화산 폭발과 지진은 왜

[산내들]

과거 10,000년동안 1,510개의 화산이 활동했는데 가장 큰 인명피해를 준 화산은 1815년의 인도네시아의 톰보라(Tombora) 화산으로 약 92,000 명이 목숨을 잃었습니다. 그래서 화산 폭발은 무서운 힘으로 재산을 파괴하고 많은 인명피해를 주는 큰 자연재해 중의 하나라는 사실을 인류는 오래 전부터 알고 있습니다.

지구의 바깥층인 지각은 크고 작은 여러 개의 판(plates)들이 마치 지그소우 퍼즐(jigsaw puzzle) 같이 구성되어 있습니다. 이 판들이 가만히 있지 않고 매년 수 센티미터의 속력으로 이동(대륙지각들은 표류(drift)하고 있다고 표현하는 것이 더 정확합니다) 하고 있습니다. 비중이 같은 두 대륙지각이 서로 부닥칠 경우 서로 미끄러지거나(예: 미국 캘리포니아 주의 산 안드레아스 단층), 히말라야 산맥 같은 높은 산맥을 만듭니다.  그러나 무거운 해양판과 가벼운 대륙판이 서로 부딪칠 경우 해무거운 양판이 대륙판 밑으로 섭입해서 들어가게 됩니다. 지각 밑 여러 깊은 곳에는 높은 열에 의하여 암석이 액체상태(마그마=magma)로 녹아 있습니다.  높은 압력 하에 물, 일산화탄소, 황화수소, 불화수소 등의 유독가스들을 함유하고 있는 이 마그마 뭉치들이, 판들이 서로 부닥쳐 틈이 생긴 경계면 부근의 허약한 곳을 따라 지표 밖으로 분출하거나 폭발하게 됩니다. 이런 현상을 화산활동 이라고 말합니다.

전 세계의 모든 활화산의 약 반이 ‘불의 고리’라고 하는 태평양 주위에 분포돼 있습니다. 큐슈 가고시마만(Kagoshima) 의 기리시마(Kirishima)화산이 지난 3월 14일 폭발했을 때 수 백 명이 피난했습니다. 이 화산이 공교롭게도 이번 일본 대지진  발생 3일 후 폭발했기 때문에 대지진의 영향을 받은 것으로 생각할 수도 있지만, 진앙에서 약 1300 km 멀리 떨어져 있는데다가 지난 1월에도 이 화산이 폭발했었기 때문에 지진학자들은 대지진과 무관하다고 해석하고 있습니다.

기리시마화산이 내 뿜은 화산재와 가스는 북서풍에 의하여 모두 태평양 쪽으로 날라 갔습니다. 따라서 일본에서 화산이 폭발해도, 대지진과 마찬가지로 우리나라에는 아무런 영향을 미치지 못합니다.  여름에 일본이 태풍피해를 10번 받으면 우리나라는 1번 정도 받습니다.

지진 발생원리

세기가 약한 지진은 대륙 내부 여러 곳에서 발생하지만 큰 규모의 지진 대부분은 판(지구의 바깥층은 여러 개의 판으로 구성 되어있습니다.)의 경계부에서 발생합니다. 이들 큰 규모의 지진의 약 80%는 ‘불의 고리(ring of fire)’라고 하는 태평양판 연변부에서 발생합니다. 일본은 태평양판과 필리핀판이 북아메리카판 및 유라시아판과 충돌하는 위치에 있습니다.

 이번 일본 지진은 무거운 태평양판이 가벼운 북아메리카판 (홋카이도를 포함하는 일본 혼슈 동북부는 북아메리카판에 속하는 것으로 최근에 해석 되고 있음) 밑으로 매년 평균 약 9.2 cm씩 비스듬히 섭입(攝入=지각이 마치 음식물이 식도로 천천히 삼켜들어 가는 것 처름 내려간다는 의미)하여 들어가는 곳에서 발생했습니다.

판의 경계면이 매끄럽지 않고 거칠어 섭입작용이 연속적으로 일어나지 못하고 불연속적으로 일어납니다. 다시 말하면 태평양판이 (주로 중력에 의하여) 섭입하려는 에너지가 판경계면에서 북아메리카판과의 마찰 때문에 양측 판 속의 암석에 응력(應力) 에너지로 저축됩니다.

이 축적된 응력 에너지가 한계에 도달하면 일시에 단층이 생기고 파열되면서 단층 양측의 암석이 진동하고,  또 이 진동이 지진파로 사방팔방으로 전파하게 됩니다. 이 축적된 응력 에너지가 클수록 큰 규모의 지진이 발생하게 됩니다.  

지진에 의한 지면 침하 가능성은

미국지질조사소의 Kenneth Hudnut는 이번 일본 지진이 일본 혼슈를 동쪽으로 244 cm 이동시켰다고 했습니다. 지각평형(isostacy) 이론에 따라서 일본 지반이 전체적으로 가라앉을 수는 (절대로) 없습니다. 그 이유는 이렇습니다.

일본 열도를 구성하는 지각암체(지표면에서부터 모호면까지의 지각 물질 전체)의 평균 밀도는 약 2.67인 반면에 이 지각암체 밑에서 일본열도뿐만 아니고 모든 대륙지각을 떠받히고 있는 상부 맨틀의 비중은 3.1-3.3 이기 때문입니다. 환언하면 가벼운 나무토막이 물속으로 절대로 가라앉지 않는 것과 똑같은 이치입니다.

현재의 남극대륙과 그린란드의 내부지표면의 고도(elevation)가 해수면보다 낮은 것과 같이, 일본열도 전체가 두께 3,000 - 4,000 m의 눈과 얼음으로 덮인다면 일본열도 전체가 가라앉겠지요. 지진에 의하여 국지적으로 지면이 낮아졌거나 높아진 곳은 있을 것입니다.

그럼으로해서 이번 일본 지진이 우리나라의 지반을 수평방향으로는 약간 이동시킬 수는 있어도 수직방향으로의 영향은 끼치지 않았을 것으로 확신합니다.

우리나라 지진 가능성

대지진과 그 지진이 유발한 쓰나미가 지리적으로 매우 가까운 일본에서 발생하여 재산과 인명 피해가 극심한 것을 보고, 한반도에도 그 영향으로 대지진이 발생하지나 않을지 걱정하는 사람들이 많은 것 같습니다. 우선 결론부터 말하면 우리나라에는 규모나 빈도 측면에서 크게 우려하지 않아도 된다고 말할 수 있습니다. 그 이유는 한반도는 대지진이 빈번하게 발생하는 일본과 지리적으로 매우 인접한 유라시아판 주변부에 위치 하고는 있지만, 

첫째, 태평양판과 필리핀판이 유라시아판 밑으로 섭입해들어가는 해구(trench)까지 거리가 멀다는 사실입니다. 

둘째, 이번 지진으로 일본 지각이 평균 수 미터 정도 이동을 하였고 또 우리나라의 지각이 수 센티미터 움직였다고 하지만, 일본으로부터의 거리가 먼 우리나라 지각에 미치는 응력은 약합니다. 그러므로 이 움직임이 우리나라에 큰 지진을 유발(trigger)시킬 확률은 낮습니다. 만일 유발된 지진이 있다고 해도 작은 규모의 지진일 것입니다.

셋째, 필리핀판의 섭입대(subduction zone)의 섭입 각도가 일본 동북부에서의 태평양판의 섭입각도보다 급하여 심발지진이 한반도까지 미치지 못한다는 것입니다.

그러나 일본 서남부의 섭입대가 아닌 지역인 후꾸오까에서 2005년 3월 20일에 발생한 규모 6.7(Mw) 지진은 거리가 가까운 우리나라 남해안 지역에 피해를 입혔습니다. 또한 1975년 2월 4일 중국 요동반도 부근의 해성(Heicheng)에서 발생한 규모 7.3(Ms)의 지진은 평안북도 지역에 피해를 입혔고, 서울지역까지 진동이 있어서 사람들이 놀랐습니다.

큰 지진은 자주 발생하는 것이 아니기 때문에, 그 발생확률을 가늠해 보기 위해서는 현 시대의 지진 뿐만 아니라 역사 시대의 지진발생 상황에 대한 정보가 필요합니다. 물론 역사에 기록된 내용이 불확실한 점도 있으나, 과거 약 2천년 동안 우리나라에서 피해를 입힌 지진은 약 50회 정도 발생하였다고 합니다. 이들 중에는 땅이 갈라져 물과 모래가 솟아오르고, 성곽이 무너지거나, 또는 쓰나미 현상이 일어나는 큰 지진(규모 6.5 내외)들이 있었습니다. 그러나 이번에 일본 동북부 해저에서 발생한 지진만큼 큰 지진은 없었습니다.

아래의 [일본과 한반도 주변의 지진활동도]는 1990년부터 2006년까지 17년간 발생한 규모 4.5(?) 이상의 지진의 진앙과 깊이의 분포를 나타냅니다. 한반도 내부와 인근 해역에는 17년간 규모 4.5(?) 이상의 지진이 주변부에 비해서 매우 드물게 발생하였다는 사실을 보여 줍니다 결론적으로 한반도에는 규모 7.0 이상의 대지진이 발생할 확률이 매우 낮다고 말할 수 있겠습니다. (주: 이 그림은 중발 및 심발 대지진이 일본 동북부에서 동해북부를 거처 러시아에서까지 발생한다는 사실을 보여주고 있음에 유의 하기 바랍니다).

 

 출처 : 미국지질조사소(USGS) 자료