日本 大分縣 臼杵 磨崖佛像群의 損傷度 定量評價와 汚染物 및 微氣候 精密分析 = Quantitative Deterioration Evaluation, Detail Analysis of Contaminant and Microclimate for the Usuki Stone Buddha Statues in Oita, Japan

국문 초록 (Abstract)

우스키 마애불상군은 일본 오이타현에 위치한 석불군으로 12～14세기에 걸쳐 조성된 총 60여개의 불상군이다. 이 석불군은 호키 Ⅰ군, 호키 Ⅱ군, 산노산 및 후루조노의 4개의 군으로 구성되고 마애불로서는 최초로 일본국보로 지정되었으며 규모와 수량 및 조각이 뛰어나 일본을 대표하는 마애불로 평가받고 있다.
마애불상군의 기반암은 아소 4 화산쇄설암에 포함된 암회색 응회암으로서, 렌즈상 피아메가 잘 발달된 용결응회암과 부분적으로 암편을 함유하고 있는 암편질 응회암이 혼재되어 나타난다. 또한 기질은 세립의 변질된 사장석과 석영이 바탕을 이루며, 주요 구성광물은 석영, 사장석, 정장석, 각섬석, 휘석 및 마그헤마이트로 확인되었다.
불상군의 전암대자율은 넓은 분포범위를 보이며 구석재와 신석재간에 서로 다른 평균값을 보였으나 일대의 기반암은 3.39～6.15(×10-3 SI unit)으로 성인적으로 모두 유사한 영역에 분포한다. 호키 Ⅰ군의 사면안정성 평가결과, 불연속면은 주향 N30～60W, 경사각 10～33°의 NE, NW의 방향에 높은 밀집도를 보였다. 전 불감에서 평면, 전도 및 쐐기파괴의 가능성이 확인되었고 특히 제3, 4불감을 중심으로 67%의 높은 쐐기파괴의 가능성이 산출되었다.
호키 Ⅰ군과 후루조노를 대상으로 훼손지도를 작성한 결과, 암반상부에 균열, 지하수위 영역에 박리박락이 일정하게 나타났고, 각 석불군 모두 다종의 생물학적 훼손이 암반 전면에 걸쳐 발생하였다. 호키 Ⅰ군의 훼손율은 균열 121개, 박리박락 19%, 흑색변색 5%, 생물학적 훼손 51%로 나타났고, 후루조노는 균열 48개, 박리박락 24%, 생물학적 훼손 41%로 산출되었다.
초음파 탐사를 적용한 결과, 구부재인 애염명왕은 1,520～2,794㎧의 범위에서 평균 2,298㎧를 보였으며, 동종암석으로 교체된 아미타여래좌상의 대좌는 3,242～4,141㎧에서 평균 3,813㎧로 이들은 약 1,600㎧의 물성차이를 보였다. 또한 석불군 일대의 채색안료는 적색: 벵갈라(Fe2O3), 황색: 황토(Fe2O3·H2O), 녹색: 녹토((K,Na)(Al,Fe,Mg)Si4O10(OH)2), 주황색: 적색(벵갈라)+황색(황토)으로 추정되고, 백색과 흑색 안료의 발색원소는 불분명하였다.
마애불상군 일대의 백색 오염물은 세나다이트(Na2SO4)와 석고(CaSO4·2H2O)로 분류되고 이는 구성암석과 보수물질의 성분, 수분의 공급으로 생성된다. 용출실험 결과, 세나다이트는 초기에 급속히 용해되어 높은 용해도를 보였으며, 석고는 장시간 용출 후 용해되는 낮은 용출율을 보였다.
우스키 마애불상군의 기온은 봄, 가을, 겨울철에 외부가 내부보다 더 넓은 분포대를 보이고, 습도는 사계절 모두 외부에서 넓은 영역을 나타냈다. 이는 석불군의 보호각이 내부에 일정한 환경조건을 유지해주는 역할을 하는 것으로 판단된다. 또한 온습도의 계절별 빈도분포를 살펴본 결과, 기온은 내외부 모두 계절적 특징을 잘 드러내고, 습도는 봄을 제외한 모든 계절에서 100%에 밀집되는 분포를 보이는 가운데 외부에 비해 내부에서 상대적으로 다습한 환경이 일정하게 유지되는 양상을 보였다.
이 석불군의 결로 및 동결발생 가능성을 검토한 결과, 부분적 빈도의 차이는 있지만 모든 달에서 결로가 발생하였고, 6～9월에 높은 빈도수를 보였다. 이 현상은 일출시간의 영향을 직접적으로 받으면서 낮시간 동안 최대로 유지된다. 또한 영하권은 12～3월에 걸쳐 정규분포를 보였으며 이 시기에 마애불상군의 물리적 파쇄가 발생할 확률이 매우 높게 나타난다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Usuki Stone Buddha Statues in Oita are composed of 60 Buddhas carved on the rock-cliff in 12～14th centuries. These Buddha Statues are divided into 4 groups of Hoki Ⅰ, Ⅱ, Sannosan and Furuzono. They are highly valued in scale, quantity and artistic value, and they were designated as the first National Treasure among Buddha Statues in Japan. The basement rock of the statues is Aso-4 pyroclastic flow sediment consisting of dark gray welded lapilli tuff. The lens-shaped fiamme is observed with centimeters in length, and lapilli is included. Rock-forming minerals are quartz, plagioclase, orthoclase, amphibole, pyroxene and maghemite. Orthoclase is altered and cleaved due to weathering. Magnetic susceptibility of the Buddha Statues shows extensive range, and original and newly-replaced stones have different averages. The basement rock is ranged from 3.39 to 6.15(×10-3 SI unit).
The Hoki Ⅰ developed discontinuous planes of N30 to 60W strike slip and dip angle from 10 to 33°, concentrating on NE and NW directions. The slope stability assessment reveals high possibility of planar, toppling and wedge failures in all caves in the Hoki Ⅰ, and wedge failures possibility of 67% is particularly concentrated on cave No. 3 and 4.
Deterioration maps for Hoki Ⅰ and Furuzono group show multi-directional fissures on the Cakra, and flaking zone at the margin of uprising water. Especially, various organisms are colonising whole buddha statue area.
Deterioration rates of Hoki Ⅰ group were calculated as about 121 fissures in number, 19% of flaking, 5% of black discoloration and 51% of biological weathering in surface of area. And the Furuzono group was also evaluated as 48 of fissures in number, 24% of flaking and 41% biological weathering in surface area. The different deterioration rate between two groups is caused by different orientation, elevation and underground water pathway.
Ultrasonic velocity of the Aizen-myooh ranges from 1,520 to 2,794㎧. And pedestal of Amita-yeorae which has been replaced by fresh rock is measured as 3,242 to 4,141㎧.
Pigments on the surface of the statues are composed of Bengala(Fe2O3) for red, yellow ocher(Fe2O3·H2O) for yellow, green earth((K,Na)(Al,Fe,Mg)Si4O10(OH)2) for green, and mixture of Bengala and yellow ocher for orange colors.
The white precipitates on the surface of the Buddha Statues are mainly consisted of thenardite(Na2SO4) and gypsum(CaSO4·2H2O) which were produced by reaction of water with basement rock and lime-containing restoration materials. Extraction experiment result shows that thenardite is one of a soluble salt and dissolves in water quickly in 30 minutes, whereas gypsum has low elution rate.
Microclimate inside the shelter of the Furuzono shows less frequent fluctuation in temperature and relative humidity, dew condensation and freezing-thawing cycles the outside of the shelter by comparison with outdoor ones. However, it is presumed that continuously high relative humidity inside the shelter will derive more biological colonization and salt weathering.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅰ-1. 연구배경 및 목적 1
• Ⅰ-2. 연구방법 2
• Ⅰ-3. 선행연구 4
• Ⅱ. 마애불의 현황 6
• Ⅱ-1. 위치 및 지형 6
• Ⅱ-2. 역사 및 연혁 8
• Ⅱ-3. 보존현황 10
• Ⅲ. 재질특성 및 사면안정성 평가 13
• Ⅲ-1. 암석분포 13
• Ⅲ-2. 전암대자율 15
• Ⅲ-3. 암석 및 광물학적 특성 18
• Ⅲ-4. 사면안정성 평가 21
• Ⅲ-4-1. 불연속면의 분포특성 21
• Ⅲ-4-2. 사면안정성 분석 26
• Ⅳ. 정밀 손상도 평가 31
• Ⅳ-1. 물리적 풍화와 훼손 31
• Ⅳ-2. 화학적 및 생물학적 풍화와 훼손 32
• Ⅳ-3. 종합훼손도 평가 35
• Ⅳ-3-1. 훼손지도 작성방법 35
• Ⅳ-3-2. 훼손지도 및 훼손율 39
• Ⅴ. 비파괴 정밀진단 47
• Ⅴ-1. 초음파 측정 47
• Ⅴ-1-1. 측정조건 47
• Ⅴ-1-2. 물성진단 51
• Ⅴ-2. 채색안료 정밀분석 58
• Ⅴ-2-1. 분석준비 및 분석 58
• Ⅴ-2-2. 색상별 안료성분 비교 60
• Ⅵ. 오염물 및 미기후 정밀분석 65
• Ⅵ-1. 오염물 정밀분석 65
• Ⅵ-1-1. 광물 및 화학적 성질 65
• Ⅵ-1-2. 용출실험 74
• Ⅵ-1-3. 오염물의 생성메커니즘 81
• Ⅵ-2. 미기후 분석 83
• Ⅵ-2-1. 사이트 환경 83
• Ⅵ-2-2. 연간 특성 87
• Ⅵ-2-3. 계절별 특성 91
• Ⅵ-2-4. 결로 및 동결파쇄 가능성 97
• Ⅶ. 보존과학적 고찰 101
• Ⅶ-1. 손상요인 101
• Ⅶ-2. 염풍화 메커니즘 해석 103
• Ⅶ-3. 오염물 저감 및 환경제어 방안 106
• Ⅷ. 결 론 108
• 참고문헌 110
• ABSTRACT 116