​일본, 메가지진 예보! 광범위한 피해 우려

[박원서]

​일본, 메가지진 예보! 광범위한 피해 우려

일본, 메가지진 예보!광범위한 피해 우려

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일본 정부 보고서에 따르면, 난카이 해곡에서 

규모 9.0의 대지진이 발생할 경우 약 30만 명이 목숨을 잃고, 

일본 GDP의 절반에 달하는 1,810조 원(약 1.81조 달러)의 

경제적 피해가 발생할 것으로 예상된다. 

태평양 연안에 위치한 약 900km 길이의 난카이 해곡은 

향후 100~150년 내에 이러한 초대형 지진이 발생할 

확률이 80%에 달하는 것으로 분석된다.

지진은 한때 예측이 어려운 자연재해로 여겨졌으나, 

점점 더 빈번해지고 강력해지고 있다. 과학자들은 

지진을 예측할 수 있는 기술을 개발하기 위해 

오랜 시간 연구해왔지만, 아직까지 뚜렷한 성과를 내지 못했다.

 그런데 최근, 인공지능(AI)이 새로운 희망이 되고 있다.

방대한 데이터를 분석해 지진 발생 가능성을 예측하는

 AI 기술이 주목받고 있는 것이다.그렇다면, 

AI는 정말 우리가 오랫동안 찾아온 해답이 될 수 있을까?

 앞으로의 연구가 어떤 방향으로 나아갈지 함께 살펴보자.

지진 예측

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1960년대부터 지질학자들은 현대 과학기술을 

이용해 지진을 예측하려는 시도를 계속해왔지만, 

큰 성과를 거두지는 못했다. 

불가능한 일?

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오랜 시간 동안 많은 과학자들은 지진 예측이 

불가능하거나, 가능하다고 해도 매우 제한적인 

수준에서만 이루어질 수 있다고 생각해왔다.

퍼즐 같은 지구

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미국 펜실베이니아주 펜실베이니아 주립대학교에서 

지구과학을 연구하는 크리스 마론(Chris Marone) 교수는

 지진 예측을 어렵게 만드는 가장 큰 요인 중 하나가 지구 

곳곳에 복잡하게 얽혀 있는 단층 시스템이라고 설명한다.

단층이란?

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단층이란 지각을 구성하는 암석 덩어리 

사이의 균열 또는 균열대를 의미한다. 

이 단층을 따라 지각이 갑자기 

움직이면 지진이 발생한다. 

식별의 어려움

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하지만 문제는 대부분의 단층이 

지하 깊숙이 위치해 있어 쉽게 

식별하기 어렵다는 점이다.

일상 소음에 가려진 진동

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사실 지구는 늘 진동하고 있지만, 우리는 

일상 속에서 이를 거의 느끼지 못한다.

 차량 이동, 건설 공사, 산업 활동 등이 내는 소음과

 진동이 지구의 미세한 움직임을 감추기 때문이다.

지진 예측의 세 가지 요소

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미국 지질조사국(USGS)에 따르면, 

실질적으로 유용한 지진 예측이 되려면 

발생 위치, 발생 시기, 규모라는 세 가지 

요소를 정확하게 예측할 수 있어야 한다. 

그러나 현재까지 어느 누구도 이 세 가지를

확실히 예측하는 데 성공하지 못했다.

확률 추정 지도

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대신, 지질학자들은 특정 기간 내에 

지진이 발생할 확률을 추정하는 

'위험 지도(hazard map)'를 제작해왔다.

이마저도 정확하지 않아

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이 '위험 지도'는 지진 발생 가능성이 높은 지역에서

건축 기준을 강화하는 등의 예방 조치를 취하는 데 

도움을 줄 수 있다. 하지만 이 역시도 지진이 정확히 

언제, 어디서 발생할지 예측하는 데는 한계가 있다.

다른 예측 방법

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기후변화와 환경 변화로 

자연재해가 갈수록 빈번해지는 가운데, 

과학자들은 더 나은 지진 예측 방법을 

찾기 위해  다양한 방식을 시도하고 있다. 

새로운 돌파구, AI

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대표적으로 지진파 분석, 동물의 이상 행동

,대기 변화 등을연구하고 있으며,  최근에는 

인공지능(AI)이 새로운 돌파구로 떠오르고 있다.

사람이 따라갈 수 없는 속도

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AI 기술은 방대한 데이터를 빠르게 처리하고

패턴을 분석할 수 있어 지진 예측의 정확도를 

높이는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 

기존 연구자 한 명이 할 수 있는 일을 AI가 

수십 배, 수백 배의 속도로 수행할 수 있기 때문이다.

사람보다 정교한 작업

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AI를 활용하면 여러 개의 지진 데이터를 

동시에 분석할 수 있으며, 이를 3D 모델링을 통해 

정밀하게 재현할 수도 있다. 이는 기존의 연구원이 

수행하는 것보다 훨씬 빠르고 정교한 작업이 

가능하다는 점에서 큰 강점이 된다.

지진 예측 프로그램 개발

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미국 캘리포니아 공과대학교의 지구물리학자 

자카리 로스(Zachary Ross) 교수 연구팀은

 AI를 활용한 지진 예측 프로그램을 개발하고, 

이를 캘리포니아 지역에서 테스트 중이다. 

캘리포니아는 지진이 잦은 지역일 뿐만 아니라, 

고성능 지진계(Seismometer)가 촘촘하게 설치되어 

있어 연구 환경이 최적화되어 있기 때문이다.

패턴 분석

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로스 교수 연구팀은 캘리포니아 남부 전역에서 

수집된 지진파 데이터를 AI에 학습시켰다. 

기존에는 인간 연구자들이 직접 분석했던 데이터를

AI가 자동으로 판별하고, 새로운 지진이 발생할 

가능성이 있는 패턴을 찾아내도록 한 것이다.

작동 원리

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지진을 하나의 ‘노래’로 상상해보자. 

과학자들은 이러한 ‘지진의 노래’를

 기록하고 분석하며,

각 지진마다 고유한 음표와 리듬이 

존재한다는 사실을 발견했다. 

이제 연구자들은 수집한 지진의 ‘노래’들을

 도서관처럼 정리하고,이를 바탕으로 

새로운 지진이 발생할 조짐을 찾아내는 

작업을 진행하고 있다.

실시간 진동 분석 및 패턴화

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지구는 끊임없이 미세한 진동을 일으키며 

‘흥얼거리는 소리(허밍)’를 내고 있다. 

과학자들은 AI 기반 프로그램을 활용해 

이 미세한 진동을 실시간으로 분석하고, 

기존에 기록된 지진의 ‘노래’와 일치하는 

패턴을 찾고 있다. 

만약 동일한 패턴이 발견된다면, 이는 

새로운 지진이 임박했다는 신호일 수도 있다.

놓쳤던 지진 활동 마저 발견

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실제로 AI 알고리즘을 적용한 연구 결과, 

2008년부터 2017년 사이에 기존 연구에서 

감지되지 않았던 미세한 지진 200만 개 이상이 

새롭게 발견되었다. 이 데이터는 과거에는 

보이지 않던 복잡한 단층망과 단층 구조를 드러냈으며,

 기존의 지진 탐지 방식이 놓쳤던 지진 활동까지 밝혀냈다.

초창기 한계점

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그러나 초기 AI 프로그램에는 한계가 있었다. 

기존에 학습한 데이터에 포함된 지진들만 

인식할 수 있었기 때문에, 새로운 유형의 

지진을 탐지하지 못하는 경우가 많았다.

스스로 배우는 AI 모델

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이를 해결하기 위해 연구팀은 

한 단계 더 발전된 기술을 도입했다.

 바로 자체 학습(셀프러닝)이 가능한 

AI 모델을 활용해 기존 데이터뿐만 아니라 

새로운 유형의 지진까지 예측하는 것이다.

빠르고 높아진 정확도

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이러한 AI 모델은 인간 연구자들이 이전에 감지하지 

못했던 새로운 형태의 지진들을 빠르게 찾아냈다. 

이후 지질학자들이 분석한 결과, AI가 발견한 새로운

지진들이 실제로 존재하는 것으로 확인되었다.

더 정밀해진 지진 탐지 기술

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현재 이 AI 기반 지진 탐지 기술은 점점 더 발전하고 있으며,

 단순히 미세한 지진을 찾아내는 수준을 넘어, 지진이 발생하는

 메커니즘을 더욱 정밀하게 분석하는 데까지 이르렀다.

현재 활용되는 AI

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예를 들어, AI 알고리즘은 캘리포니아 전역에서 

실시간으로 지진 활동을 모니터링하며, 

기존에 알려지지 않았던 새로운 유형의

 ‘느리게 진행되는 지진’을 발견했다. 

이는 오랜 시간에 걸쳐 서서히 움직이는 지진 활동으로, 

기존의 지진 탐지 시스템으로는 포착하기 어려웠다.

AI, 지진과 화산 활동 간의 연관성 발견

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하와이에서는 AI가 두 개의 활화산 아래에서 맥동하며

 이동하는 용암층 네트워크를 새롭게 발견했다. 

기존의 전통적인 지진 분석 방법으로는 탐지할 수 없었던 

이 움직임은, 지진과 화산 활동 간의 연관성을 

연구하는 데 중요한 단서를 제공했다.

‘초인적인’ 지진경보 시스템

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이처럼 AI 기술이 점점 더 정교해지면서, 

지진 조기경보 시스템의 속도와 정확도를 

획기적으로 향상시킬 가능성이 커지고 있다. 

로스 교수는 “이 기술은 불과 몇 년 전까지만 해도

 상상조차 할 수 없었던 수준이며, 이제는 

인간의 능력을 뛰어넘는 ‘초인적인’ 단계에 

도달했다”고 평가했다.

카메라 영상 분석

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예를 들어, 일본 도쿄에서는 AI 기반 소프트웨어를 활용해 

도시 곳곳에 설치된 카메라 영상을 분석하고 있다. 

이를 통해 건물 붕괴나 화재가 발생하는 즉시 이를 감지해

 당국에 경고를 보내는 시스템이 개발되고 있다.

성공적 지진 예측 실험

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또한, 2023년 9월, 미국 텍사스대학교 연구팀은 

AI 알고리즘을 활용한 지진 예측 실험에서 

큰 성과를 거두었다. 중국에서 진행된 시험에서,

 AI가 일주일 후 발생할 지진을 70%의 정확도로

 예측하는 데 성공한 것이다.

높아진 정확도

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이스라엘에서는 또 다른 연구팀이 

머신러닝 모델을 이용해 

대규모 지진을 48시간 전에 

83%의 정확도로 예측할 수 있다는

 연구 결과를 발표했다. 

이 모델은 지난 20년간의 데이터 분석을 통해,

 지진이 발생하기 전 전리층의 전자 밀도 변화를

포착하는 방식으로 작동한다.

지진 예측의 패러다임

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물론, 이러한 발전에도 불구하고 AI가 

인간 과학자를 완전히 대체할 수는 없다. 

로스 교수는 “AI는 어디까지나 연구자들이 

사용하는 도구일 뿐이다. 하지만 미래에는

 지진계를 사용할 때처럼 필수적인 존재가

 될 것”이라고 전망했다.
AI 기술이 지진 예측의 패러다임을 바꿀 수 있을까? 

앞으로의 연구 결과가 더욱 기대된다.

출처

(National Geographic) 

(BBC) (Smithsonian Magazine)