만리장성은 진나라 진시황이 기원전 220년 북방 민족의 침입을 막기 위해 쌓기로 한 후 명나라시대(1368~1644)까지 축조가 이어졌다. 만리장성이 어떻게 무너지지 않고 버티고 있는 것일까. 토목 전문가와 과학자들이 연구한 결과, '찹쌀'이 핵심적인 역할을 했던 것으로 밝혀졌다.

고대 문명에서 석조 건축물을 지을 때는 여러 개의 주사위를 쌓듯이 올려놓는 것이 아니라 사이사이에 접착제를 발라서 단단하게 붙인다. 서양에서 주로 사용된 것은 석회석 모르타르다. 모르타르는 시멘트처럼 돌가루를 물에 개서 만드는데, 고대 로마제국에서 발견된 석조 건축물 중 모르타르를 사용한 건물은 연대가 기원전 2450년까지 거슬러 올라간다.

고대 중국의 석공들은 특별한 접착제를 사용했다. 돌가루로 만든 기존의 무기물 성분에 유기물까지 섞어 무기-유기 혼합 모르타르를 만든 것이다. 이 기술은 오늘날의 만리장성 위치를 잡은 5세기 남북조시대부터 쓰였으며 중국 중부 허난성 지역에서 발견된 당시의 석굴묘에서도 무기-유기 모르타르가 발견됐다. 송나라 때의 백과사전인 '천공개물(天工開物)'에 제조방법이 기록돼 있다.

기존의 석회석 모르타르에 추가된 유기물 성분은 다름 아닌 '찹쌀'이었다. 산화칼슘이 들어 있는 석회석 가루에 물을 부어 생기는 흰색의 물질 즉 소석회(消石灰)라 불리는 탄산칼슘인데, 여기에 찹쌀죽을 끓여 얻어낸 유기물 즉 녹말의 일종인 아밀로펙틴을 섞는다. 여기에 돌가루를 첨가하면 오늘날의 시멘트와 같은 석화-찹쌀풀 반죽이 만들어진다.

무기-유기 혼합 모르타르는 송나라, 명나라, 청나라 때도 지속적으로 사용됐다. 효능이 너무나 강력해 1604년 명나라 때 강도 7.5의 지진이 발생했을 때 이 공법으로 지은 건물이나 성벽, 묘소는 무너지지 않고 살아남았다.

무기물에 유기물을 섞어서 모르타르를 만들면 어떤 원리로 내구력이 높아지는 것일까. 2010년 중국 저쟝대학교, 톈수이대학교, 중국문화유산아카데미 공동연구진은 난징시를 둘러싼 성벽에서 모르타르 샘플을 채취해 분석을 실시했다. 그 결과 소석회에 섞은 찹쌀풀의 성분 중 아밀로펙틴이 억제제로 작용해 탄산칼슘 결정체가 커지는 속도를 적절하게 조절했고 그 덕분에 수많은 미세구조물을 만드는 것으로 확인됐다. 물리적으로 더 안정적인 상태를 유지하기 때문에 하중을 견디는 힘이 일반 석조물보다 더 크다. 무기물과 유기물을 섞어서 모르타르를 만드는 것이 효능 면에서 훨씬 뛰어난 셈이다.

고대의 문화재를 복원하는 데 실제 사용해본 결과 뛰어난 효과를 내는 것으로 밝혀졌다. 이 비밀을 알아낸 덕분에 오늘날 고대 석조 건축물을 원형 그대로 복원하거나 다시 짓는 일이 수월해졌다.

임동욱 과학칼럼니스트

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