겨울이 반복되면 돌도 깨질까? 동결과 융해가 문화재를 손상시키는 원리

cho007 2026년 9월 14일 최종 수정 9월 6일 읽는 시간 약 21분

한겨울 야외에 있는 오래된 석탑을 생각해보자.

낮에는 햇빛을 받아 기온이 영상으로 올라갔다가 밤이 되면 영하로 떨어진다.

며칠 전 내린 눈은 낮 동안 조금 녹았고 녹은 물은 돌 표면의 작은 균열과 공극으로 스며들었다.

밤이 되자 다시 기온이 내려간다.

이런 일이 겨울 동안 수십 번 반복된다면 돌에는 어떤 일이 생길까?

우리는 돌을 매우 단단하고 변하지 않는 재료처럼 생각한다.

하지만 문화재를 이루는 석재에는 눈에 보이지 않는 작은 공극과 균열이 존재할 수 있다.

그 안으로 물이 들어가고 온도가 충분히 낮아지면 물의 상태가 변한다.

그리고 얼었다 녹는 과정이 오랫동안 반복되면 처음에는 보이지 않던 작은 손상이 점차 커질 수 있다.

이러한 현상을 문화재 보존에서는 동결과 융해, 또는 동결·융해 작용과 관련해 살펴볼 수 있다.

그렇다면 정말 물이 얼었다는 이유만으로 단단한 돌이 깨질 수 있을까?

물이 얼면 왜 문제가 될까?

액체 상태의 물이 얼음으로 변하면 물리적 성질이 달라진다.

일반적으로 물은 얼면서 부피가 증가한다.

밀폐된 병에 물을 가득 채운 뒤 얼렸을 때 병이 변형되거나 깨질 수 있는 이유를 생각하면 이해하기 쉽다.

하지만 문화재에서 일어나는 현상은 단순히 “물이 얼면서 부피가 커져 돌을 밀어낸다”는 한 문장으로 모두 설명하기에는 복잡하다.

석재 내부에는 크기가 서로 다른 공극이 존재하고 물이 차 있는 정도도 다르다.

온도와 냉각 속도, 수분의 이동, 암석의 구조 등에 따라 실제 손상 과정이 달라질 수 있다.

중요한 것은 물이 존재하는 다공성 재료가 반복적으로 낮은 온도에 노출될 경우 내부에 물리적인 응력이 발생할 수 있다는 점이다.

돌에도 물이 들어갈 수 있을까?

그렇다.

겉으로는 매끈해 보이는 돌도 확대해서 보면 완전히 빈틈없는 재료가 아닐 수 있다.

석재 종류에 따라 내부에는 다양한 크기의 공극과 미세균열이 존재한다.

비와 눈, 지면의 수분은 이러한 공간을 통해 내부로 이동할 수 있다.

특히 오랜 세월 풍화된 석재는 표면에 미세한 균열과 약해진 영역이 증가해 물이 침투하기 쉬운 상태가 될 수도 있다.

따라서 동결 손상을 이해하려면 추위만 보는 것이 아니라 먼저 물이 어디에서 들어오는지를 살펴봐야 한다.

비를 맞은 돌이 바로 얼면 더 위험할까?

동결·융해 손상에서 중요한 조건 가운데 하나가 수분이다.

석재가 매우 건조하다면 얼 수 있는 물의 양도 제한적이다.

반대로 비나 녹은 눈 때문에 석재 내부에 충분한 수분이 존재하는 상태에서 기온이 크게 떨어진다면 동결과 관련된 손상 가능성을 더 주의해야 한다.

그래서 겨울철 문화재 관리에서는 단순히 최저기온만 확인해서는 부족하다.

강수와 적설, 배수 상태, 햇빛이 드는 방향, 석재가 얼마나 빨리 마르는지 등을 함께 살펴봐야 한다.

영하로 내려가기만 하면 돌이 매번 깨질까?

그렇지는 않다.

기온이 한 번 영하로 내려갔다고 모든 석조문화재가 손상되는 것은 아니다.

석재 내부에 실제로 얼마나 많은 물이 존재하는지, 어떤 종류의 암석인지, 공극의 크기와 분포가 어떠한지, 이미 균열이 존재하는지 등 여러 조건이 영향을 준다.

같은 장소에 있는 두 개의 돌도 서로 다른 상태를 보일 수 있다.

따라서 “영하 5도면 위험하고 영하 4도면 안전하다”는 식의 하나의 숫자로 문화재의 동결 위험을 판단하기는 어렵다.

동결과 융해가 반복되는 것이 왜 중요할까?

한 번의 동결보다 반복적인 변화가 문제가 될 수 있다.

낮에는 영상, 밤에는 영하로 떨어지는 날씨가 계속된다고 생각해보자.

낮에는 얼음이 녹아 물이 되고 이 물이 다시 균열과 공극으로 이동할 수 있다.

밤에는 다시 얼 수 있다.

이러한 과정이 반복되면서 약한 부분에 손상이 누적될 수 있다.

처음에는 현미경으로 봐야 할 정도의 작은 균열이었더라도 여러 해 동안 반복적인 환경 변화에 노출되면 더 큰 균열이나 표면 박락으로 이어질 가능성이 있다.

문화재의 열화는 대개 한 번의 극적인 사건보다 작은 변화의 반복으로 진행되는 경우가 많다.

낮에는 따뜻하고 밤에는 추운 날이 더 중요할까?

동결·융해라는 관점에서는 온도가 어는 조건과 녹는 조건을 반복해서 오가는 상황을 주의해서 볼 필요가 있다.

한겨울 내내 계속 매우 낮은 온도로 유지되는 환경과 낮에는 녹고 밤에는 다시 어는 환경은 문화재에 미치는 영향이 같지 않을 수 있다.

특히 햇빛을 직접 받는 표면은 주변 공기와 다른 온도 변화를 경험할 수 있다.

남향과 북향 면이 서로 다른 상태를 보일 수도 있다.

따라서 기상관측소의 기온만으로 문화재 표면에서 실제로 어떤 일이 일어나는지 완전히 설명하기는 어렵다.

눈은 문화재에 나쁠까?

눈 자체를 무조건 문화재의 적이라고 말할 수는 없다.

문제는 눈이 녹으면서 만들어지는 물과 이후의 온도 변화다.

석탑이나 성벽 위에 쌓인 눈이 낮 동안 녹으면 물이 틈과 접합부로 들어갈 수 있다.

그 물이 밤에 다시 얼면 동결·융해 과정이 시작될 가능성이 있다.

또 눈이 특정 부분에 오래 쌓여 있으면 해당 영역이 오랫동안 젖은 상태로 유지될 수도 있다.

따라서 적설 이후에는 눈의 양뿐 아니라 녹은 물이 어디로 흘러가는지도 중요하다.

작은 균열 하나가 왜 중요할까?

처음에는 머리카락보다 가늘어 보이는 균열도 물의 통로가 될 수 있다.

비나 녹은 눈이 균열 안으로 들어가면 표면보다 건조가 늦어질 수 있다.

이후 낮은 온도에 노출되면 균열 내부의 수분이 동결과 관련된 변화를 겪을 수 있다.

이미 존재하는 균열은 다시 수분의 침투를 쉽게 만들고, 이것이 또 다른 손상으로 이어질 가능성이 있다.

즉,

작은 균열 → 물 침투 → 동결·융해 → 균열 확대 → 더 많은 물 침투

와 같은 반복적인 과정이 만들어질 수 있다.

그래서 보존과학에서는 작은 균열을 단순한 외관상의 흠집으로만 보지 않는다.

돌 표면이 얇게 떨어지는 것도 동결 때문일까?

가능한 원인 가운데 하나일 수 있다.

석재 표면이 얇은 조각처럼 떨어지는 박락이나 입자가 떨어져 표면이 거칠어지는 현상은 여러 원인으로 발생할 수 있다.

수분과 동결·융해도 그중 하나가 될 수 있다.

하지만 박락이 발견됐다고 해서 곧바로 동결 손상이라고 결론 내려서는 안 된다.

72편에서 살펴본 염류 결정화가 원인일 수도 있고 재료 자체의 풍화나 오염물질, 생물학적 요인 등이 영향을 주었을 수도 있다.

문화재 손상은 비슷한 모습이라도 원인이 다를 수 있다.

동결 손상과 염류 손상은 비슷하게 보일 수 있을까?

그럴 수 있다.

두 현상 모두 석재 표면의 입자 손실과 박락, 균열 등에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

더 복잡한 것은 실제 문화재에서는 두 요인이 동시에 존재할 수도 있다는 점이다.

석재 내부에 염류와 수분이 존재하고 겨울에는 온도까지 반복적으로 변한다면 여러 열화 과정이 서로 영향을 줄 가능성이 있다.

따라서 보존과학자는 손상의 이름을 먼저 붙이는 것이 아니라 주변 환경과 재료 상태를 함께 조사한다.

모든 돌이 똑같이 얼고 깨질까?

아니다.

화강암과 사암, 석회암 등은 광물 구성과 조직, 공극 특성이 서로 다르다.

같은 종류의 암석이라고 해도 산지와 형성 과정, 풍화 정도에 따라 상태가 달라질 수 있다.

특히 물을 얼마나 흡수하는지와 내부 공극이 어떻게 연결되어 있는지가 동결·융해 저항성과 관련될 수 있다.

따라서 한 문화재에서 나타난 손상 양상을 다른 석조문화재에 그대로 적용해서는 안 된다.

화강암도 동결·융해로 손상될 수 있을까?

화강암은 일반적으로 단단한 암석으로 알려져 있다.

하지만 단단하다는 것이 절대 손상되지 않는다는 의미는 아니다.

오랜 풍화로 광물 사이의 결합이 약해지거나 미세균열이 발달한 상태라면 수분과 온도 변화의 영향을 받을 수 있다.

특히 이미 손상이 진행된 영역에서는 새로운 환경 변화에 대한 저항성이 낮아질 수 있다.

문화재에서는 재료의 이름보다 현재의 실제 상태가 중요하다.

사암은 왜 특히 주의해서 볼까?

일부 사암은 비교적 높은 공극률과 수분 이동 특성을 가질 수 있다.

물이 내부로 쉽게 들어갈 수 있다면 동결·융해와 염류 결정화 같은 수분 관련 열화에 영향을 받을 가능성도 커질 수 있다.

하지만 모든 사암이 동일한 특성을 갖는 것은 아니다.

결합물질과 입자의 크기, 공극 구조 등에 따라 성질이 크게 달라진다.

따라서 석재 종류를 확인하는 것과 함께 실제 물리적 특성을 조사하는 것이 중요하다.

벽돌도 얼어서 깨질 수 있을까?

가능하다.

벽돌 역시 다공성 재료이며 물을 흡수할 수 있다.

오래된 건축문화유산의 벽돌에 수분이 많이 포함된 상태에서 반복적인 동결·융해가 발생하면 표면 박리와 균열 등에 영향을 줄 수 있다.

특히 벽돌 자체뿐 아니라 벽돌 사이의 모르타르 상태도 함께 살펴봐야 한다.

벽 전체가 하나의 수분 이동 시스템처럼 작용할 수 있기 때문이다.

기와도 겨울에 손상될 수 있을까?

기와 역시 제작 상태와 열화 정도에 따라 수분을 흡수할 수 있다.

표면의 미세균열이나 파손부로 들어간 물이 겨울철 반복적인 온도 변화를 겪으면 손상이 진행될 가능성이 있다.

특히 이미 균열이 있는 기와는 물이 침투하기 쉬워질 수 있다.

지붕의 작은 기와 하나가 파손되면 그 아래로 물이 들어가 목조건축물의 다른 부분까지 영향을 줄 수 있다는 점도 중요하다.

문화재에서 하나의 재료 손상이 다른 재료의 위험으로 이어질 수 있는 것이다.

석탑의 틈에 물이 고이면 더 위험할까?

그럴 수 있다.

수평면이나 오목한 부분처럼 물이 쉽게 빠져나가지 않는 위치는 오랫동안 젖어 있을 가능성이 있다.

석재와 석재가 만나는 접합부에도 물이 들어갈 수 있다.

따라서 석조문화재의 형태 자체가 물의 이동과 건조 속도에 영향을 준다.

같은 석탑에서도 모든 부분이 동일한 위험을 갖는 것은 아니다.

보존조사에서는 손상 지도와 함께 물이 고이거나 흐르는 경로를 기록하는 것이 도움이 될 수 있다.

오래된 성벽은 왜 겨울마다 조금씩 무너질까?

성벽과 석축은 개별 석재뿐 아니라 전체 구조를 봐야 한다.

돌 사이로 물이 들어가고 내부 토양이나 채움재가 젖으면 동결과 융해에 따른 변화가 구조 전체에 영향을 줄 가능성이 있다.

배수가 좋지 않으면 물이 특정 위치에 집중될 수도 있다.

여기에 강수와 식생, 지반 움직임 등이 함께 작용할 수 있다.

따라서 겨울 뒤 돌 하나가 떨어졌다고 해서 원인을 단순히 ‘추위’라고만 판단해서는 안 된다.

문화재 표면 온도를 직접 측정할 수도 있을까?

가능하다.

문화재 주변의 기온뿐 아니라 표면 온도를 측정하면 실제 재료가 어떤 온도 변화를 경험하는지 파악하는 데 도움이 될 수 있다.

햇빛을 받는 면과 그늘진 면의 온도는 다를 수 있다.

필요한 경우 온도 센서를 설치해 시간에 따른 변화를 기록할 수도 있다.

이 데이터를 강수와 상대습도 등의 환경 정보와 함께 살펴보면 동결·융해 위험을 이해하는 데 더 많은 단서를 얻을 수 있다.

열화상 카메라로 얼어 있는 부분을 찾을 수 있을까?

열화상 카메라는 표면에서 방출되는 적외선 에너지를 바탕으로 온도 분포를 시각화하는 데 활용될 수 있다.

조건이 적절하다면 문화재 표면의 온도 차이를 조사하는 데 도움이 될 수 있다.

하지만 열화상 이미지에서 색이 다르게 나타났다는 이유만으로 내부에 얼음이 있다고 바로 확정해서는 안 된다.

햇빛과 그늘, 표면 재질, 수분, 방사율 등 여러 요인이 결과에 영향을 줄 수 있다.

비파괴 조사는 언제나 해석이 중요하다.

균열이 커지는지 어떻게 알 수 있을까?

가장 기본적인 방법은 지속적인 기록이다.

같은 위치를 일정한 조건으로 반복 촬영하면 균열이 확대되는지 비교할 수 있다.

균열 폭을 측정하거나 필요에 따라 변위 측정 장치를 사용할 수도 있다.

58편에서 살펴본 3D 스캔도 대형 석조문화유산의 형태 변화를 장기적으로 기록하는 데 활용할 수 있다.

한 번의 사진보다 시간에 따른 연속적인 기록이 훨씬 중요한 이유다.

겨울이 끝난 뒤 무엇을 확인해야 할까?

겨울철이 지나면 기존 균열이 확대됐는지, 새로운 박락이 발생했는지, 작은 파편이 바닥에 떨어져 있는지 등을 확인할 수 있다.

특히 반복적으로 문제가 발생하는 위치를 기록하는 것이 중요하다.

매년 같은 부분에서 작은 조각이 떨어진다면 우연한 현상이 아니라 해당 영역에 지속적인 원인이 존재할 가능성을 생각해야 한다.

이때 떨어진 파편도 함부로 버려서는 안 된다.

원래 위치를 확인할 수 있는 중요한 자료가 될 수 있기 때문이다.

떨어진 돌조각을 바로 접착하면 될까?

원인을 확인하기 전에 단순히 다시 붙이는 것만으로는 문제가 반복될 수 있다.

수분 침투와 동결·융해가 계속되는 상황이라면 접착한 주변에서 새로운 손상이 발생할 가능성이 있다.

또 접착제가 원본보다 지나치게 강하면 54편에서 살펴본 것처럼 새로운 응력이 원본으로 전달될 수도 있다.

따라서 보존처리와 환경 원인 해결을 함께 고려해야 한다.

균열을 모두 막아버리면 물이 들어가지 않지 않을까?

겉으로는 좋은 해결책처럼 보인다.

하지만 문화재의 모든 균열을 무조건 밀폐하는 방식은 신중해야 한다.

사용한 충전재와 석재의 물리적 특성이 다르면 새로운 문제가 발생할 수 있다.

또 물이 들어오는 경로만 막고 빠져나가는 경로를 잘못 차단하면 내부에 수분이 머무를 가능성도 생각해야 한다.

균열의 성격과 구조적 역할, 수분 이동을 조사한 뒤 적절한 처리를 결정해야 한다.

방수제를 바르면 해결되지 않을까?

석재 표면에 물이 들어가지 않도록 하는 처리를 생각할 수 있지만 문화재에서는 매우 신중한 검토가 필요하다.

표면 처리제가 석재의 색과 광택을 변화시킬 수 있고 수증기의 이동 특성에 영향을 줄 수도 있다.

시간이 지나 처리재가 열화했을 때 제거가 어려울 수도 있다.

또 이미 내부에 수분과 염류가 존재한다면 단순히 외부를 막는 것이 예상하지 못한 문제를 만들 가능성도 있다.

‘물을 막는다’는 기능 하나만 보고 보존재료를 선택해서는 안 된다.

보호각을 설치하면 동결 손상을 막을 수 있을까?

직접적인 비와 눈의 유입을 줄인다면 도움이 될 수 있다.

하지만 보호각의 설계가 적절하지 않으면 새로운 문제가 생길 수 있다.

햇빛과 바람의 조건이 달라지고 특정 부분이 더 늦게 마를 수도 있다.

지면 배수가 나쁘다면 지붕이 있어도 수분이 계속 공급될 수 있다.

72편에서도 살펴봤듯 보호시설은 단순히 비를 막는 구조물이 아니라 문화재 주변의 전체적인 물과 공기 흐름을 고려해야 한다.

겨울에 천으로 문화재를 덮어두면 안전할까?

무조건 그렇다고 할 수 없다.

덮개가 비와 눈을 직접 막는 데 도움이 될 수 있지만 재질과 설치 방식에 따라 내부에 습기가 머무를 수도 있다.

바람에 덮개가 움직이며 문화재 표면을 마찰할 가능성도 있다.

따라서 야외 문화재의 겨울철 보호는 단순히 무엇인가를 덮는 문제가 아니다.

문화재의 형태와 재질, 주변 환경을 고려한 전문적인 계획이 필요하다.

제설제를 뿌린 주변 문화재도 영향을 받을까?

겨울철 도로와 보행로에서는 얼음을 녹이기 위해 제설제가 사용될 수 있다.

문화재 주변에서 이러한 물질이 사용된다면 염류가 물과 차량, 보행 등을 통해 이동할 가능성을 고려할 필요가 있다.

특히 다공성 석재와 벽돌에 염류가 침투하면 72편에서 살펴본 결정화 문제와 연결될 수 있다.

즉, 겨울철 문화재에는 동결·융해와 염류가 동시에 영향을 줄 가능성이 있다.

문화재 주변의 제설 관리까지 보존환경의 일부가 되는 이유다.

기후변화로 겨울이 따뜻해지면 동결 손상은 줄어들까?

단순하게 결론 내리기 어렵다.

평균기온이 상승하더라도 특정 지역에서 영하와 영상 사이를 오가는 횟수가 어떻게 변하는지가 중요할 수 있기 때문이다.

강수 형태와 적설량, 겨울철 비의 빈도도 달라질 수 있다.

어떤 지역에서는 동결 위험이 감소할 수 있지만 다른 지역에서는 오히려 동결·융해 조건이 더 자주 나타날 가능성도 검토해야 한다.

따라서 미래의 문화재 보존에서는 장기적인 지역 기후 변화까지 고려한 위험 평가가 중요해질 수 있다.

동결·융해를 실험실에서 시험할 수도 있을까?

석재와 건축재료 연구에서는 시료를 반복적으로 얼리고 녹이는 시험을 통해 재료의 변화를 조사할 수 있다.

질량 변화와 강도, 표면 상태, 균열 등의 변화를 관찰할 수 있다.

하지만 문화재 원본을 반복적으로 얼렸다 녹였다 하며 시험할 수는 없다.

따라서 문화재와 유사한 재료나 별도의 시험편을 이용한 실험 결과와 실제 현장조사를 함께 활용하는 것이 중요하다.

실험실에서 얻은 결과를 실제 문화재에 적용할 때에도 재료와 환경의 차이를 고려해야 한다.

겨울철 석조문화재에서 가장 먼저 관리해야 하는 것은 무엇일까?

동결 자체를 없애는 것은 야외 문화유산에서 현실적으로 어렵다.

하지만 문화재 내부로 불필요한 물이 들어가는 양을 줄이는 것은 중요한 예방 전략이 될 수 있다.

배수 상태를 점검하고 빗물이 특정 부분에 고이지 않는지 확인하며 파손된 지붕과 배수시설을 관리하는 것이다.

눈이 녹은 물이 문화재 쪽으로 집중되지 않도록 주변 환경을 살펴보는 것도 중요하다.

즉, 겨울철 보존의 시작은 온도를 조절하는 장비가 아니라 물길을 관리하는 것일 수 있다.

물길을 찾는 것이 왜 그렇게 중요할까?

문화재에 나타난 균열만 보면 우리는 그 균열을 메우고 싶어진다.

하지만 그 균열에 매년 비와 눈 녹은 물이 들어오고 있다면 표면 처리만으로 문제를 해결하기 어렵다.

지붕에서 흘러내린 물인지, 지면에서 올라온 수분인지, 돌 사이에 고인 물인지 원인을 찾아야 한다.

72편의 염류 문제에서도 같은 결론에 도달했다.

염류 결정과 동결·융해는 서로 다른 열화 현상이지만 두 문제 모두 물의 이동과 깊게 연결될 수 있다.

돌은 하루아침에 깨지는 것이 아닐 수 있다

야외 석조문화재에서 큰 균열을 발견하면 어느 날 갑자기 문제가 발생했다고 생각하기 쉽다.

하지만 실제로는 그 이전부터 작은 변화가 오랫동안 축적됐을 수 있다.

비가 내린다.

물이 작은 공극으로 들어간다.

겨울밤에 기온이 내려간다.

다시 낮이 되면 녹는다.

봄이 오고 여름이 지나고 다시 겨울이 온다.

이 과정이 수십 년 반복된다.

사람에게는 별것 아닌 계절 변화가 문화재에는 수천 번의 물리적 변화가 될 수 있다.

동결·융해 손상은 어떻게 예방할까?

가장 중요한 것은 문화재의 재료와 주변 환경을 함께 관리하는 것이다.

물이 어디에서 들어오는지 조사하고 배수를 개선하며 반복적으로 젖는 영역을 확인해야 한다.

기존 균열과 박락을 기록해 겨울 전후의 변화를 비교하는 것도 중요하다.

필요한 경우 적절한 보호시설이나 보존처리를 검토할 수 있지만 모든 문화재에 동일한 방법을 적용해서는 안 된다.

그리고 이미 손상이 나타났다면 단순히 떨어진 부분을 붙이는 것보다 왜 그 부분이 손상됐는지 원인을 먼저 찾아야 한다.