 토기보다 낮 게 나타나며 소성온도의 영향도 받았을 것으로 생각된다.
3.2. 흑색마연토기의 지구화학적 특성
3.2.1. 주성분 원소 및 미량원소 분석 결과
각 토기시료의 주성분원소 분석 결과(Table 2), SiO2는 흑색마연토기에서 58.70~63.55 wt.%, 회색토기에서 64.44~ 68.86 wt.%를 나타내 흑색마연토기에서 다소 낮은 함량을 보인다(Figure 4A). Al2O3는 흑색마연토기 16.66~20.34 wt.%, 회색토기 17.51~20.04 wt.%로 비슷한 함량을 나타 내며 MgO는 흑색마연토기 0.94~1.51 wt.%, 회색토기 1.37~2.09 wt.%로 회색토기에서 MgO의 함량이 다소 높 게 나타난다. CaO는 흑색마연토기에서 0.82~1.13 wt.%, 회색토기는 0.57~0.75 wt.%로 흑색마연토기에서 높게 나 타났다. CaO는 식물 재에서 높게 나타나는 화합물로서 토 기 제작 시 식물을 이용하여 흑색물질을 입히는 제작기법 을 추정해 볼 수 있다(Han and Yee, 2004). 표면과 내면에 서 흑색이 가장 잘 나타난 B-5에서 1.13 wt.%으로 높게 관 찰되었다.
Table 2
Contents of major elements(wt.%) and trace elements(ppm) of pottery samples
Fe2O3는 흑색마연토기 4.41~7.03 wt.%, 회색토기는 3.78~7.53 wt.%의 유사한 분포 범위를 나타낸다. B-5는 흑색마연토기 중 가장 낮은 산화철 함량을 가지고 있으며, B-8은 회색토기 중 가장 높은 산화철 함량을 포함하고 있 다. 철의 함량과 산화상태는 토기 발색에 중요한 요인으로 볼 수 있으나 흑색마연토기에서는 산화철 함량이 비교적 낮게 나타나지만 B-3, G-7, G-8은 토양 내에서는 높은 편이다.
P2O5는 흑색마연토기에서 2.16~4.23 wt.%, 회색토기에 서 0.17~0.69 wt.%로 확연한 차이를 보인다. 또한 L.O.I. (loss on ignition)의 함량도 흑색마연토기(4.65~6.89 wt.%) 와 회색토기(0.52~1.67 wt.%) 간에 뚜렷한 차이를 보여 흑 색마연토기가 비교적 높은 P2O5와 L.O.I.를 함유하는 것으 로 나타났다. L.O.I.는 시료를 가열할 때 물, 이산화탄소 등 이 소실되는 함량을 나타내므로 소실되는 물질 속에 탄소 함유량이 포함된다. 즉, L.O.I. 값으로 간접적인 탄소의 양 을 유추할 수 있다. 선행 연구 결과(Moon and Jeong, 1996) 에서는 산불이 일어난 후 회분화된 식물체의 성분(화학성 분상 탄소)에 의해 토양 내 인산량은 증가한다고 보고한 바 있다.
따라서 흑색마연토기에서 L.O.I. 값과 함께 P2O5의 함 량이 회색토기보다 높게 나타난 것은 토기 소성 시 식물을 태워 탄소(식물 재)를 침착시키기 때문인 것으로 추정된다 (Figure 4B).
각 토기시료의 산지추정을 위해 주성분 원소는 화강암 의 평균함량(Nockolds, 1954), 희토류 원소는 운석의 초생 치(Taylor and McLennan, 1985)를 기준으로 표준화하였 고 이동성 및 불이동성 원소를 선별하여 원시의 맨틀조성 (Pearce, 1983)으로 표준화하여 Figure 5에 도시하였다. 각 토기의 희토류 원소 및 호정 · 불호정 원소는 거동 특성이 비슷하여 원료물질에서 큰 차이를 보이지는 않는 것으로 판단된다. 다만 주성분 원소는 태토준비 과정에 따라 다소 달라진 것으로 보인다.
Figure 5
Normalized element distribution of pottery samples showing major elements(up), rare earth elements( center), compatible and incompatible elements (down).
따라서 미량성분 원소분석 결과에서는 흑색마연토기와 회색토기는 원료물질에서 큰 차이가 나타나지 않았으나 주성분 원소 분석결과에서 태토의 선택과 정선, 소성 시 토 기 표면의 탄소 침착 과정의 차이에 기인한 SiO2, CaO, Fe2O3, P2O5 조성의 차이가 나타나는 것으로 생각된다.
3.2.2. 탄소정량 분석
앞서 언급했듯이 주성분 원소분석의 L.O.I.가 탄소를 포 함한 열에 의해 소실된 성분을 나타내므로 그 속에 포함된 탄소의 총량을 탄소정량분석을 통해 확인하고자 하였다. Table 3은 전체에 대한 값으로 무게비 wt.%로 표시된다. 제시된 성분은 유기원소 중 탄소, 질소, 수소 함량이다.
Table 3
Contents of nitrogen, carbon, hydrogen of pottery samples (units: wt.%)
유기원소 분석 결과, 대부분의 토기들은 1 wt.% 미만의 탄소량을 나타낸다. 흑색마연토기의 탄소 평균값은 회색 토기나 적색토기의 평균 탄소량보다 다소 높은 것으로 나 타난다. 특히 B-5에서 탄소 1.51 wt.%로 최대값을 나타내 는데(Table 3, Figure 6), 이 시료는 실체현미경으로 관찰 한 단면에서 내·외부는 물론 속심까지 완전히 흑색을 보이 는 전형적인 형태의 흑색마연토기이다.
한편 B-1은 흑색마연토기임에도 탄소량이 0.13 wt.% 함유되어 있어 회색토기 G-9보다 더 낮고 이미 내부 속심 까지 탄소가 침투된 B-2, B-4, B-5와도 탄소량이 확연히 다르게 나타난다.
모든 토기에서 질소는 확인되지 않으며, 수소는 흑색마 연토기에서 회색토기나 적색토기에 비하여 매우 높은 값 을 보인다. B-1은 수소값이 0.81 wt.%를 나타내어 가장 높 은 값을 보인다.
Table 3은 무기탄소와 유기탄소를 포함한 총량이며, 향 후 무기탄소와 유기탄소로 나누어 분석할 필요가 있을 것 으로 판단된다. 탄소의 흑연화 온도가 750℃ 정도인 것을 고려할 때 이미 흑색마연토기의 소성온도 범위와 비슷하 므로 재현실험 과정에서 탄소가 무기탄소화 되는지의 여 부는 확인해 볼 필요가 있다. 탄소 정량 분석이 중요한 의 미를 갖는 이유는 탄소가 경원소이므로 검출에 어려움이 있고, 특히 무정형 탄소의 경우 주사전자현미경과 같은 고 성능의 장비에서도 탄소의 이미지화된 입자 관찰이 어렵 기 때문이다.
3.2.3. SEM-EDS Mapping
주사전자현미경으로 흑색마연토기에 포함된 탄소를 검 출하고자 하였다. 주사전자현미경에서 CPS(초당 발생하 는 전자신호 수)의 비율을 이용하여 흑색마연 토기 내의 탄 소, 철, 인의 성분을 확인한 기존 연구결과가 있다(Nam, 2013). 이 연구 결과는 본 연구 대상 시료인 B-1과 B-5를 분석하였으며, 그 결과 속심보다 표면부에서 일관되게 탄 소(산소 대비)의 비율이 높게 검출되어 흑색과 탄소와의 연관성이 높은 것으로 발표되었다.
본 연구에서는 흑색마연 토기의 단면에서 표면부의 SEM-EDS의 mapping을 통하여 원소별 분포 양상을 확인 하였다. 시료 마운팅에 사용하는 에폭시수지의 탄소영향 을 배제하기 위해 마운팅하지 않은 토기편을 연마하여 준 비하였다. 그러나 mapping시 사용하는 구리테이프의 접착 성분이 유기화합물이므로 테이프와 토기가 닿는 부분에도 구리와 탄소성분이 검출되었다(Figure 7, 8).
Figure 7
Elemental mapping image of B-1 showing that yellow arrow means the most outer surface of pottery.
Figure 7은 B-1의 EDS image로서 구리테이프, 빈공간, 토기의 순으로 배열된 시료의 mapping 결과이다. B-1에서 는 Si가 주원소로 나타나고 탄소는 표면에만 가는 선으로 관찰되며 내면에서는 발견되지 않는다. B-5에서는 Si가 주 원소이지만 탄소의 표면과 내면 밀집도가 비교적 높게 나 타난다. 두 시료의 표면에서 Fe, Ca, Ti 등은 관찰되지 않았 다(Figure 8). B-5는 주성분원소와 탄소분석결과에서 철함 량이 낮고, 탄소함량이 높게 나타난 시료로서 mapping 결 과로 볼 때 표면과 내면의 검은 색은 철보다는 탄소에 의한 영향이 큰 것으로 추정할 수 있다.
반면 Figure 9는 회색토기 G-9의 EDS image로서 Si가 주원소로 분포되어 있지만 탄소분포는 상대적으로 낮은 편이다. 그러나 표면에서 Fe의 농집 현상이 관찰되어 표면 의 짙은 회색이 철산화물의 농집과 산화상태에 의한 것임 을 추정할 수 있다.
3.3. 흑색마연토기의 소성온도 해석
X-선 회절분석을 통해 흑색마연토기의 구성광물을 확 인하고 흑색마연토기의 소성온도를 추정하였다. 분석 결 과, 모두 석영(Q), 정장석(O), 사장석(P), 운모(M)가 검출 되었다(Figure 10). 흑색마연토기인 B-1~5의 소성온도는 모두 운모(M)의 높은 회절선이 검출되어 900℃를 넘지 않 았을 것으로 추정된다(Kim, 2009; Han, 2013). 소성온도의 하한선은 여러 점토광물들이 대부분 소멸하고 카올리나이 트가 소멸하는 온도인 550℃를 넘었을 것으로 판단된다.
Figure 10
X-ray diffraction pattern of pottery samples( Q; Quartz, P; Plagioclase, O; Orthoclase, M; Mica group).
회색토기는 G-7, 9, 10에서 석영(Q)과 정장석(O), 사장 석(P), 운모(M)가 검출되었는데 운모의 회절도가 매우 미 약한 편이었다. 따라서 이들의 소성온도의 범위는 앞서 언 급한 흑색마연토기 보다는 다소 높은 700~900℃로 판단 된다. 한편 B-6, 8, 11은 석영(Q), 정장석(O), 사장석(P)이 검출되나 운모(M)가 검출되지 않아 900℃ 이상에서 소성 되었을 것으로 보인다. 그러나 G-6, 8, 11은 뮬라이트 (Mullite)가 관찰되지 않아 900~1,000℃의 비교적 높은 소 성온도 범위를 갖는 것으로 확인된다.
적색토기인 R-1과 R-2는 석영(Q), 장석(O, P), 운모(M) 가 확인되어 550~900℃의 소성온도를 가지는 것으로 추 정된다.
XRD를 이용한 광물분석을 통해, 화성의 발안리에서 출 토된 백제 토기에 대한 소성온도가 이미 900~940℃를 넘 었다는 보고가 있으며, 원삼국시대 일부 토기에서도 1,020℃ 가 넘는 고온에서 소성했을 것으로 추정한 연구결과가 있 다(Han, 2013). 또한 백제 한성기 풍납토성 토기분석연구 결과를 참고할 때 이미 고온 소성 기술을 보유하였으므로 (National Research Institute of Cultural Heritage, 2011) 흑 색마연토기의 소성온도는 의도적으로 900℃ 이하로 설정 했을 것으로 판단된다.
고 찰
본 연구에서는 백제 한성기 풍납토성에서 출토된 흑색 마연토기의 제작기법을 규명하기 위해 물리적, 지구화학 적, 광물학적 분석을 수행하고 함께 출토된 회색토기 및 적 색연질토기 분석결과와 비교하였다. 그 결과 각각의 토기 를 구성하는 태토는 지구화학적 원소분포 거동이 유사하 게 나타나 원료물질의 동질성이 높은 것으로 판단된다. 그 러나 각 토기의 주성분 원소는 다소 다르게 나타나 제작기 법에 따라 바탕흙 준비과정이 다소 달랐을 것으로 생각된 다. 특히 흑색마연토기는 100 μm 이상의 석영, 장석이 거 의 나타나지 않아 정선된 재료를 사용하였고 반죽과 성형 과정에서 기포가 거의 포함되지 않아 밀도 있게 제작되었 다. 또한 흑색마연토기는 일부 회색토기(G-8, 9, 10)와 비 슷한 수준(11~15%)의 비중과 흡수율 범위를 나타낸다.
반면 회색토기는 외관상 더 두껍고 단단한 토기로서 표 면은 밝은 회색부터 짙은 회색의 색조를 띠며 내부에는 적 색부터 회청색의 속심을 가지고 있다. 편광현미경 관찰 결 과, 일부 회색토기(G-11)에서는 1 mm 내외의 석영과 장석 입자가 확인되는데 나머지 회색토기에서는 100 μm 이상 의 석영, 장석이 없는 정선된 토양을 사용한 것으로 판단된 다. 회색토기 중 G-6과 G-11는 흡수율 8~10% 로 낮게 나 타나 고온소성된 것으로 추정된다. 적색토기에서는 긴 형 태의 공극과 1 mm 이상의 입자가 관찰되었고 흡수율도 15~18%의 범위를 나타냈다. 이와 같이 토기의 바탕흙 준 비과정, 조직, 소성온도 등은 토기 종류에 따라 다르게 나 타났다.
특히 흑색마연토기는 회색토기와는 다른 검고 매끈한 표면을 가지고 있어 고유의 표면처리기법이 있을 것으로 평가되어 왔다. 본 연구에서는 5점의 흑색마연토기(B-1~5) 를 분석한 결과 표면은 흑색이지만 속심이 갈색이거나 회 색인 경우와 속심까지 흑색인 경우 등이 관찰되었다. 또한 태토에 거정질 입자가 거의 없는 경우와 함께 일부 석영과 장석이 포함된 경우 등이 있어 제작기법에 다소 차이가 있 는 것으로 판단된다.
본 연구의 대상이 된 흑색마연토기는 흑색물질 발현형 태와 토기 내 광물 입자의 크기에 따라 2그룹으로 나누어 진다. B-2, 5는 표면부터 속심까지 흑색을 나타내며, 거정 질의 입자가 거의 발견되지 않아 정선도가 높은 것으로 판 단된다. 반면 B-1, 3, 4는 표면부만 흑색을 띠고 내부의 색 은 적색이나 회색 등으로 나타나며, 200 μm 이상의 광물 입자가 관찰되어 간단한 정선과정만 거친 뒤 태토를 그대 로 사용한 것으로 판단된다.
이와 함께 본 연구에서는 흑색마연토기 태토의 구성성 분으로부터 흑색발현 물질이 포함되었는지를 검토하였다. 보통 흑색의 발현은 탄소와 철에 기인한 것으로 추정할 수 있는데, 일반적인 회청색을 띠는 토기에서는 철의 함량보 다는 철의 산화상태에 의해 표면색이 영향을 받으며, 이에 적합한 소성온도와 소성환경이 뒷받침 되어야 할 것으로 생각된다. 실험고고학적 분석연구에 의하면 가마소성환경 에서 Fe(Ⅱ)의 생성은 800℃ 이상에서 시작되어 1,000℃ 까지 매우 급격히 증가하는 것으로 나타났다(Maritan et al., 2005). 본 연구의 화학분석 결과에서는 흑색마연토기 의 Fe2O3 함량이 회색토기보다 높지 않으며, 특히 B-5는 탄소량이 가장 높은 반면 흑색마연토기 중 가장 낮은 철의 함량을 가지고 있다. 회색토기는 철의 함량이 다소 높고 표 면에 철 농집이 관찰되며 소성 시 환원환경과 900℃ 이상 의 소성온도를 가지는 것으로 나타나 환원철에 의한 검회 색 또는 회색이 발현된 것으로 판단된다.
그러나 흑색마연토기는 550~900℃의 비교적 낮은 온 도에서 소성된 것으로 추정되므로 환원철에 의한 검은 색 발현이 쉽지 않았을 것으로 보인다. 토기 내에서 철 산화물 의 이동과 산화상태 변화를 위한 고온 유지와 환원소성 등 의 과정이 필요할 것이므로 비교적 저온 소성되었고 기질 이 유리질화되지 않은 경우도 발견되므로 환원소성과 함 께 식물 재에 의한 탄소흡착 과정 등도 고려할 수 있다. 결 국 흑색마연토기의 흑색물질의 발현은 소성온도(소성환 경)에 따른 원소의 농집과 이동, 산화상태 등이 복합적으로 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.
흑색마연토기는 P2O5와 L.O.I.의 값에서 회색토기와 큰 차이를 보였다. P2O5의 경우 제작기법상 식물을 태워 그을 음을 입히는 과정에서 증가된 것으로 판단된다. 이와 함께 흑색마연토기의 CaO의 함량도 흑색마연 토기가 회색토기 보다 높은 것으로 나타나 식물 재를 표면에 입혔을 가능성 이 높다. 한편 흑색마연토기의 L.O.I.의 값이 높게 나타난 것은 탄소를 입혀서 제작할 때 동시에 증가된 것으로 생각 할 수 있다. 다만 소성과정에서 식물 재 성분을 토기에 침 착시키는 시점과 식물 재 성분과의 접촉 시간에 대해서는 재현실험을 통한 실험 연구가 보고된 바 있어 추가적인 검 토가 필요하다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2015).
탄소 정량 분석으로 얻은 토기 내 탄소의 양은 탄소를 기체화시켜 포집하는 방식으로 분석되었는데 적은 양의 탄소로도 흑색을 발현시킬 수 있고, 표면부만 흑색물질을 내도록 의도할 수도 있어 단정적인 해석은 어렵다. 그러나 표면부터 내부 속심까지 모두 흑색을 띄는 B-5에서 탄소의 양이 1.58 wt.%이며, 토기들 중 가장 높은 값을 나타내 탄 소와 흑색물질과의 연관성을 지시하는 것으로 볼 수 있다. 토기의 단면에 대한 원소별 SEM-EDS mapping 결과, 탄 소 정량분석에서 높은 값을 갖지 않았던 B-1에서도 표면 탄소 농집 현상이 확인되었으며 B-5에서도 표면 탄소의 존 재가 관찰되지만 추후 탄소입자의 형태와 상태에 대한 규 명이 필요하다. 흑색마연토기의 소성온도는 550~900℃에 서 소성되었을 것으로 추정된다. 탄소의 흑연화 온도가 약 750℃로 알려져 있고(Barbera et al., 2014) 현재 분석결과 로는 결정질로 확인되지 않아 흑색마연토기의 소성온도가 낮은 경우 표면 탄소는 비결정질일 가능성이 있다. 또한 흑 색마연토기 소성 시 태토가 유리질화되기 전에 탄소가 침 투하기 쉽게 하기 위해 900℃ 이하로 소성온도를 설정하 였을 가능성도 제기되지만 추후 심도 있는 연구가 필요하다.
반면 회색토기의 소성온도는 900℃ 이상으로 추정되 며, 특히 G-6은 가장 낮은 흡수율을 가진 경질토기이다. 따 라서 흑색마연토기와 회색토기는 소성온도와 재료준비 과 정이 달라 회색토기를 이용하여 흑색마연토기를 만들었을 가능성은 낮을 것으로 판단된다.
결 론
1. 본 연구는 백제 한성기 풍납토성에서 출토된 흑색마 연토기를 대상으로 재료과학적 분석을 수행하고 함께 출 토된 회색토기와 적색토기분석 결과와 비교하여 제작특성 을 규명하고자 하였다. 풍납토성 출토 흑색마연토기는 외 관상 흑색의 침투양상과 입자의 크기, 단면 색, 태토 조직 특성을 고려할 때 크게 두 그룹으로 나누어진다. 태토가 매 우 정선된 B-2, 5는 표면부 뿐 아니라 속심까지 흑색을 띠 며 발색이 고르게 나타는데 반해 B-1, 3, 4는 200 μm 이상 의 광물 입자를 포함하고 있고 비교적 태토의 정선도가 낮 다. 이들은 표면부만 흑색이며 속심은 적색과 회색을 띠고 있다. 따라서 이 두 그룹 토기의 정선방법이나 흑색 발현 형태가 다소 달랐을 가능성이 있다.
2. 흑색마연토기를 포함하여 회색 및 적색토기를 구성 하는 태토의 미량원소는 지구화학적으로 원소의 거동특성 이 유사하여 원료물질의 동질성이 높은 것으로 판단되나 주성분원소 분포가 다소 달라 바탕흙의 준비과정은 달랐 을 것으로 보인다. 특히 흑색마연토기가 회색토기보다 SiO2의 함량이 다소 낮고 CaO와 P2O5, L.O.I.의 값이 높은 것으로 확인되어 소성과정에서 식물재를 이용한 탄소 침 착과정이 추정되며 이때 CaO, L.O.I.와 P2O5의 함량이 증 가했을 것으로 판단된다. Fe2O3의 함량은 흑색마연토기에 서 높지 않았으며 회색토기의 G-8에서 최대값을 나타내었 다. 반면 흑색마연토기의 탄소정량분석 결과 다른 회색토 기와 적색토기에 비해 높게 나타났는데, 흑색의 발색상태 가 가장 우수하고, 철의 함량이 가장 낮은 B-5에서 탄소량 이 높게 나타나 철보다는 탄소의 영향을 받은 것으로 추정 할 수 있다. 흑색마연토기와 회색토기의 단면의 SEM-EDS mapping 결과, B-1은 표면에만 얇은 층을 이루며 탄소의 농집 현상이 높은 반면 B-5는 표면부터 내부 속심까지 탄 소의 농집현상이 관찰된다. 토기 표면의 흑색발현에 탄소 가 영향을 미쳤을 가능성이 크다. G-8은 고온 소성된 토기 로서 높은 소성온도와 환원환경이 철의 농집이 관찰되어 산화철에 의한 회색 발색이 추정된다.
3. 광물조성과 물리적 특성을 바탕으로 흑색마연토기의 소성온도는 700~900℃로 추정되나 회색토기 중 일부 (G-6, 8, 11)의 소성온도는 900~1,000℃로, 적색토기는 900℃ 이하의 소성온도를 갖는 것으로 판단된다. 흑색마 연토기는 정선된 태토를 사용하였으나 소성온도는 낮은 편으로 나타났다. 당시 백제 한성기에는 토기의 고온소성 기술이 이미 존재하였으므로 흑색마연토기의 경우 의도적 으로 900℃ 이하의 소성온도를 설정한 것으로 추정된다. 따라서 소성온도 및 흑색발현 과정에서 흑색마연토기는 회색토기와는 다른 환경에서 소성 되었을 것으로 판단되 며, 한 가마에서 소성되었을 가능성이 낮다고 생각된다. 다 만 흑색마연토기 표면의 탄소침착 과정과 탄소의 분포 상 태에 대해서는 향후 연구를 통한 규명이 필요하며 소성온 도를 900℃ 이하로 설정한 원인에 대해서도 추후 심도 있 는 연구가 필요하다.
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