지질 구조판 내부에 위치한 한반도에서 지진이 발생하고 있다

[김규헌]

지질 구조판 내부에 위치한 한반도에서 지진이 발생하고 있다

[요약]

◯ 일반적으로 지진은 지질 구조판들이 서로 스쳐지나갈 때 경계면을 따라서 축적된 압력이 어느 순간 빠르게 분산되면서 발생한다.

◯ 특이하게 판의 가장자리에 축적된 압력으로 판의 중앙 부분에 변형될 때에는 판 내부에서도 지진이 발생할 수 있는데, 이러한 지진은 징후가 별로 나타나지 않고 알려진 정보가 많지 않다.

◯ 현재 진도 측정에 사용되는 리히터 척도에서는 지진파의 최대 진폭만 탐지할 수 있고, 로그 척도를 사용하기 때문에 지진의 강도는 진도 차이 1은 10배, 2는 100배를 의미한다.

◯ 지진에 작용하는 변수들이 너무 많은 반면, 이러한 변수들을 의미 있는 방식으로 분석할 만한 장비가 너무 적기 때문에 지진 발생 싯점을 정확하게 예측하기 어렵다.

[본문]

2017년 11월 12일 이란-이라크 접경 지역에서 규모 7.3의 강진이 발생해서 엄청난 인명 손실과 재산 피해가 발생했고, 2017년 11월 15일 오후 포항 북쪽에서 우리나라 지진 관측 사상 역대 2위인 규모 5.4의 지진이 발생해서 많은 피해가 발생했다. 2016년 9월에는 경주에서 역대 1위인 규모 5.8의 지진이 발생했다. 일본과 달리 우리나라는 지질 구조판 안에 위치해서 상대적으로 안전하다고 여겨졌지만, 예상보다 강한 지진이 발생하고 있다.   

                                    지질 구조판

1) 지진의 원인

거대한 지각 덩어리들이 갑자기 서로를 스쳐지나갈 때 지진이 발생한다.‘지질 구조판‘이라 불리는 이 거대한 덩어리들은 맨틀 (수백만 년 동안 아주 느리게 움직이는 유동체와 같은 행태를 보이는 층) 상부에 놓여있고 시간이 지나면서 서로 거칠게 밀친다. 또한 하나의 판이 다른 판 위로 미끄러져 오르는 침입 현상 (subduction)이 일어나기도 한다. 판들이 움직이면서 닿으면 마찰에 의해서 판들이 정지한 상태에서 경계면을 따라서 압력이 축적된다. 마침내 압력이 마찰력보다 커질 때 억눌린 에너지가 순식간에 분산되어 퍼지면서 땅이 흔들린다. 미국 캘리포니아 샌안드레어스 단층 (San Andreas Fault)에서 발생하는 지진이 이러한 종류의 지진이다. 하지만 지질 구조판들의 가장자리에 축적된 압력에 의해서 판의 중앙 부분에 변형이 생기는 경우에는 지질 구조판 내부에서도 지진이 발생할 수 있다. 이러한 종류의 지진은 탐지하고 측정하기가 더 어렵다. 스탠포드 대학교 지구물리학과 교수 Greg Beroza에 의하면, 판 내부에서 발생하는 지진에 관한 정보는 충분치 않다. 이러한 지진은 단층선을 따라서 발생하는 지진에 비해서 징후가 별로 나타나지 않는다.

2) 지진 측정 단위

1935년 리히터가 지진의 규모를 측정하기 위해서 고안한 리히터 척도는 구식이 되어가고 있다. 리히터 척도는 미진부터 탑을 넘어뜨리는 강진에 이르기 까지 엄청난 차이가 있는 모든 지진의 규모를 설명하기 위해서 선형이 아닌 로그 척도 (logarithmic scale)를 사용한다. 로그 척도에서는 진도 7의 지진은 진도 6 지진보다 10배, 진도 5 지진보다 100배 강하다. 또한 리히터 척도에서는 지진파의 최대 진폭만을 측정하기 때문에 지진의 강도를 간접적으로 추정한다. 이는 지진이 연못에 떨어진 돌덩이라면, 가장 큰 파고만 측정하고 돌덩이의 크기나 물결이 번져나가는 정도를 측정하지 않는다는 의미이다. 또한 지진파가 이동하는 지구 내부는 물과 같은 균일체가 아니고, 형태, 크기, 밀도가 다른 암석이고, 지질구조에 따라서 지진의 강도가 약해지거나 증폭되기도 한다. 현재는 리히터 척도 외에 몇 개의 척도가 진도 측정에 사용되고 있다.

3) 정확한 지진 예측은 어렵다

지진 예측은 오래 동안 “지진을 예측할 수 있다”고 주장하는 사기꾼과 사이비 과학자들의 게임이었기 때문에 과학자들에게 민감한 사안이다. 과학자들은 지진 발생 지역을 예상하는 감각이 뛰어나다. 즉 역사적인 기록과 지질 측정 자료를 이용해서 지진 다발 지역과 지진의 규모를 예측할 수 있다. 특히 십여 개의 단층선이 이란과 이라크를 관통하는 지역은 악명 높은 재앙적 지진의 다발 장소이다. 하지만 지진의 발생 시기 예측은 여전히 오리무중이다. Beroza는 “많은 지진학자들이 이 문제를 해결하기 위해서 수십 년 동안 연구하고 있지만, 지금도 필요한 정보가 부족하기 때문에 단기 지진 예측은 하지 않는다”고 말한다. 지진을 유발하는 힘은 광대한 지역에서 서서히 축적되지만, 지진 발생 시 축적된 힘이 좁은 지역을 따라서 빠르게 빠져 나가기 때문에 지진 발생 시점을 예측하기가 어렵다. 놀랍게도, 대륙에 걸쳐서 수백만 년 동안 누적된 힘이 수 분만에 도시를 강타할 수 있다. 지진을 예측하려면 최소한 수십 년에 걸쳐서 지하 깊은 곳을 고해상도 장비로 측정한 후 정교한 시뮬레이션 작업을 해야 한다. 그럼에도 불구하고 지진이 발생하기 수 시간 전에 정확한 발생 싯점을 예상할 수 있는 가능성이 낮다. 결론적으로 지진에 작용하는 변수들이 너무 많은 반면, 이러한 변수들을 의미 있는 방식으로 분석할 만한 장비가 너무 적다. 일부 연구자들은 본진에 앞서서 전진이 발생한다고 하지만, 정기적으로 발생하는 수백 개의 작은 지진들을 구별하기는 어려운 문제이다. 지진학자들은 지진 예측 시, 특히 수천 명의 생명과 수십억 달러의 재산이 걸린 지진을 예측할 때 과대평가나 과소평가를 꺼린다. 그리고 이렇게 조심했지만 문제가 발생한 사례가 있다. 2009년 일단의 작은 지진이 이태리 L’Aquila 지역에서 발생했다. 6인의 이태리 과학자들이 모여서 분석한 후 “이 지역에 강진이 발생할 가능성이 낮다”고 예측했다. 그러나 강진이 발생해서 309명이 사망했고, 2012년 법원은 이들에게 징역 6년을 선고했다. 나중에 판결이 뒤집혔지만, 이 경험은 과학자들이 불확실성과 위험을 대중에게 어떻게 전달해야 하는지에 대한 사례 연구가 되고 있다.

[원문] Vox 기사 (2017. 11. 13) “We know where the next big earthquakes will happen — but not when”

[출처] https://www.vox.com/energy-and-environment/2017/9/21/16339522/8-things-to-know-about-earthquakes-iraq-iran

[남기현]

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