천연 재료인 암석은 생산성이 좋고 내구성이 강할 뿐만 아니라 특유의 아름다움을 지녀 석조 건축물의 재료로 많 이 사용되어 왔다. 특히, 조산운동을 많이 겪은 우리나라에 서는 양질의 화강암이 전국적으로 고루 분포되어 있기 때 문에 역사적, 문화적 목적에 맞는 다수의 석조문화재를 조 성할 수 있었다. 그러나 전국에 산재해 있는 대부분의 석조 문화재는 외부 환경에 노출되어 있으며, 여러 가지 표면 오 염물에 의해 피해를 입고 있는 실정이다.

석조문화재 보존에 대한 연구 중, Sasse and Snethlage (1997)에 의한 연구를 비롯한 풍화훼손 진단과 생물열화 등의 연구가 복원 현장에 적용되기 시작하면서(Lee et al., 2003; Oh et al., 2018), 이를 토대로 석조문화재의 과학적 보존에 대한 연구 성과가 다양하게 보고되고 있다(Kim et al., 2009; Kim and Do, 2009; Lee and Kim, 2015; Lee and Kim, 2015).

그 중에 신라 석탑의 전형을 보여주는 국보 제21호 경주 불국사 삼층석탑은 신라 시대의 석탑 예술과 기술을 집약 한 역사적 산물이자 우리나라의 소중한 문화유산이다. 더 불어, 불교와 동양 전통 사상의 조화 속에서 우리 민족의 정신적, 문화적 정수를 보존하고 겨레의 자긍심을 일깨우 는 상징으로 평가되고 있다. 이 석탑은 고려 현종 15년 (1024), 정종 2년(1036)과 정종 4년(1038)에 해체·수리된 것으로 기록되어 있다. 특히, 조선 선조 20년경(1586) 낙뢰 로 인해 상륜부의 본래 형상이 없어질 정도의 훼손이 발생 하였으며, 이를 1972년경에 실상사 삼층석탑 기준으로 복 원하였다고 전해진다. 1966년에는 도굴 및 균열로 인한 석 탑의 안정성 논란으로 1층 옥개석 이상을 해체·수리하였고, 해체 중 2층 탑신에서 사리 및 사리장엄구 일체를 수습하 기도 했다.

2010년 국립문화재연구소에서 실시한 석탑의 정기안전 점검을 통해 북동측 상층기단 갑석에서 길이 1.32 m, 최대 폭 5 mm 정도의 균열과 부재 절단이 확인되었다. 이러한 석탑의 훼손은 구조적 안정성까지 저해할 수 있는 심각한 문제로 대두되어 문화재위원회의 결정에 따라 2012년부터 2017년까지 석탑의 전면 해체 수리 복원을 실시하였다.

이 석탑은 오랜 기간 야외 환경에 위치한 관계로 물리 적, 화학적, 생물학적 등의 풍화훼손이 상당히 진행된 상태 였다. 그 중에 표면 오염물로 인한 풍화훼손도가 높아 이를 제거하기 위한 적절한 해결책이 필요한 실정이었다. 이 논 문에서는 경주 불국사 삼층석탑의 해체 수리 과정에서 진 행한 무기오염물과 보수물질의 재질 특성에 관해 살펴보고 자 한다. 이 연구가 석조문화재의 과학적 보존 연구를 위한 귀중한 자료로 활용될 수 있기를 기대하는 바이다.

경주 불국사 삼층석탑은 오랜 세월 동안 기후와 주변 환 경 등에 영향을 받아온 탓에 대다수의 부재에서 풍화훼손 현상이 나타났다. 특히, 변색과 보수 물질 같은 표면 오염 물 제거에 대한 적절한 해결책이 필요한 실정이었다. 이러 한 오염물의 생성 원인과 재질 특성을 규명하기 위해 조사 및 분석을 실시하였으며, 이를 바탕으로 보존처리 방안의 설정 자료로 활용하였다.

각각의 오염물을 동정한 결과, 탑신부를 중심으로 생성 된 황색 오염물은 토양 고착에 의한 변색으로 석탑 건조 시 부재 간의 평형 조절에 사용되는 것으로 알려진 토양과 바 람에 의해 이동된 외부 기원 토양이 고착된 것으로 판단된 다. 다수의 부재에서 관찰되는 적갈색 오염물은 부재 수평 을 맞추기 위해 사용된 금속 고임편이 위치한 곳 혹은 그 주변부에 대부분 나타나고 있다. 이는 산화철 광물의 한 종 류인 침철석이 비 또는 공기 중의 수분, 금속편과 접촉해 화학반응을 일으키는 과정에서 생성된 것으로 해석된다. 게다가 망간(Mn)의 산화물이 부재 재질의 특성과 외부 환 경 간 반응에 의해 석탑 부재 암석의 표면에 강하게 침착되 면서 암석의 흑색 변화를 유발하였다. 과거 보수 과정에서 는 시멘트 모르타르와 고분자 수지 재료를 사용하였으며, 그 중에 시멘트 모르타르는 물과 혼합하여 반죽한 후 경화 되는 과정에서 화학 반응으로 생성된 반응 생성물이 석탑 부재 암석의 표면에 침착되어 백화 현상을 야기한 것으로 보인다. 또한, 이온크로마토그래피(IC) 음이온 분석을 통해 시멘트의 구성 광물에서 유래된 것으로 보이는 황산염 (SO₄)과 질산염(NO₃)이 검출되기도 하였다. 특히 황산염 (SO₄) 함량의 변이는 시멘트 성분 혹은 혼합 비율로 인해 차이가 나타나는 것으로 판단된다. 이러한 차이는 석탑의 보존처리 과정에서 사용한 시멘트 모르타르의 사용 시기를 명확히 구분할 수 없다. 황산염(SO₄) 함량의 변이 결과는 사용된 시멘트 모르타르 제품의 원론적인 성분 차이로 인 한 것을 배제할 수 없으며, 결과적으로 시멘트 모르타르를 사용한 보존처리는 최소 1회 이상으로 시기적 차이를 보일 수 있다는 것으로 유추 가능하다. 하지만 해석에 대한 분석 자료가 부족하므로 향후 추가적인 연구를 통해 근거 자료 확보가 가능할 것으로 판단된다. 고분자 수지 재료는 북서 측 상층 기단 갑석의 에폭시와 같은 고분자 수지를 석분과 혼합하여 만든 수지 모르타르와 2층 옥개석 동측면의 고분 자 수지를 석분 또는 모래와 혼합한 형태의 수지계 모르타 르 형태로 나타나고 있다. 혼합 형태가 부분적으로 차이를 보이는 것은 시기를 달리하여 처리했을 가능성을 시사하고 있다. 국가기록원의 자료에는 1980년경 에폭시 수지 활용 가능성에 대한 연구를 진행한 뒤 적절한 에폭시 수지를 사 용하여 동측 2층 옥개석의 훼손부를 보존처리하고 부재가 없는 공간은 수지와 동질 석분을 혼합하여 처리했다는 기 록이 있어서 이를 뒷받침하고 있다(NRICH, 2017).

이 연구를 통해 경주 불국사 삼층석탑의 표면에서 관찰 되는 무기오염물과 보수물질의 형성 원인과 재질 특성을 확 인하였다. 그 분석 결과를 바탕으로 보존처리 방안의 기초 자료로 활용하여 보존처리의 효율성을 높일 수 있었다. 황색 변색, 적갈색 변색, 흑색 변색을 발생시킨 오염물은 건식 및 습식 세척과 스팀세척처리 과정을 통해 그 오염 정도는 저감 되었으나 향후에도 지속적으로 발생할 가능성이 높다. 그러 나 백화 현상을 유발한 시멘트 모르타르는 해체 후 보존처리 과정에서 제거되었기 때문에 추후 재발생 가능성이 낮을 것 으로 판단된다. 한편 야외 환경에 위치한 석탑은 다양한 요 인에 노출되어 있기 때문에 향후 오염물 재형성 가능성이 높 으므로 지속적인 모니터링과 보존 관리가 필요하다.