[자연쾌감]'지금 당신의 발 밑에선 무슨일이…'

지진은 지진파를 발산하는 저장된 에너지의 급격한 방출을 동력으로 한 결과로 생기는 현상이다.
지구의 표면에서 지진은 땅을 흔들고 이동시키며 간혹 해일을 일으키며 인명 및 재산피해를 일으킨다.


지진은 자연적으로 일어나거나 인간의 활동에 의해서도 일어난다.
가장 일반적인 의미의 지진은 자연적 현상이든 인간의 활동에 의한 것이든 어떤 형태의 지진파를 발생시키는 활동은 모두 포함한다.

대부분 자연적으로 발생하는 지진은 지구의 지각 변동과 관계가 있다.
이런 지진은 ‘구조지진’이라 한다.
지구의 암석권은 지구의 맨틀과 중심부의 열에 의해서 발생하는 느리지만 지속적인 플레이트의 여러 층으로 겹쳐 있는 부분이다.


플레이트의 경계선은 서로 미끄러지면서 마찰에 의한 stress를 만든다.
마찰로 인한 스트레스가 local strength 라고 불리는 임계점을 넘으면 갑작스럽게 이상이 생긴다.
지각의 이상이 생긴 부분을 단층면(斷層面)이라 한다.


단층면 에서의 이상작용이 지각의 격렬한 이동을 일으키면 탄성적(彈性的) 긴장 에너지가 방출되며 탄성파가 방사(放射)되어 지진을 일으킨다.
지진의 전체 에너지 중에서 10퍼센트 정도가 지진파로 방사되지만 대부분의 지진 에너지는 지진으로 인한 갈라짐의 동력이 되며 결국 이는 열로 전환된다.


그러므로 지진은 미미하기는 하지만 지구의 가능한 잠재 에너지와 열 에너지를 낮추게 된다.
지진의 물리적 발생 과정을 묘사하기 위하여 지진학자들은 탄성 반발(反發) 이론을 사용한다.


구조 지진의 대부분은 지하 몇 십 킬로미터를 넘지 않는 깊이에서 발생한다.
지각의 플레이트와 플레이트 사이에서 발생하는 지진은 ‘interplate 지진’이라 하고 자주 발생하지는 않지만 암석권(岩石圈) 플레이트의 내부에서 일어나는 지진은 ‘intraplate 지진’이라 한다

지각이 두텁고 차가운 곳에서는 플레이트가 지구의 맨틀 밑으로 침입(沈入)하는 지대를 따라서 수 백 킬로미터의 깊이에서 일어난다.
이런 지진은 ‘deep focus 지진’이라 한다.


침입된 암석은 상태변화를 일으킨다.
예를 들어 (감람석이 첨정석으로) 그리고 저장된 에너지를 방출한다.
즉 탄성 에너지, 화학 에너지, 또는 중력 에너지 등으로 그러한 깊은 온도와 압력에서는 유지 될 수 없는 에너지들이다.


지진은 화산대에서도 일어나며 화산의 용암 움직임에 의해서도 일어난다.
이러한 지진은 화산 분출의 조기경보가 될 수 있다.


최근에 제시된 몇몇 이론에 의하면 일부 지진은 폭풍처럼 연속적으로 올 수도 있다고 주장한다.
이를 ‘earth quake storm’이라 하는데 하나의 지진이 일련의 연속지진을 유발 하는 것으로 여진과 유사하며 단층지대에 대한 이전의 변화에 의한 것이다.


그러나 몇 년 후에 일어나기도 하고 후에 일어나는 지진은 이전의 지진만큼이나 파괴적 일수도 있다.
이런 지진은 20세기에 터키의 아나톨리아 단층지대에서 연속 발생한 12차례의 지진, 1811년과 1812년 사이에 6회에 걸쳐 미국의 뉴 마드리드 지진에서 관찰되었으며, 중동과 미국 모하비 사막에서 발생한 다소 오래된 비정상적 연속된 지진도 위와같이 추정되었다.


어떤 지진은 지구의 지각에서 광물과 화석연료를 채취하거나 지각에서 유체(流體)를 제거하거나 주입하는 행위, 저수지에 의해 생기는 지진활동, 대폭발 그리고 고층건물의 붕괴 같은 인간의 활동에 의해서도 발생한다.


인간활동에 의한 지진은 ‘유도된 지진활동’이라 하는데 정확하게 지진은 아니고 자연적으로 발생한 지진과는 다른 진동도(震動圖)를 보여준다.


한편 드물게 발생하는 지진으로는 아프리카 잠비아에 있는 카리바댐의 경우처럼 댐에 엄청난 물을 저장해서 일어나기도 한다.
그리고 어떤 지열 발전소와 록키 산의 미군 화학 무기 제조 공장처럼 지각에 유체를 주입하거나 제거 할 때도 발생한다.


이 같은 지진은 지구 지각의 강도가 유체의 압력에 의해 변화 되었기 때문이다.
지진은 북 네덜란드의 경우처럼 지하에서 천연가스를 퍼 올리는 과정에서도 발생 할 수 있다.


인도의 서부 마하라쉬트라의 콘야 지역에서 1967년 12월 10일 발생한 지진은 세계에서 가장 크게 발생한 저수지에서 유도된 지진이었다.
리히터 지진계로 진도 6.3이었다 그러나 미국의 지질조사에서는 6.8로 보고되었다.


핵 폭발 같은 강력한 폭발은 낮은 강도로 땅을 흔들어 놓는다.
지난 1961년 옛 소련의 50 메가톤 규모의 암호명 ‘아이반’ 으로 명명된 핵폭발은 진도 7의 지진에 비교되는 지진을 만들어 내었는데 이는 너무 강력하여 지진파가 지구를 3번이나 돈 후에도 측정될 정도였다.


핵확산을 방지하기 위하여 국제 원자력기구는 핵실험 같은 불법행동을 탐지하기 위해서 지진학을 사용한다.
핵 보유국들은 정기적으로 상대방국가를 감시하기 위하여 폭발의 원천을 탐지하기 위하여 서로 연결된 지진계들의 연결망을 이용한다.


지진은 전세계에서 매일 일어나며 대부분은 지진계에 의해서만 측정될 정도이고 피해를 주지는 않는다.
그러나 대지진은 심각한 파괴와 엄청난 인명 피해를 다양한 방법으로 일으킨다.


여기에는 단층균열, 땅의 진동, 해일, 정진(靜振), 댐 파괴 등으로 인한 홍수, 다양한 지반의 액상화(液狀化), 산사태 등의 영구적 지상의 변동, 화재, 또는 기름 등의 위험물질의 누출(漏出)을 포함한다.
특정한 지진에서 이러한 파괴방법중의 하나가 반드시 개입하며 역사적으로도 심각한 피해와 엄청난 인명피해를 일으켰다.


그렇지만 대부분의 지진은 땅의 진동이 지배적(支配的)이며 가장 광범위한 피해를 일으킨다.
지진파는 동시에 발생하며 여기에 4가지가 있으며 지상에서 감지될 수 있다.
여기에는 P파, S파 그리고 Love파와 레일리 (rayleigh)파가 있다

P파(primary wave)는 지진파의 일종으로 지진계에 기록되는 지진에 의해 만들어져서 고체 및 액체를 통과하며 지진파 중 가장 속도가 빨라서 가장 먼저 측정된다.
음파도 일종의 P 파이다.
지구 내부의 입자들도 진동을 가지며 파동 에너지의 방향과 평행하여 진행한다는 것을 의미한다.


다른 지진파는 S파(secondary wave 또는shear wave)라 하는데 액체를 통과하지 않고 고체를 통과한다.
파동의 진행 방향에 수직으로 진행하며 밧줄의 움직임과 같다.


레일리파(Rayleigh waves)는 지진과 관련된 지하에서 용암의 움직임 또는 폭발과 망치로 내려치는듯한 충격 같은 지진 에너지의 원천과 관련된 지상파의 일종 이다.


Love파는 Q파라고도 하는데 지상파의 일종으로 지진발생시 수평 움직임을 일으킨다.
A.E.H. Love라는 학자가 1911년에 수학적으로 예측하였다.
Love파는 P파나 S파보다 느리게 움직이지만 레일리파 보다 빠르게 움직인다.


Love파가 지구표면으로 움직이므로 강도는 지진의 깊이에 지수적(指數的)으로 감소한다.


대부분의 대규모 지진은 주진(主震)을 전후한 예진(豫震)과 여진(餘震) 같은 소규모의 진동을 동반한다.
대부분의 모든 지진은 여진을 갖지만 예진은 전체 지진의 약10 퍼센트 에서만 발생한다.
지진의 위력은 특정지역에 영향을 미친다.


그러나 대규모의 지진은 전체 지구에 고르게 위력이 전달된다.
아주 먼 거리에서 발생한 지진에 의해 일어난 지상의 움직임은 원지(遠地)지진이라 한다.
2004년의 수마트라 안다만 지진의 레일리파는 지진으로 부터 멀리 위치한 지진계에 1센티미터 이상의 변화를 일으켰다 이는 비정상적으로 큰 변화였다.


세계각지의 이런 지상의 변화된 기록을 이용하여 지진학자들은 지진파가 발생한 지점을 정확히 알아낼 수 있다.
그 점을 진원(震原)이라 하며 단층이 미끄러져 내리기 시작하는 점과 일치한다.
진원 바로 위의 지표면을 진앙(震殃)이라 한다.
미끄러지는 단층부분의 전체 길이는 균열지대라고 하며 초대형 지진인 경우 무려 250킬로미터의 길이에 달한다.


해수면 밑에서 일어나면서 거대한 수직적 변위(變位)를 가져오는 지진은 해일을 일으키는데 지진에 의한 해저변화의 결과 때문이거나 또는 지진에 의해 유발된 직, 간접의 해저 산사태에 의한 결과이기도 하다.


지진학자들이 직접적으로 지구내부의 균열을 관찰할 수 없으므로 지진파를 분석하기 위하여 측지학적 측정과 수치적 실험에 의존하고 정확히 지진의 강도를 평가한다.


지진의 강도는 크기와 진도에 의해서 측정될 수 있다.
그러기 위해서 지진학자들은 2가지의 근본적으로 같은 그러나 똑같이 중요한 척도를 사용한다.
지진 에너지크기는 매그니튜드 스케일(magnitude scale)로 측정된다.
지구 표면의 주어진 점에서 일어나는 흔들림의 강도는 intensity scale로 측정한다.


간혹 어떤 언론들은 지진의 강도를 리히터 스케일로 보도하지만 요즘은 실제로 moment magnitude scale로 보도한다.
오래된 리히터 스케일은 보다 거대한 지진에는 적합하지 않다.


지진 강도의 분석은 과학자들로 하여금 미래 지진의 위치와 가능성을 추정 하도록 하여 가장 큰 위험이 있을만한 곳을 식별하고 그 지역에 위치한 사람들과 사회 기반 시설의 안전을 확보하는 것을 돕는다.


특정지역내의 지진으로 인한 효과의 다양한 범위를 보여주기 위하여 지진학자들은 등진 도선지도(等震 度線地圖)라는 특수한 지도를 만든다.


이 지도는 땅 흔들림 강도, 지표의 액상화, 흔들림의 강도, 또는 다른 지진 효과를 같은 수치를 가진 지역을 연결하여 등고선으로 표시한 지도이다.
전형적으로 이러한 지도들은 역사적으로 측정된 기록과 지진발생 지역근처에 있는 우체국과 지진으로부터 일정 거리 간격으로 떨어진 인구가 희박한 우체국으로 보내진 질문서에 대한 회답을 합쳐서 만들어진다.


이러한 지진 위험지도를 제작하는데는 여러 달이 걸린다.
오래된 방법에 비해 새로운 정보 수집 방법은 인터넷을 이용하여 거의 동시에 만들어진다.
지진을 경험한 사람들에 의하여 인터넷을 통해 응답된 정보는 특정지진의 지도를 만들고 배부하는 과정을 몇 달에서 몇 분으로 줄여준다.


지진위험지도는 여러분야에서 유용하게 사용된다.
보험회사가 지진 위험 지역내의 재산에 대한 보험 요율을 계산하는데 쓰이기도 하며 토목기사가 산허리의 안정성을 계산하는데 사용하기도 한다.
핵 폐기물의 안전을 관리하는 기관도 사용 한다.
그리고 또한 설계에 기본이 되는 건축 법규를 만드는 곳도 물론이다.


건축 법규에서 땅 흔들림 위험지도는 지진지대 지도로 전환된다.
이것은 건물 구조의 지진 영향 분석에 사용된다.
지진지대 지도는 여러 가지 위험 수준에 따라 지진위험 지대를 표시하고 있다.


지진지대 0.1.2 등으로 표시한다.
지진지대 지도는 특정 확률에서의 예상되는 지진 흔들림의 강도를 보여준다.
50년 기간에 1/10 확률이상의 흔들림 수준 이상을 말한다.
건물이나 다른 구조물들은 지진 지대 내에 건축될 때 가능한 지진으로 인한 진동을 견딜 수 있도록 설계 되어야 한다.


작은 지진은 세계 각지에서 매일 일어나며 미국의 캘리포니아, 알라스카 그리고 태평양 건너편의 인도네시아와 특히 일본에서는 하루에도 여러 번 일어난다.
큰 지진은 자주 일어나지는 않지만 일정 기간 내에 진도 4 이상의 지진이 진도 5 이상의 지진보다 10 배정도 많이 일어나는 것과 같이 지수적인 관계를 갖는다.


예를 들어 영국에서는 평균 발생확률을 다음과 같이 정해 놓고 있다.
진도 3.7 이거나 그 이상은 매년 발생하며 진도 4.7 이거나 그 이상은 10 년마다 진도 5.6 이거나 그 이상은 100 년마다 발생한다고 한다.


지진을 관측하는 관측소는 1931년에 350곳이었는데 오늘날은 4,000곳으로 증가되었다.
따라서 과거보다 훨씬 많은 지진이 보고되고 있으며 세계적으로 매일 35건이 보고된다.


이것은 세계적으로 지진이 증가되고 있다는 것을 의미하는 것은 아니다 그러나 미국지질연구소 (USGS) 는 1900년 이래로 1년에 평균적으로 진도 7.0 에서 7.9 사이의 지진이 18건 있었으며 진도 8.0 이상이 1번 있으며 이 숫자는 상대적으로 안정적인 것으로 평가했다.


이 결과는 해마다 큰 지진의 발생율이 감소하는 것을 말해준다.
자세한 지진정보는 미국지질 연구소에서 알 수 있다

대부분 세계 지진의 90 퍼센트 그리고 대지진의 81 퍼센트는 40,000킬로미터에 달하는 말굽 모양의 ‘환 태평양 지진대’에서 발생하며 Pacific Ring of Fire라고도 하며 태평양 플레이트에 접하고 있다.
대지진은 또한 히말라야 산맥의 플레이트 경계에서도 발생한다.


지진은 다음과 같은 끔찍한 결과를 가져온다
창문을 부수고 빌딩을 붕괴시키며 화재, 해일, 산사태, 빌딩기초를 약화시켜 다음 지진이 올 때 붕괴 시키거나 질병, 인명피해, 기초시설 파괴와 높은 보험료 지출을 가져다 준다.


지진은 수 십억 달러의 재산피해를 내고 수 천명의 인명피해를 가져온다.
우리는 지진을 방지할 수는 없지만 지진이 심각하게 영향을 줄 수 있는 곳을 피하거나 개조하고 식별하는 데에 지질학 지식을 이용하여 물리적 피해를 줄일 수 있다.
구조물과 표층 퇴적물의 깊이 등에 대한 상세한 지질학적 기술적 연구는 지진파의 증폭을 예측 할 수 있다.


산사태가 일어나거나 땅이 액화 될 수도 있는 지역을 지도로 만듦으로 도시계획 및 개발에서 지진에 대한 비상조치를 취할 수 있다.
BC주에서 지구물리학자들이 계속적인 지진활동의 관찰이 지진 위험의 이해에 필수적이다

이제국(자유기고가)