Technological affinities between qinghui and carbonaceous mortars from Baocheng and Yaotai walls at Xianling Mausoleum

역사적 보존의 세계에서, 고대 벽돌을 결합하는 모르타르는 단순히 구조물을 지탱하기 위해 존재하는 단순한 접착제나 조용한 배경 재료로 간주되곤 한다. 그러나 재료 과학자에게 이 모르타르는 타임캡슐이다. 그것은 건축가들의 구체적인 선택, 즉 그들이 무엇을 섞었는지, 어떻게 섞었는지, 그리고 어디에 사용하기로 결정했는지를 기록하고 있다. 연구자들이 이러한 혼합물을 연구할 때, 그들은 단지 흙과 돌을 보고 있는 것이 아니라, 건물의 물리적 조직에 쓰인 기술 매뉴얼을 읽고 있는 것이다. 고대 중국 건축을 이해하는 핵심 개념은 어두운 회색 페이스트처럼 보이는 전통 재료인 '청회(qinghui)'이다. 역사적 기록에 따르면 이것은 석회와 탄소 기반 물질을 혼합한 것으로, 벽면을 마감하거나 틈을 채우는 것과 같은 특정 작업에 사용되었으며, 벽돌을 쌓는 데 사용된 밝은 색의 모르타르와는 구별된다. 역사학자들을 오랫동안 고민하게 했던 질문은 이러한 문헌 기록이 실제 고대 구조물에서 발견되는 물리적 실체와 일치하는가 하는 점이다. 건축가들이 정말로 석회에 탄소를 섞었는지, 만약 그렇다면 그들은 그것을 어떻게 했는가?

후베이성 시안링 묘역(Xianling Mausoleum)은 1527년에서 1541년 사이 명나라 시대에 건설된 거대한 황실 묘역 복합 단지로, 연구팀은 이 질문들에 답하기 위해 이곳에 모였다. 가정제(Jiajing Emperor) 부모의 마지막 안식처인 이 묘역은 거의 5세기 동안 살아남은 두꺼운 벽돌 벽이 특징이다. 면밀한 관찰을 통해 이 벽들은 놀라운 시각적 대비를 드러낸다. 벽 깊숙한 곳에서 벽돌을 받치는 데 사용된 모르타르는 창백한 황백색을 띤다. 그러나 벽돌 사이의 눈에 보이는 줄눈을 채우고 벽의 바깥 표면을 마감하는 데 사용된 모르타르는 뚜렷한 어두운 회색, 거의 검은색에 가까운 색이다. 이러한 차이는 연구자들에게 건축가들이 전체 벽에 대해 단 하나의 레시피만을 사용하지 않았음을 시사했다. 대신, 그들은 구조물의 각기 다른 부분에 서로 다른 재료를 사용하여, 사람들이 실제로 볼 수 있는 부분에 특별한 어두운 혼합물을 사용했을 가능성이 높다.

이 어두운 모르타르를 구성하는 성분이 무엇인지 이해하기 위해, 연구팀은 묘역의 세 가지 특정 구역인 전면 벽, 후면 벽, 그리고 연결 플랫폼에서 샘ras를 수집했다. 그들은 어두운 색의 줄눈 및 마감용 모르타르를 밝은 색의 베딩(bedding)용 모르타르로부터 정교하게 분리했다. 실험실에서 그들은 이 샘플들을 일련의 엄격한 테스트에 투입했다. 먼저, 산을 이용해 석회 결합제를 녹여내어 녹지 않는 고체 입자들만을 남겼다. 결과는 즉각적이고 명확했다. 밝은 색의 베딩 모르타르는 주로 모래와 돌 파편으로 이루어진 많은 양의 잔류물을 남겼다. 반면, 어두운 색의 모르타르는 훨씬 적은 양의 잔류물을 남겼지만, 이 잔류물은 미세한 검은 입자들로 가득 차 있었다. 연구자들이 강력한 현미경으로 이 검은 점들을 관찰하고 빛 기반의 기기로 분석했을 때, 그것들은 완전히 연소되거나 가공되지 않은 탄소의 한 형태인 그을음 또는 숯으로 구성되어 있음을 발견했다.

연구자들은 이 탄소가 수년간의 연기나 먼지로 인해 벽 표면에 단순히 앉아 있는 것이 아님을 발견했다. 탄소는 굳어진 모르타르 깊숙이, 석회 매트릭스 안에 갇혀 있었다. 어떤 곳에서는 아주 작은 분산된 점의 형태로 나타났고, 다른 곳에서는 복합 응집체(composite agglomerates)처럼 보이는 밀리미터 크기의 작은 덩어리를 형성하고 있었다. 이 덩어리들은 탄소, 방해석, 그리고 미세한 붉은 산화철 입자들의 혼합물로 구성되어 있었다. 굳어진 모르타리 내부에서 여전히 관찰되는 이 덩어리들의 존재는 이 재료가 어떻게 만들어졌는지에 대한 구체적인 이야기를 들려주었다. 이는 탄소가 모르타르가 굳기 전에 석회 혼합물에 첨가되었으나, 건축가들이 그것을 완전히 갈아내지 않았음을 시사한다. 혼합물은 저어지기는 했지만, 모든 탄소 입자가 완전히 부서질 정도로 철저하게 섞이지는 않았다. 그 결과, 최종 생성물은 석회, 모래, 탄소가 섞인 복잡하고 불균질한 혼합물이 되었으며, 탄소는 미세한 가루부터 작은 덩어리에 이르기까지 다양한 크기로 존재하게 되었다.

이러한 물리적 발견을 역사 문헌과 비교함으로써, 팀은 강력한 연결 고리를 찾아냈다. 송나라의 '영조휘사(Yingzao Fashi)'와 같은 고대 중국의 건축 매뉴얼은 '연탄(soft coal)' 또는 석탄을 구할 수 없을 경우 '거친 먹(coarse ink)'을 석회와 섞어 만든 '합청회(he qinghui)'라는 재료를 설명하고 있다. 연구자들은 시안링 모르타리에서 발견된 탄소가 이러한 역사적 재료의 설명과 일치한다는 점에 주목했다. 어두운 색의 모르타르가 눈에 보이는 줄눈과 표면에 선택적으로 사용된 반면, 밝은 색의 모르타르는 숨겨진 구조적 층에 사용되었다는 사실은 이것이 의도적인 기술적 선택이었음을 확인시켜 주었다. 건축가들은 단순히 벽에 색을 입힌 것이 아니라, 외부 환경과 사람의 눈에 노출되는 건물의 부분에 특정한 탄소 강화 재료를 적용한 것이었다.

이 연구는 또한 이 기술이 일회성 실험이 아니라 묘역 전체에 걸친 체계적인 관행이었음을 밝혔다. 어두운 탄소 함유 모르타리는 전면 벽, 후면 벽, 그리고 연결 플랫폼 모두에서 발견되었으며, 이는 서로 다른 건설 단계 전반에 걸쳐 이 기술이 일관되게 적용되었음을 보여준다. 화학적 분석만으로는 탄소의 정확한 출처(석탄인지, 숯인지, 혹은 먹인지)를 절대적인 확신을 가지고 특정할 수는 없지만, 증거는 이 모르타리들이 역사 기록에 기술된 전통적인 '청회'의 물리적 구현이라는 아이디어를 강력하게 뒷받침한다. 연구진은 시안링 묘역의 건축가들이 재료의 차별화에 대해 정교한 이해를 갖추고 있었으며, 중국의 장인 정신을 통해 대대로 전해 내려온 석회-탄소 복합체를 사용하여 노출된 벽의 내구성과 외관을 강화하는 방법을 선택했다고 결론지었다. 이 발견은 과거의 기록된 지침과 현재의 물리적 실체 사이의 드문 실체적 연결을 제공하며, 이 고대 벽 위의 어두운 회색 선들이 단순한 얼룩이 아니라 의도적이고 지속적인 기술적 서명임을 증명한다.