목적 : 석조문화재의 훼손상태를 통일화된 방법으로 기록하여 평가하기 위한 표준 매뉴얼 구축
내용 : 1) 풍화훼손형태 등 1차 표기법 통일화 제시
         2) 현장적용성 연구 및 활용방안 모색

목적 : 석조문화재 보존처리 현장에서 활용할 수 있는 적합한 보존처리제 선정과 표준화된 물리화학적 시험방법 도출
내용 : 1) 암석 분석 및 풍화도 판별
         2) 석조문화재 보존처리제의 품질시험법 조사 및 물리적 특성 시험법 연구
         3) 다양한 비파괴 방법을 활용한 강화제 표면 강도 변화 규명
         4) 풍화된 암반을 대상으로 한 에폭시 수지의 접착력 테스트
         5) 암종별, 처리제별, 풍화상태별 처리방법 도출
         6) 인공풍화(동결 · 융해, 산성우 분무실험) 및 옥외 노출로 성능 평가 실험

목적 : 장기간 모니터링을 통한 보존처리의 문제점 도출 및 안정성 확보
내용 : 1) 대상 암반의 처리 전 · 후 역학적 및 물리적 특성 시험
         2) 처리 후 코어링을 통한 직접 샘플링 및 분석
         3) 특성평가방법 분석

연구논문

• 보존과학연구「국내 국가지정 석조문화재의 현황과 통계분석」, 2006
• 보존과학연구집「경주남산마애불암석의 물리적 특성연구」, 2007
• 광물학회지「경주남산 석조문화재를 대상으로 보존처리제의 처리에 대한 정량적 평가」, 2007
• 문화재과학기술「독일 문화유산의 연구동향과 발전과제」, 2007
• 문화재과학기술「석조문화재의 풍화훼손지도 표준화 연구」, 2008
• 한국광물학회지「경주 남산 화강암을 대상으로 에틸실리케이트를 이용한 강화 처리에 대한 정량적 평가」, 2008
• 보존과학연구「석조문화재 보존처리제의 현황조사 - 접착 · 충전제와 발수 · 강화제를 중심으로-」
• 보존과학연구「인공풍화 실험을 이용한 보존처리제의 물성 변화 연구」, 2008
• 보존과학연구「태안마애삼존불의 보존과학적 훼손도 진단과 보존환경 분석」, 2008
• 문화재보존과학학회지, 송치영, 전병규, 한민수, 이장존, 김사덕,「석조문화재 적용을 위한 강화제 및 충전제 현장실험: 초음파 속도를 이용한 일차검증」, 2009, 25(1), pp 87~100.
• 문화재보존과학학회지, 김사덕, 이명성, 한병일, 이장존, 송치영,「진천 사곡리 마애여래입상의 훼손도 진단과 보존처리」, 2009, 25(3), pp 323~333.
• 문화재보존과학회지, 송치영, 한민수, 이장존, 전병규, 도민환,「석조문화재 보존처리에 사용되는 혼합충전제의 특성분석」, 2009
• 문화재 보존과학 국제심포지엄 발표논문집, 이장존, 한민수, 전병규, 송치영,「Quantitative evaluation for effectiveness of consolidation treatment by using the Ethyl Silicate」
• 보존과학연구집, 이장존, 한민수, 송치영, 전병규, 도민환,「영양 사암을 대상으로 한 에틸실리케이트 계열 처리제의 강화효과 평가」,2009, pp 126~136.
• 보존과학연구집, 김재환, 한민수, 이장존, 송치영, 이재만, 김민지, 이명성「암석 재질에 따른 보존처리제의 현장 적용성 평가」,2009, pp 80~91.

학술발표

• 석조문화재의 정량적 풍화훼손도 진단법 워크샵「석조문화재의 풍화훼손진단법과 보존처리제 평가를 위한 고찰」, 2007
• 춘계지질과학기술 공동학술대회 포스터「국내 국가지정 석조문화재 현황」, 2007
• 추계한국문화재보존과학회 포스터「마애불의 풍화훼손지도 작성법 연구」, 2007
• 추계지질과학연합학술대회 포스터「경주 남산석과 에칠실리케이트 계열 처리제의 결합특성 연구」, 2007
• 동아시아 문화유산보존 국제심포지움 포스터「경주 남산 마애불의 암석학적 특징 및 훼손도 평가」, 2007
• International Symposium on Conservation of Stone Cultural Properties 'Oral' 「Establishing the standard of weathering damage map and conservation materials for stone cultural heritage」, 2007
• 춘계한국문화재보존과학회「석조문화재 보존처리제의 정량화 연구」, 2008
• 춘계대한자원환경지질학회「경주 남산화강암을 대상으로 한 보존처리제(표면강화제)의 정량적 평가」, 2008
• 추계한국문화재보존과학회「태안마애삼존불의 풍화훼손도와 보호각 내부 환경분석」, 2008
• 문화재 보존과학 국제심포지엄「석조문화재 보존처리제의 성능평가 및 현장 적용연구」, 2008
• 2008년 한일 공동 연구회 「운주사 석조문화재의 보존방안 조사 연구」, 2008
• 석조문화재 보존 국제 심포지움 발표「The study on performance evaluation and field application for conservation materials in the stone cultural heritages」,2008
• 춘계한국문화재보존과학회, 이장존, 한민수, 전병규, 송치영 「석조문화재 에폭시 계열 충전제의 열 안정성 연구」, 2009
• 춘계한국문화재보존과학회, 송치영, 전병규, 한민수, 이장존 「석조문화재 보존처리제의 적용성 연구 초음파 측정법을 중심으로 -」,2009
• 추계한국문화재보존과학회, 이명성, 김재환, 김민지, 이재만, 송치영, 이장존 「경북 영양군 일대의 석조문화재 구성암석과 풍화 특성을 고려한 보존처리제의 현장 적용성 연구」,2009.
• 추계한국문화재보존과학회, 김재환, 김민지, 이명성, 이장존, 송치영, 이재만, 한민수 「응회암으로 구성된 석조문화재의 보존 방안 연구」,2009.
• 추계대한지질과학연합학술발표, 이명성, 김재환, 김민지, 송치영, 이재만, 이장존, 한민수 「경북 영양군 일대에 분포하는 석조문화재의 재질특성과 풍화상태를 고려한 보존처리시스템 개발 연구」,2009.

1. 조사 항목

환경인자는 여러가지가 있으나 우리실에서 조사하는 항목은 다음과 같다.

• 1) 온도
  • 물체의 뜨겁고 차가운 정도를 나타내는 것으로 ℃, ℉ 등으로 표시한다.
  • 문화재의 각 재질은 저온보다는 고온에서 열화가 더 빨리 진행된다.
• 2) 습도
  • 공기 중에 수분이 함유된 정도로, %로 나타내며, 절대습도와 상대습도가 있고 흔히 말하는 습도는 상대습도이다.

표·문화재의 재질과 온습도 조건

• 3) 기류
  • 실내에서의 공기 흐름으로 m⁄s로 나타낸다.
• 4) CO2 (이산화탄소, Carbon dioxide)
  • 일반적으로 대기 중의 기초 농도는 360∼400ppm 정도이다. 실내 공기오염의 지표 물질로 실내에서는 사람들의 호흡에 의해 주로 발생되고 실내 농도 기준은 1,000ppm이다. 실내 또는 지하 공간에서 농도가 높게 나타나는 것은 환기가 잘 되지 않기 때문이므로 환기 시설을 충분히 가동하면 농도를 낮출 수 있다. 문화재에 대한 영향은 탄산염을 만들어 안료나 보호막이 없는 것을 변질시키며, 탄산(H2CO3)을 형성하여 대리석(CaCO3)을 용해한다.
• 5) CO (일산화탄소, Carbon monoxide)
  • 대기중의 정상 농도는 0.1∼0.2ppm 정도이며, 이산화탄소와 마찬가지로 탄산염을 만들어 안료나 보호막이 없는 것을 변질시키고, 혈액중의 헤모글로빈과 결합하여 혈액의 산소운반능력을 저하시켜 중추신경에 영향을 미친다. 실내 또는 지하공간에서 농도가 높게 나타나는 것은 환기가 잘 되지 않기 때문이므로 환기시설을 충분히 가동하면 농도를 낮출 수 있다.
• 6) SO2 (이산화황, Sulfur dioxide)
  • 유기황화합물을 함유한 연료가 연소할 때에 발생한다. 물에 매우 잘 녹으며 수분과 반응하여 황산(H2SO4)을 형성, 금속류를 부식시키고, 대리석(CaCO3)과 반응하여 석고(CaSO4 · 2H2O)를 만들고, 종이 및 섬유류의 인장강도를 약화시킨다. 이산화황에 노출되면 눈이나 코, 기도의 점막 등을 통해서 자극을 느끼게 되며, 만성 피해로는 폐렴, 기관지염 등이 나타난다.
• 7) NOx(질소산화물)
  • 질소산화물은 매우 다양하지만 대기환경에서 문제가 될 만큼 존재하는 것은 NO(일산화질소), NO2(이산화질소)로 통상 이 물질들을 질소산화물(NOx)이라 한다. 일산화질소는 대기 중에서 직접 산화 또는 오존과 반응하여 질소산화물이 되어 소멸된다. 질소산화물은 대기 중에서 수분과 반응하여 질산(HNO3)으로 변하여 문화재의 재질을 약화시키며, 특히 염료를 변색시킨다. 일반적으로 일산화질소나 질소산화물은 단독으로 존재하기보다는 두 물질이 함께 존재하는 경우가 대부분이므로 두 물질이 고농도일 경우는 눈과 호흡기 등에 자극을 주어 기침, 두통, 현기증 등을 일으킨다.
• 8) HCHO(포름알데히드, Formaldehyde)
  • 각종 건축 자재의 도장 및 접착제 등에서 주로 발생되기 때문에 신축 건물 내에서의 농도가 매우 높게 나타난다. 화학적으로 매우 센 환원제로서 많은 물질과 결합하여 쉽게 중합체를 형성하며, 소량으로도 눈, 코, 호흡기에 자극을 줄 수 있고 환기 시설을 충분히 가동하면 농도를 낮출 수 있다.
• 9) O3(오존, Ozone)
  • 건조한 공기 중의 산소가 방전되어 얻어지며, 극히 강한 산화력이 있어 문화재 중 셀룰로오스질, 도료, 염료 등에 침투하여 재질을 변화시키며, 미량이라도 장시간 흡입하면 폐에 해를 입히게 된다.
• 10) H2S (황화수소, Hydrogen sulfide)
  • 산화물을 잘 환원시키고, 대기 중에서 산화하여 이산화황이나 황산염으로 바꾼다. 문화재의 은, 동 재질을 부식시키며, 눈이나 호흡기계의 점막을 자극하여 심한 통증을 유발하며, 악취 물질로서 미량의 농도로도 관람객에게 피해를 줄 수 있다.
• 11) 분진(Particulate)
  • 대기 중에 부유하거나 날아 내리는 미세한 고체상이나 액체상의 물질로서 먼지, 매연, 검댕 및 물방울 등을 말한다. 실내의 분진은 바닥에서 발생한 먼지, 연료의 연소에 의한 먼지 및 검댕, 담뱃재, 실외에서 들어오는 먼지 등에 의해 농도가 높아질 수 있다. 분진은 문화재 표면에 붙어 습기와 작용하여 변색 및 변질시킨다.

2. 조사 방법

조사 공간은 공기의 흐름이 일정하여 균일한 농도를 측정할 수 있는 지점을 선정하고, 문화재의 관람에 최소한의 피해를 주도록 한다. 전시실의 경우에는 관람객이 가장 많은 현관 로비와 공기 오염물질에 의해 영향을 많이 받는 금속류, 섬유류, 지류 등을 전시하는 전시실을 위주로 조사하며 평일, 공휴일, 휴관일을 끼워서 조사한다. 또한 전시실이 여러 층인 경우에는 각 층별로 1개 이상의 전시실을 조사하면 각 층별 특징도 알 수 있다. 수장고의 경우에는 각 지점마다 24시간 이상 조사하여 환경 변화 경향을 파악한다.

연구목적

선정된 동산문화재 유해환경 인자에 대한 적합성 및 영향력 검증
동산문화재 보존환경 관리지침 마련을 위한 과학적 근거자료 제공

연구체계

소장된 인골과 현재 발굴 진행 중인 유적지 출토 인골을 대상으로 하고 있으며, 수집 지역은 한반도뿐만 아니라 몽고, 러시아, 중앙아시아 등 한민족의 형성과 밀접한 지역을 중심으로 한다. 출토 인골은 가급적 발굴 초기에 직접 수습하는 것을 원칙으로 하며, 별도의 전용 시설에 보관하여 체계적으로 관리한다.

고고 유적지에서 인골이 발굴되면 인골에 대한 체질인류학, 분자유전학, 골화학적 분석 가능성을 고려할 필요가 있다. 특히 고DNA 분석이 필요한 경우 인골의 발굴 초기부터 분석까지 전 과정에 걸쳐 발굴자, 실험자에 의한 DNA 오염이 발생하지 않도록 세심하게 주의해야 한다. 외부 오염원을 막고 모든 참여 구성원이 방호복, 방진화, 방진 마스크, 멸균 장갑을 착용한다. 또한 발굴 · 수습 과정에서 발생할 수 있는 DNA 오염 여부를 변별하기 위하여 발굴자를 비롯해서 인골 수습, 인골 연구 등에 관련된 모든 인원에 대한 유전자 검사(단, 동의서 작성자에 한함)용 검체(구강상피세포)를 채취한다. 인골의 수습은 머리 쪽부터 발끝으로 진행하되 접근이 여의치 않은 경우 가장 바깥쪽(출입구 쪽)부터 안쪽으로 순차적으로 진행한다. 여러 사람의 인골이 섞인 경우 법의인류학적 코딩(cording) 순서에 따라 시료를 채취하고 기록한다. 인골은 인골 보관함 내에 보관하며 조습제를 이용하여 습도를 30% 미만으로 유지한다. 인골에 접근하는 인원은 최소한으로 제한하여야 하며, 보관함은 잠금장치로 보호하고 인골 샘플의 출납과 잔여량에 대하여 체계적으로 기록하여 관리한다.

출토 인골 수습 현장 유의 사항

• 사진 촬영
  • 발굴지 환경을 담은 전체 사진과 뼈가 노출된 매장지의 사진, 시료번호와 실제 뼈의 위치비교가 가능한 사진 등을 세밀하게 촬영해야 함.
• 발굴 및 채취자에 의한 오염 방지
  • DNA 분석을 필요로 하는 모든 시료의 채취 과정을 수행하는 담당자는 반드시 멸균장갑(라텍스/천연고무소재), 멸균 마스크, 토시 등을 착용해야 함, 시료가 있는 방향으로 말을 하거나 주변에서 흡연을 삼가 함.
• 신속한 채취 작업
  • 외부에 노출된 고대 뼈는 오염으로부터 가장 취약한 상태에 놓이게 되므로 신속한 채취 및 보관 절차가 필요함.
• 시료 채취 시 가능한 한 해당 분석 전문가의 동반을 권장함.
  • DNA 분석 방법 및 결과의 해석을 위해서는 발굴지에 대한 현장 관찰이 중요하며, 전문가로 구성된 최소 인원이 시료를 채취하여야 함.
• 오염물 제거
  • 뼈에 묻어 있는 토양 및 불순물에 대한 물세척을 하지 말아야 하며, 경화처리는 DNA의 분석을 불가능하게 할 수 있으므로 출토된 그 자체로 보관해야함.
• 시료의 보관 및 이동
  • 멸균튜브(50ml 실험용튜브), 멸균페이퍼백, 멸균비닐백 등에 발굴지, 채취내용(시료번호, 위치, 날짜, 기타 특이사항), 채취자 이름 등을 기록하고 뼈를 넣은 뒤 밀봉하여 분석 장소로 이동할 때까지 보관하고 1차 보관 이후 외부 공기와의 접촉을 피해야함.

고DNA 분자유전학적 연구 목적

• 인류의 기원 및 개체군의 이동 경로 규명
  • 미토콘드리아 DNA 분석에 의한 모계조상형 분석
  • Y 염색체 염기열 분석에 의한 부계조상형 분석
• 분묘 출토 인골의 유전자 분석
  • 성 결정 및 개인 동정
  • 합장, 순장 등 피장자의 혈연관계 및 공동체 관계 규명
• 고대 미생물 동정 및 질병 관계 규명
  • 매장지의 환경 규명
  • 질병 미생물의 동정을 통한 보건환경 연구
• 출토 동 · 식물 잔여체 분석
  • 동 · 식물 종의 판별 및 현생 동물 종과의 유연관계 규명
  • 식생활 습관, 가축사육 및 농경, 동 · 식물 전파 경로 규명

고DNA 분석 실험실

고DNA를 연구하기 위해서는 실험자와 외부 환경에 의한 DNA 오염에 대하여 특히 주의하여야 하며, 그러한 오염원을 차단할 수 있는 연구시설이 중요하다. 출토 인골의 DNA 추출실은 일반적인 DNA 분석실과 구분하여야 하며, 특히 DNA 증폭, 클로닝 등을 수행하는 실험실과 절대 분리되어 있어야 한다.

고DNA 추출 및 분석

고대 유적 및 유물로부터 민족의 생활문화와 기술문화에 관한 정보를 추출할 수 있는 인자를 발굴한다. 고대 토기, 목재, 토양, 직물 등을 대상으로 분석을 시도하여 유적지의 시대적, 지역적 생활문화 및 기술문화에 대한 정보를 획득한다.

민족 문화정보 해석기술 연구에서는 민족 기술문화의 특성과 이동경로를 보다 객관적이고 효율적으로 규명하기 위한 시스템 구축을 목적으로 한다. 이를 위해 지속적인 유물 분석 및 유물 분석 자료의 수집과 관리를 위한 데이터베이스 프로그램 개발을 수행하며, 축적된 자료를 종합적으로 분석하여 유의한 문화정보를 도출할 수 있는 통계분석기법 개발을 수행한다. 2013년까지 토기, 도자기, 청동, 유리에 대한 분석자료 데이터베이스 및 통계분석기능을 갖춘 시스템을 구축할 계획이다.

분석데이터 수집 · 관리

고대 도 · 토기에 대한 연구는 미량성분, 주성분, 광물학적 특성 분석 등에 의한 제작 기술 및 생산지 추정 연구가 진행되어 오고 있으며, 대량의 분석 데이터 처리 및 여러 유적지에 대한 분석 결과의 종합적 비교해석을 위한 통계적 해석 기법을 구축하고자 하며, 고대 안료에 대한 분석 연구는 주로 물질 규명을 위하여 이루어져 왔으나, 분석 기기의 발달에 따라 첨단 분석 기기를 이용한 비파괴분석 기법 및 해석법을 확립하고자 한다.

천연물의 선별 및 유효성분 추출, 정제

• 1. 자생 식물 자원 및 전통 유래 한약재를 활용한 천연물 추출 후보군 선정
• 2. 천연물의 용매별 추출 및 단계별 분획
• 3. 추출 및 분획물의 정제를 통한 유효 성분 분리

유효성분의 항진균 및 방충 활성 탐색

• 1. 천연물 유래 성분의 생물학적 활성 저해 효과 스크린
• 2. 항진균 활성(paper disk soaking method 등), 방충 활성(접촉 독성 효과 측정 등)

재질 및 인체, 환경안전성 평가

• 1. 활성 유효 성분의 화학적 반응성 및 안전성 검색
• 2. 유기질 문화재 재질 안정성, 인체 호흡 및 접촉 안정성, 환경안정성

유물 보존에 전통적으로 사용되었던 약재에서 추출한 천연 성분의 화학적, 생리적 특성을 연구하여 조상들의 슬기를 과학적으로 재조명하고 환경오염과 문화재 재질에 영향이 없는 문화재 보존용 방충 · 방균제 개발을 추진하여 2000년에 전통 한약재에서 문화재의 재질에 영향을 주지 않는 방충 · 방균성 물질을 추출하는 데 성공하였고, 이를 바탕으로 문화재 보존을 위한 방충 · 방균제를 국내 최초로 개발하였다.이 연구 결과를 2001년 특허출원하였고 종이 · 섬유류 문화재를 효과적으로 보존관리하기 위해서 현재 다양한 제품형태 개발을 완료하여 2003년 상품화를 완료여 2004년 특허등록(제 0421538호)되는 등 생물피해로부터 문화재를 보존하기 위한 선도적인 연구를 수행하고 있다.