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지진
지진(地震, earthquake, quake, tremor, temblor)은 오랫동안 누적된 변형 에너지가 갑자기 방출되면서 지각이 흔들리는 일을 말한다. 지학(地學)에서는, 지구 내부의 한 곳에서 급격한 움직임이 일어나 그곳에서 지진파가 시작되어 지표(地表)까지 전하여지는 일을 이른다.
목차
개요[편집]
지진은 지구 암석권 내부에서 갑작스럽게 에너지를 방출하면서 지진파를 만들어내며 지구 표면까지 흔들리는 현상이다. 즉, 지진파가 지구 지각의 암석층을 통과하면서 발생하는 갑작스러운 땅의 흔들림을 말한다. 지진은 느낄 수 없을 정도로 약한 크기서부터 사람과 여러 물건을 공중으로 들어 올리고 도시 전체를 파괴할 수 있을 정도로 매우 격렬한 크기의 지진까지 다양한 강도로 일어난다. 특정 지역의 지진 활동(seismic activity)이란 특정 기간 그 지역에서 발생한 지진의 빈도, 유형, 크기를 말한다. 지진에는 지표면의 진동 외에도 정상 미끄러짐이나 슬로우 슬립 같은 비진동성 암반의 미끄러짐 현상도 포함된다.
자연 지진은 지하에 강한 충격이 가해지거나 단층이 미끄러지면서 강력한 에너지가 방출되는 것으로 지구 내부 어딘가에서 급격한 변화가 생겨 그 힘으로 생긴 파동이 지표면까지 전해져 지반이 진동하게 된다. 인공 지진은 핵실험이나 대규모 폭발로 지반이 흔들리는 것을 가리킨다. 지진은 지구 표면의 땅을 흔들고 암반의 위치를 옮기거나 변성시켜 휘어지게 만든다. 큰 지진의 진앙이 바다 해역 상에 있다면 해저 지형의 변화로 쓰나미가 일어날 수도 있다. 또한, 지진으로 산사태나 액상화 현상 같은 2차 피해가 일어날 수 있으며, 일부 지진은 화산 활동을 일으킨다.
'지진'이라는 용어는 지진파를 일으키는 자연적, 인공적인 지진학적 현상을 통틀어 일컫는다. 대부분의 지진은 단층파열로 일어나며 그 외에도 화산 활동, 산사태, 지뢰 폭발, 핵실험 등 여러 자연적, 인공적 원인으로도 발생한다. 지진이 일어날 때 처음으로 단층이 파열되어 흔들림이 시작된 지점을 진원이라고 하고, 진원의 지표면상 지점을 진앙이라고 부른다.
대부분의 지진은 1분 내외의 짧은 시간 동안 진동한다. 한 차례의 지진에서 가장 오랜 시간 진동이 관측된 것은 1985년 멕시코시티 대지진 때 전진이 3분 20초간 진동한 것이다. 지진은 넓은 지역에서 동시에 느껴지는데 이는 지진파가 전달되는 속도가 매우 빠르기 때문이다. 일반적으로 지진은 진원에서 가장 가까운 지표인 진앙에서 흔들림이 가장 세고 그곳으로부터 멀어지면서 약화되어 어느 한계점을 지나면 더 이상 느끼지 못하게 된다. 드물게 지질학적 원인에 의해 거리적 비례를 따르지 않는 이상진역이 발생하기도 한다.
지진에는 미동조차 느끼기 힘든 약한 지진이 있는 한편 도호쿠 지방 태평양 해역 지진과 같이 자전축을 뒤흔들 만큼 강력한 지진이 발생하기도 한다. 이렇게 세기에 따라 파멸적인 위력을 가진 자연재해가 될 수 있음에도 현대 인류의 과학기술로 지진의 발생 시기와 장소를 사전에 예측할 수 있는 방법은 존재하지 않는다. 이 때문에 많은 선진국들은 조기경보 시스템의 구축과 지진대피요령 및 재난계획의 수립, 내진설계 등 공학적 연구를 통해 지진에 대비하고 있다.[1][2]
어원[편집]
영어에서 'earthquake'는 13세기 'eorthequakynge'라는 중세 영어 단어에서 유래한 말로, "땅에서 일어난 흔들림"이라는 'quavinge of erþe'이 하나로 합쳐진 말이다. 14세기 초 중세 영어에서는 위의 Earthquake를 줄인 "quaken"(현대 영어의 quake) 또한 지진을 가리키는 명사로 쓰이기 시작했다. 한편 'tremor'는 큰 지진보다 먼저, 혹은 늦게 발생하는 작은 지진을 말하며 중세 영어의 'tremour', 앵글로노르만어의 'tremor', 라틴어의 'tremere'에서 유래하였다.
한국어의 "지진"이라는 단어는 고대 한문의 '地震'이라는 단어에서 유래되었는데, 《죽서기년》에서 기원전 1831년 혹은 기원전 1652년에 중국의 태산에서 땅이 뒤흔들린 일을 "태산진"(泰山震)이라고 처음 표현하였다. 태산에서 일어난 지진 기록은 인류 역사상 최초의 지진이 기록된 문헌 기록이다. '震'이라는 단어는 중국티베트조어의 "*dar ~ d(u/i)r "에서 유래되었으며 중세 중국어에서 '地震'으로 발전하였다.[2]
규모와 진도[편집]
대중적으로 규모(Magnitude, 매그니튜드)와 진도(Intensity scale)를 혼동하는 경우가 잦으며, 특히 한국과 같이 지진이 흔치 않은 국가에서는 관련 방재 교육이 미비하여 국민들이 이러한 정보를 받아들이는 데 어려움을 겪는 경우가 많다. 지진의 규모와 진도는 엄연히 다른 것이므로 이를 구분하는 데 있어 주의가 필요하다.
- 규모(Magnitude) : 절대적인 세기의 척도이며 지진에너지 측정을 통해 계산된다. 흔히 말하는 'M5.8의 지진' 같은 말은 이 규모(M)값을 말하는 것이다. 가장 널리 쓰이는 지진 규모인 리히터 규모는 과 같이 계산하여, 1 증가할 때 지진 에너지는 약 32배 커진다. 이 값은 지진이 방출하는 에너지 관점에서 매긴 값으로 예를 들어 리히터 규모 7은 규모 5의 약 1000배의 에너지를 방출한다. 진폭의 경우 리히터 규모를 기준으로 진폭이 10배 증가하면 규모 1이 증가한다. 리히터 규모 7은 규모 5의 약 100배의 진폭을 지닌 지진이다. 규모는 3.5와 같이 소수점 한자리까지 적는다. 진도와 달리 규모는 전 세계가 거의 동일한 값을 사용한다.
- 진도(Intensity scale) : 특정 장소에서 느껴지는 상대적인 세기의 척도를 나타내며 특정 지점의 땅이 흔들리는 정도를 측정한 것이다. 주로 피해의 정도를 직관적으로 나타내기 위해서 사용한다. 흔히 '경주에서는 진도 VI', '울산에서는 진도 V' 등으로 표기된다. 관측자인 '자신'이 기준이기에 진원에서부터 거리가 멀어질수록 약하게 측정되는 경향을 보인다. 다만, 지반의 연약성 등 다른 요인으로 상대적으로 거리가 멈에도 불구하고 진도가 더 높게 측정되기도 한다. 나라마다 사용하는 진도가 다르며, 일반인이 많이 접하는 진도에는 일본에서 사용하는 '일본 기상청 진도계급'과 주로 미국과 한국에서 사용하는 '수정 메르칼리 진도계급'이 있다. 두 진도 계급은 완전히 다르므로 구별해서 사용하는 것이 좋다. 언론에서도 오용하는 경우가 많은데, 진도는 서울 진도2 또는 II와 같이 정수로 적는다. 따라서 진도 2.8과 같은 표현은 존재하지 않는다. '규모 2.8의 지진이 발생해 충남에서 진도III 충북에서 진도II를 기록했다.'와 같은 표현이 올바른 표현이다. 또 '리히터 지진계로 진도 9.0의 지진'은 틀린 표현이고, 리히터(릭터) 규모 9.0의 지진'은 맞는 표현이다
규모의 종류
- 국지규모(리히터규모, ML): 남부 캘리포니아에서 발생한 지진의 크기를 나타내기 위해 미국의 지진학자 리히터(C.F.Richter)가 고안했다.
- 규모 산정시 거리상의 제한(600km)이 있어 근거리에서 발생한 지진에 대해서 사용된다.
- 규모식에는 지진파가 전달되는 매질의 특성을 나타내는 항이 포함되어 있으며, 이 값은 지진이 발생한 지역에 따라 다르다.
- 실체파 규모(mb), 표면파 규모(Ms): 근거리 지진에만 적용하는 국지규모의 단점을 보완했다.
- 실체파 규모: 심발지진 또는 인공지진 규모 계산에 활용된다.
- 표면파 규모: 천발지진의 규모 계산에 활용된다.
- ※ 지진 발생 거리나 깊이에 따라 규모 차이 발생
- 모멘트 규모(MW): 규모 산정 시 단층면의 면적과 어긋난 길이의 곱에 비례하는 물리적인 양을 사용한다.
- 비교적 큰 규모의 지진의 크기를 계산하기에 적합한 규모식이다.
- ex) 1960년 칠레 지진의 리히터 규모는 8.3인 반면, 모멘트 규모는 9.5
- 기상청(JMA)규모(MJ): 일본 기상청이 사용하는 규모이다.
- 지진계의 최대 진폭을 바탕으로 한 규모 척도 중 하나이다.
- 모멘트 규모의 근사값을 빠르계 계산할 수 있어서, 지진해일 예보에 빠르게 이용할 수 있음. 다만 규모가 큰 거대지진의 경우에는 규모를 과소평가할 수 있다.[1]
원인[편집]
암석은 힘을 받았을 때 그 반응으로 보통 두 가지 유동학적인 움직임을 갖는다. 하나는 연성(延性, ductile) 변형이고, 나머지 하나는 취성(脆性, brittle) 변형이다. 보통 연성 변형은 온도와 압력이 높아야 선호되므로 보통 생각하는 지표의 암석은 취성 변형을 선호한다. 즉, 힘을 가했을 때 암석이 부서지거나 금이 가는 등, 단단하게 행동하는 것은 대체로 다 취성 변형의 결과이다. 지구 내부로 들어가면 암석은 높은 압력과 열 때문에 연성 변형을 선호하며, 따라서 취성 변형을 일으키는 암석은 지구 겉 부분 수십 킬로미터에 분포하며 간혹 수백 킬로미터 구간까지 포함된다.
암석이 취성 변형을 선호할 때, 강력한 힘이 가해지면 암석은 '부서지게' 된다. 그렇지만 지하는 암석으로 가득 차 있기 때문에 어지간해서는 빈 곳을 만들 수 없으므로, 지하의 암석은 구부러지거나(습곡) 절단면 즉, 단층을 만들어낸다. 이렇게 힘이 가해진 암석이 절단면을 만들거나, 혹은 이미 만들어진 절단면이 다시 움직일 때 파동 에너지가 만들어져 사방으로 전파되는데 이것이 지진이다.
탄성 반발(Elastic rebound)
이 이론은 1906년 캘리포니아 대지진이 발생했을 때, H. F. 리드(H. F. Reid)가 산안드레아스 단층을 조사하여 지진의 원인을 고찰한 것이다. 이는 지면에 기존의 단층이 존재한다고 가정하고 이 단층에 가해지고 있는 힘(탄성력)에 어느 부분이 견딜 수 없게 되는 순간(임계점을 넘음) 급격한 파열을 일으켜 지진이 발생한다는 설명이다. 이 이론의 핵심은 다음과 같다.
- 지진은 장기간에 걸쳐 지각의 일부에 응력이 가해져 나타나는 변형이 축적된다.
- 누적된 응력이 암석의 강도 한계를 넘게 되면 파쇄가 일어나며, 변형을 해소하고 변위가 발생하며 지진이 발생한다.
- 지진 발생 시, 파쇄 전 암석의 양쪽은 변형이 없는 위치로 튕겨 가고 이 운동은 파쇄부에서 멀어질수록 감소한다.
- 지진에 의한 진동은 처음엔 파쇄면의 작은 면적에서 시작되며 이 면적은 곧 빠른 속도로 팽창해 나간다.
- 파쇄와 이에 수반하는 진동이 맨 처음 시작되는 지각 내의 한 점을 진원이라 부른다.
- 지진 발생 시 방출된 에너지는 파쇄되기 직전 변형된 암석의 탄성 에너지이다.
즉, 주변에 가해지는 응력장이 있다면, 암석은 이 응력장에 대해 조금씩 변형된다. 그렇지만 암석의 탄성 한계 이상의 힘이 가해진다면 암석은 변형된 상태를 해소하고, 이때 누적되어 있던 탄성 에너지가 파동 에너지로 뿜어져 나오는 셈이다. 위 용어들을 일상 생활에서 볼 수 있는 현상에 비유하자면 다음과 같다. 나무젓가락을 구부리면(응력) 처음에야 조금 휘어지면서(변형) 그 응력을 버티지만, 힘을 더 가하게 되면(강도 한계를 지나침) 나무젓가락이 완전히 부러지면서(파쇄) 주변에 소리와 나무젓가락의 떨림으로 탄성 에너지가 변환되고 나무젓가락은 변형을 해소하는 곳(즉, 변형이 0이 되는 새로운 위치)으로 움직인다(변위). 이때 발생 되는 에너지는 시간과 질량에 따라 다르지만 응력과 마찰력의 합력에 비례할 것이다.
에너지 원천
지진은 지각의 거대한 움직임이고, 여기에는 엄청난 에너지가 필요한데, 이 에너지는 바로 지구 내부의 에너지 대류에서 기인한다. 지구상의 생물들과 대기가 태양에너지를 원천으로 삼아 움직이는 것과 달리, 지진과 화산 등 지각 활동은 지구 내부 에너지의 변화에 따라 발생한다. 지진에는 많은 종류가 있지만, 흔히 생각하는 자연재해로서의 지진의 에너지원은 판구조론에 따른 지표의 움직임이다. 지구는 여러 겹의 층상 구조를 보이는데, 이때 유동학적인 측면에서 최상층의 고체층을 암석권이라고 부른다. 이는 하나의 판상의 덩어리로서 단단하게 행동하는 층을 가리킨다.
암석권은 따라서 달걀 껍데기처럼 고체 지구 최외곽을 덮고 있는데, 그 아래 맨틀이 움직이면서 십수개의 조각으로 쪼개져 있다. 이 조각들을 판이라고 부르며, 이들은 서로 다른 방향으로 움직이고 있다. 이 판들은 매일 아주 느린 속도로 움직이고 있으니, 따지고 보면 지진은 매일 일어나는 것이다. 그러나 이 지진은 일반 사람들은 알아내기 힘들며 그나마 지진계로 측정할 수 있는 값이다. 흔히 말하는 지진은 판들끼리 서로 충돌하며 이루어지는 거대한 지진들을 의미한다. 이러한 움직임이 직접 지진을 일으키기도 하고 다른 형태의 지진 에너지원을 제공하기도 한다. 판을 움직이는 힘은 다양한 형태로 나타나는데, 침강지역에서 판이 암석권 밑의 상부맨틀에 비해 차고 무겁기 때문에 이를 뚫고 들어가려는 힘, 상부 맨틀 밑에서 판이 상승하여 분리되거나 좌우로 넓어지려는 힘, 지구 내부의 열대류에 의해 상부맨틀이 판의 밑부분을 끌고 이동하는 힘 등이라고 생각할 수 있으나, 이것들이 어느 정도의 비율로 작용하는지는 정확히 알 수는 없다.[1]
양상[편집]
진원과 진앙[편집]
지진이 발생한 땅 속의 지점을 진원(震源, hypocenter), 진원에서 수직으로 올라오면 도달하는 표면 위 지점을 진앙(震央, epicenter)이라고 한다. 따라서 지진이 발생하면 가장 먼저 진앙이 영향을 받고 다음으로 진원으로부터 구형으로 뻗어 나간 파동이 주변 지표로 전달되는 형상이 된다.[1]
전진·본진·여진[편집]
지진은 한 차례 발생할 때 단 한 번 진동하는 것이 아니라 주변 지층의 응력을 해소하면서 연속적인 작은 지진을 몰고 온다. 미래 시점에서, 같은 시기 같은 장소에서 일어났던 지진 중 가장 강력한 지진을 본진(本震, main shock)이라 하며, 본진이 일어나기 전 발생한 초기 지진을 전진(前震, foreshock), 본진이 일어난 뒤 산발적으로 일어나는 작은 지진을 여진(餘震, aftershock) 이라고 칭한다.
- 전진(前震, foreshock) : 예진(豫震)이라고도 하며, 지진동으로 인한 유발지진과는 구분된다. 큰 지진 이전에 대개 비슷한 위치에서 본진에 비해서 규모가 작은 지진이 선발하는 현상을 이른다. 규모가 매우 큰 본진이 일어나기 전에는 발생하는 전진의 리히터 규모도 매우 큰데, 실제로 Mj 9.1에 해당하는 동일본 대지진 재해 때 발생 이틀 전인 2011년 3월 9일 미야기현 앞바다 부근에서 Mj 7.3에 해당하는 강진이 발생했다. 당시 이 정도 규모로 그칠 것으로 안심했으나 이틀 후 규모 9.1에 해당하는 매우 큰 강진이 발생해 수 많은 피해를 낳았다. 대한민국에서는 기상관측 이후로는 경주 지진 당시 전진과 본진이 처음으로 관측되었다.
- 본진(本震, main shock) : 주진(主震)이라고도 한다. 특정 지역에서 연속된 지진이 일어날 때, 지진 중 규모가 가장 컸던 지진. 큰 지진의 앞에 오는 지진을 뜻하는 전진, 큰 지진에 뒤따라 일어나는 지진을 뜻하는 여진과 함께 사용하는 용어이다.
- 여진(餘震, aftershock) :본진이 일어난 후 뒤따라 일어나는 지진들. 일반적으로 본진(本震)보다는 리히터 규모가 작은 지진을 가리키며, 본진보다 큰 여진이 관측될 경우 본진이 전진이 되고 여진이 본진이 된다. 여진의 발생 횟수와 규모는 본진의 규모에 비례하는 경향이 있다. 따라서 본진 자체가 엄청난 규모의 대지진일 경우 이어 발생하는 여진들 역시 웬만한 대지진과 맞먹는 규모일 수 있다.
가끔 전진, 본진, 여진의 구별이 어려울 정도로 비슷한 규모의 지진이 연쇄적으로 발생하는 경우가 있다.[1]
지진파[편집]
지진이 일어났을 때 발생하는 파동을 지진파라고 한다. 지진파는 P파(Primary, 1차)에서 S파(Secondary, 2차), L파(러브파), R파(레일리파) 순으로 전달되며, 횡파인 S파가 도착한 때부터 큰 피해가 일어난다. P파가 도착한 시점부터 S파가 도착하기까지 걸리는 시간을 PS시라고 하며, 이 PS시를 측정해서 진원과 진앙의 위치를 추정할 수 있다. 3개 이상의 관측점에서 각각 측정한 PS시로 진앙거리를 구한 뒤, 진앙거리를 반지름으로 하는 동심원의 교차점을 찾으면 진앙이 추정된다. 오늘날의 지진 예보 시스템에서는 지진이 관측된 즉시 이러한 과정을 컴퓨터가 자동으로 수행한다.
지구 내부로 뻗어 나간 지진파는 맨틀에 도착하면 그 속도가 빨라진다. 1909년 안드리아 모호로비치치가 이렇게 속도가 빨라지는 지하 30-60km 지점을 지각과 맨틀의 경계로 정의했다(모호로비치치 불연속면). 맨틀을 통과하는 지진파의 속도는 진원지와 비교해서 1.5배에서 2배까지 빨라지는데 이를 통해 맨틀은 파동 전달이 잘 되는, 밀도가 빽빽한 물질로 이루어져 있다는 것을 추정할 수 있었다.
마찬가지로 액체 상태인 외핵에 도착하면 지진파의 속도가 느려지며, S파는 관측되지 않고 약한 세기의 P파만 관측된다. 1914년 독일의 베노 구텐베르크가 이를 발견하고 지하 약 2700-2900km 지점에 핵과 맨틀의 경계를 설정했다(구텐베르크-비헤르트 불연속면). 또한 P파 역시 외핵을 통과하면서 크게 굴절되어, 지구 반대편에서 관측할 때 이 굴절 때문에 지진파가 도달하지 않는 지역이 생기는데 이를 암영대(Shadow zone, 음영대)라 한다. 암영대는 진원지에서 지구 중심까지의 연직선을 기준으로 약 104도에서 140도에 걸쳐 형성된다.
핵 내부에서도 P파는 4900-5100km 지점에서 속도가 튀어 오르듯 약간 빨라진다. 덴마크의 지진학자인 잉게 레만은 1929년 6월 17일, 뉴질랜드 머치슨 시에서 발생한 규모 7.8의 강진을 분석하여 지구의 핵이 내핵과 외핵으로 나누어져 있다는 것을 발견하였다(레만 불연속면). 내핵에서 지진파의 속도가 증가하는 이유는 내핵이 고체로 이루어져 있기 때문이라는 것이 정설로, 섭씨 5천 도에서 고체상을 유지하기 위해서는 그 성분이 중금속이어야 하기 때문에 지구 초기 가스 구름, 운석 등으로 유입된 니켈과 철이 중심으로 가라앉아서 내핵을 형성한 것으로 보인다.
가장 주요한 파형인 P파와 S파에 대한 설명은 다음과 같다.
- P파 (P wave) : P파는 파형의 개형이 수평 운동을 하는 특성이 있다. 즉, grid가 수평면으로 일직선으로 이동한다는 소리다. 이동 속도는 단위 시간 당 무려 8 km/s라는 속도가 나온다. 이게 얼마나 빠른 속도냐면, 부산시청에서 서울시청까지 40초 만에 도달하게 되는 것이다. 허나 P파는 수평 운동을 해 속도가 빠른 만큼 에너지는 아래에 서술할 파형인 S파 보단 0.5배 정도로 약하다. 또 하나의 특성은 물과 같은 매질을 잘 통과한다는 특성이 있다. 이 때문에 동일본 대지진이 일어난 시점에서 그 지진파가 정확히 6시간 뒤인 노르웨이-스웨덴 바다를 흔들었다.
- S파 (S wave) : S파는 P파와 달리 파형의 개형이 수평 운동이 아닌, 정현파를 그리는 형태와 비슷하게 운동한다. 물리학에선 어떤 물질 혹은 물체가 발산하는 파장의 폭이 좁고 짧을 수록 에너지가 크고 반대로 넓고 길 수록 에너지는 낮다고도 알려져 있다. 이는 지진파도 마찬가지다. P파는 파형이 거의 수평 방향이라 속도는 S파보다 2배 빠르지만, 에너지는 S파보다 2배 정도 적다. 이와 같이 실질적으로 지진에 의한 피해에 있어 가장 큰 영향을 끼치는 녀석이 바로 이 S파다. 실제로 지진 경고도 P파를 미리 감지한 후 다음으로 도달할 S파를 최대한 예방하는 차원에서 알리는 것이다. 만약 지진 발생 20초 후에 경고가 떴으면 그 다음 40초 정도에 S파가 도달하는 것이니 약 20초 정도는 대피할 시간이 확보되는 것이기에 인명 피해를 최대한 줄이는 것이 목표다. 허나 요즘 기술이 많이 발달 돼서 내진 설계가 잘 되어 있어 지진 피해가 최소로 대폭 감소했다.[1]
이상진역[편집]
이상진역(異常震域, zone of abnormal seismic intensity)은 지진 발생시 특정 지역(진역, 震域)에서 이상(異常)적으로 높은 진도가 기록되는 것으로, 지진파의 전달거리와 진도가 반비례하지 않는 특이한 현상이다. 통상적으로 진도는 진앙과의 거리가 멀어질수록 감소하나, 이상진역은 특정 지역에서 높은 진도가 기록되는 현상을 가리킨다. 일부 지진의 경우, 진앙에서 상대적으로 먼 곳이 상대적으로 가까운 곳보다 더 높은 수치의 진도를 기록한 것을 알 수 있다. 이상진역의 발생 원인으로는 ①발생 깊이로 인한 진동의 왜곡, ②연약지반을 통과할 때의 상대적 증폭, 또는 ③지진파 전달 경로상의 특이점에 따른 진동 감쇄 효과의 약화를 들 수 있다. 이 가운데 가장 결정적인 요인은 ①의 발생 깊이이며, 따라서 대개 천발지진(淺發地震, 얕은 곳에서 발생한 지진)보다는 심발지진(深發地震, 깊은 곳에서 발생한 지진)일수록 이상진역이 나타날 가능성이 커진다.[1][3]
지반 액상화[편집]
지반 액상화 또는 토양 액상화는 지진동에 의한 간극수압의 상승으로 토양이 전단 저항을 상실하여 액체처럼 유동적으로 변하는 것을 가리킨다. 이 현상은 느슨한 포화 사질토 지반 내에서 진동 하중이 일정시간 지속되는 경우, 과잉간극수압이 점차적으로 증가함에 따라 지반이 저항력을 잃고 액체처럼 거동하는 현상을 가리킨다. 이러한 현상은 순간충격, 지반 파쇄, 지반 붕괴, 지진 및 기타 진동이 원인이 되어 발생할 수 있으며, 특히 규모가 큰 강진이 일어나거나 연약 지반, 간척지, 해안 지역 또는 지하수 등 수맥이 지나가는 진앙 부근에서 일어날 수 있다.[1][4]
세계의 지진[편집]
전 세계적으로 지구 내부에서는 매일 1000∼5000회 정도의 지진이 일어난다고 한다. 그런데 이러한 지진은 전 지역에서 골고루 발생하지 않고 어느 일정한 지역에서 집중적으로 발생하는데, 이와 같이 지진이 많이 발생하는 지대를 가리켜 지진대(地震帶: 지진띠)라고 한다. 세계의 주요 지진대는 모두 판의 경계부에 위치하며 화산대와 일치한다. 전 세계에서 지진 활동이 활발한 주요 지진대로는 태평양 주변의 환태평양지진대와 알프스-히말라야지진대, 중앙 해령을 따라 분포하는 중앙해령지진대로 나눌 수 있다.
특히 전 세계에서 지진 활동이 가장 활발한 태평양 연안의 환태평양지진대(Circum-Pacific Seismic Zone)는 아메리카 대륙의 서해안에서 알류샨열도, 캄차카반도, 쿠릴열도, 일본, 필리핀, 동인도제도를 거쳐 뉴질랜드로 이어져 있으며 약 4만km에 달한다. 이 지역의 활화산이 고리 모양으로 분포돼 있어 '불의 고리(Ring of Fire)'라는 이름이 붙었으며 활화산 중 80% 이상이 이곳에 위치한다. 이 지진대는 가장 큰 태평양판 가장자리에 있어 다른 판과 많이 부딪치므로 전 세계 지진의 80∼90%도 이곳에서 발생한다.
알프스-히말라야 지진대(Alps-Himalaya Seismic Zone)는 대서양의 아조레스 제도에서 지중해, 중동, 인도 북부, 수마트라, 인도네시아를 거쳐 환태평양지진대와 연결되는 지역으로 전 세계 지진의 15%가 이 지역에서 발생한다. 이 지역은 아라비아판과 인도판, 아프리카와 유럽판의 충돌 경계로 습곡작용과 융기가 활발하게 일어나며, 두 대륙판의 충돌에 의한 심발지진이 많이 발생한다. 중앙해령지진대(Midoceanic Ridge Seismic Zone)는 대양의 중앙에서 심해저 산맥인 해령을 따라 분포하며, 두 판이 멀어지는 발산경계로 V자곡의 열곡과 변환단층에서 천발지진 활동이 활발하다.
한편, 1900년 이후 가장 큰 규모의 지진은 1960년 5월 22일 칠레에서 있었던 진도 9.5의 지진이다. 이 지진은 칠레 남부 해안에서 조금 떨어진 해역에서 발생하였는데, 이 지진으로 칠레 남부에서는 약 2,000여 명이 사망하고, 약 3000여 명의 부상자가 발생하였다. 특히 이 지진으로 발생한 거대한 지진해일(쓰나미)이 환태평양 지역을 덮쳐 하와이에서 61명이 사망했고, 일본에서도 100명의 사망자와 85명의 실종자, 필리핀에서도 32명이 사망하거나 실종되었다.[5]
대한민국의 지진[편집]
대한민국은 지진 발생 원인을 설명하는 판구조론으로 볼 때, 유라시아판의 안쪽에 자리하고 있다. 이에 대한민국은 판의 경계에 위치하여 판의 지각운동으로부터 직접 영향을 받는 지역들과 달리 지진활동이 활발하지 않은 편이다. 그러나 2016년 9월 경북 경주에서 규모 5.8의 지진(경주 지진)이 발생하면서 더이상 한반도가 지진 안전 지대가 아니라는 우려가 일었다. 규모 5.8은 1978년 지진 관측이 시작된 이후 한반도에서 발생한 지진 가운데 가장 강력한 규모였다. 기상청에 따르면 1978〜1998년까지 우리나라의 지진 횟수는 연평균 19.2회였지만 1999∼2015년에는 연평균 47.8회로 2배 이상 급증했다. 한편, 한반도 동남쪽에 위치한 경상남북도 일대는 양산단층을 비롯해 울산단층, 왕산단층 등 크고 작은 단층들이 한데 모여 있다. 특히 양산단층은 낙동강 하구에서 부산 을숙도, 양산, 경주를 거쳐 경북 울진 기성면까지 약 200km 정도 이어지는 국내 대표적인 활성단층대다. 활성단층은 '최근에 운동을 했으며 미래에 운동을 할 수 있는 단층'으로 지진이 일어날 가능성이 높은 단층을 말한다.[5]
지진의 영향과 피해[편집]
지진이 발생하면 여러 현상이 발생한다. 이렇게 지진으로 발생한 피해를 한데 묶어 지진재해라고 부른다. 줄여서 진재(일본어: 震災しんさい 신사이[*])라고도 한다. 큰 것을 대진재라고도 부른다.
지진 재해는 지진 그 자체에 기인하는 1차 재해와 부수적으로 발생하는 2차 재해로 나뉜다. 1차 재해는 강한 지진동에 의한 지표나 지하 구조물의 파괴, 지반의 붕괴, 해일로 인한 가옥이나 선박의 유실·파괴 등이 있다. 또한 2차 재해에는 화재, 수도, 전기, 가스, 통신망의 파괴, 생활물자 유통망의 파괴로 인한 생활의 혼란 등을 말한다. 도시의 경우 2차 재해 특히 석유화학공장, 자동차의 연료, 건물의 연료 화재에 의한 비중이 커진다. 이 경우의 대책은 주로 도시 내에 있는 발화원을 줄이고 건물밀집지역의 방재작업이 원활하도록 하고, 도시 설계 당시부터 방재도시로 설계하는 것이다.
오늘날의 지진재해 대책의 특징은 1차 재해의 경감 및 2차 재해의 억지에 그 역점을 두고 있다. 대지진이 발생하면 가옥이 파괴되거나 손상되고, 지면에는 균열이 생기며, 또한 모래같은 땅에서 물이 분출하는 '분사현상' 등이 일어난다. 또한 산사태 등도 발생하여 큰 피해를 가져온다. 지진대와 화산대는 거의 일치해 지진으로 인한 충격으로 화산이 폭발하면 화산재구름이 하늘을 덮치는 등 피해가 속출한다. 특히 위험한 것은 지진에 따라 일어나는 화재로서 지진 그 자체에 의한 피해보다 불에 의한 피해가 훨씬 크다. 건축물의 피해에 관해서는 지진공학이란 특별한 공학부분이 있어서 그 대책을 연구하고 있으며, 내진 건축법이 고안되고 있다. 지진학이나 지진공학의 지식을 이용하여 지진재해를 경감시키는 것을 진재대책이라고 한다.
지진으로 발생하는 여러 현상에는 다음이 있다.
흔들림과 지반 파열
흔들림과 지반 파열은 지진으로 발생하는 주로 건축물과 기타 단단한 구조물에 여러 심각한 손상을 입히는 피해이다. 한 지역에서 흔들림으로 인한 피해 심각성은 지진의 규모, 진원과의 거리, 지역적, 지질학적, 지형적 조건 등등 여러 가지 복잡한 조건의 조합으로 달라지며 이 조건으로 파동의 진폭이 증폭되거나 감소될 수 있다. 지반의 흔들림은 최대 지반 가속도(PGA)로 계산한다.
특정 지역의 지리적, 지질학적, 지구조론적 조건 때문에 약한 규모의 지진에서도 지표면에 강한 흔들림이 느껴질 수 있다. 이런 현상을 지역적, 국지적 증폭 현상이라고 말한다. 이런 증폭 현상은 보통 단단한 깊은 토양에서 부드러운 얉은 토양으로 지진파가 전달되면서 퇴적물의 전형적인 지질학적 특성으로 지진 에너지가 한 곳으로 모이면서 발생한다. 예를 들어 1995년 일본에서 일어난 한신·아와지 대진재를 일으킨 효고현 남부 지진 당시에는 진도7을 감지한 지역이 기다란 띠 모양으로 생겨났다. 강한 진동을 느낀 지역이 띠 모양으로 생겨난 이유는 진원역을 만든 단층이 부드러운 지반인 오사카평야에 한신칸을 향해 직선 모양으로 뻗어 있었고 롯코산지와 오사카평야의 경계부에서 지진파가 간섭이나 증폭 현상을 일으켰기 때문이다. 이 때 발생한 강한 진동을 느낀 띠 지역은 진앙에서 약 30km 떨어진 지점까지 이어졌다.
지반 파열은 단층의 흔적을 따라 지구의 표면이 눈에 띄게 부서지고 변위가 생기는 현상으로 대지진의 경우 수 미터에 해당하는 지반 파열이 발생할 수 있다. 지반 파열은 댐, 교량, 원자력 발전소와 같은 대형 구조물에게 있어서 가장 큰 위협이며 구조물의 수명 내에 지반이 파열될 수 있는 모든 단층을 식별하기 위해 기존에 알려진 단층을 전부 지도화하는 과정이 중요하다.
토양액상화
토양액상화란 물에 모래와 같은 입자상을 띈 물질이 포화되면 일시적으로 그 강도를 잃고 고체에서 액체로 성질이 바뀌는 현상이다. 토양액상화는 건물이나 다리와 같은 단단한 구조물도 액상화가 되어버린 퇴적물, 땅 아래로 기울어지거나 가라앉게 만들 수 있다. 예를 들어 1964년 알래스카 지진 당시 광범위한 토양액상화 현상이 발생하여 많은 건물이 땅 속으로 가라앉다 붕괴되는 현상이 일어났다.
인적 피해
지진은 사망 및 부상자 발생, 도로와 교량의 손상, 전반적인 재산 피해, 건물 붕괴 또는 불안정화 등 다양한 인적, 물적 피해를 가져다 줄 수 있다. 또한 지진이 지나간 이후 여파로 전염병의 유행이나 기타 질병 감염, 기본적인 필수품 부족, 공황발작과 같은 정신적 충격, 생존자들의 집단 우울증, 보험료 상승 등 다양한 2차 피해를 입을 수 있다.
산사태
지진은 산사태라는 지질학적으로 큰 위협을 가하는 사면의 불안정화를 일으킬 수 있다. 특히 산지에서 지진이 발생할 경우 구조 작업을 진행하는 동안에도 산사태의 위협을 받아 2차 피해가 이어질 수 있다.
화재
지진으로 전력망이나 가스관이 손상되어 화재가 발생할 수 있다. 여기에 수도관이 파열되거나 압력을 상실할 경우 한번 화재가 시작한다면 진압하기 매우 어려워질 수 있다. 예를 들어 1906년 샌프란시스코 지진 당시에는 지진 자체의 사망자보다는 지진 이후 발생한 화재로 인한 사망자가 더 많았다.
지진해일 (쓰나미)
쓰나미는 해저에서 지진이 발생했을 때 대량의 물이 급작스럽게 움직이면서 발생하는 초장주기, 초장파 해파이다. 열려 있는 대양에서는 쓰나미 파도간 거리는 100km가 넘을 수 있으며 파도의 주기는 5분에서 1시간 이상까지 다양하다. 이런 쓰나미는 수심에 따라 다르지만 시속 600-80km의 속도로 이동한다. 지진이나 해저 산사태로 발생한 큰 쓰나미는 수 분 안에 해안가 지방을 덮칠 수 있다. 또한 쓰나미는 대양을 지나 수천 km 떨어진 다른 대륙까지도 이동할 수도 있고 이런 거대한 쓰나미를 일으킨 지진은 몇 시간 후에는 쓰나미가 덮쳐 아주 먼 해안 지역도 파괴될 수 있다. 일반적으로 규모 M7.5 이하의 지진은 쓰나미를 일으키지 않지만, 간혹가다 섭입대의 지진의 경우 간혹 M7.5 이하 규모의 지진에서도 쓰나미가 관측된 사례가 있다, 대부분의 거대하면서 피해가 큰 쓰나미는 규모 M7.5 이상의 지진에서 발생하였다.
홍수
지진의 2차적 영향으로 댐이 영향을 받아 파괴되면 홍수가 발생할 수 있다. 또한 지진으로 산사태가 일어나 천연댐이 만들어진 후 이 천연댐이 붕괴하여 홍수가 발생할 수 있다. 예를 들어, 타지키스탄의 사레즈호는 고대 지진으로 만들어진 산사태 댐(천연댐)인 우소이댐이 만들어져 형성된 지역이다. 이 댐이 붕괴할 경우 심각한 피해를 입을 수 있는데 향후 지진이나 기타 원인으로 우소이댐이 붕괴한다면 약 5백만명이 홍수 피해를 입을 수 있다.
지구물리학적 영향
큰 지진으로 인해 지구가 자유진동을 하면서 지구의 자전축, 자전 주기, 모양 등이 영향을 받고 있다. 이론적 모델에 따르면 2004년 수마트라섬 지진으로 인해 북극점은 동경 145도 방향으로 약 2.5cm 이동했다. 또한 지구의 편평도가 100억 분의 1 정도 감소하면서 지구의 자전 속도가 약간 빨라졌고, 결국 하루의 길이는 2.68마이크로초만큼 짧아졌다고 알려졌다. 2010년 칠레 지진에서는 하루의 길이가 1.26마이크로초만큼 짧아졌으며 지구의 자전축도 8cm가량 움직였다고 알려졌다. 또한 땅이 움직이면서 콘셉시온은 도시 전체가 서쪽으로 3.04m 이동했다는 사실이 정확한 GPS 측정을 통해 알려졌다. 칠레의 수도인 산티아고는 서쪽으로 거의 24cm가량 움직였으며, 심지어 콘셉시온에서 1,350km 떨어진 아르헨티나의 부에노스아이레스도 4cm가량 이동했다. 이러한 이동의 결과 칠레의 영토는 1.2km2 증가했다고 추정된다.
동일본 대지진에서는 혼슈가 동쪽으로 2.4m 움직였으며, 지구의 자전축은 대략 10~25cm 움직였을 것으로 추정된다. 또한 지구의 자전 속도는 약 1.8마이크로초/일 빨라졌다.[233] 지진 이후 초기에는 혼슈의 태평양 연안 일부가 1m가량 가라앉았으나 약 3년이 지나고 다시 솟아 오르며 원래 높이를 회복했다. 일본 북동부 일부는 북아메리카 대륙과 2.4m 정도 가까이 이동하였으며 이로 인해 일본 대륙 일부가 이전보다 넓어졌다. 이때 진앙과 가까운 지역일수록 크게 변화를 겪었다. 그러나 이러한 지구 자전축의 변화 등은 너무 작아서 눈에 띄는 기후 변화를 일으킬 수는 없다. 실제로 지구 대기와 해양의 질량이 변하면서 지구 자전축은 매년 일상적으로 39인치(약 99.06cm) 움직여, 지진에 의한 변화보다 훨씬 크게 변하고 있다.[2]
지진 예측 및 예보[편집]
지진 예측[편집]
지진 예측이란 지진학의 한 분야로, 미래의 지진이 언제, 어디서, 어떤 규모로 발생할 지 특정 한계선을 가지고 예측하는 일을 목표로 한다. 미래에 지진이 일어날 위치와 시각을 예측하기 위해 수많은 방법이 고안되었다. 하지만 지진학자들의 수많은 노력에도 불구하고 아직까지 과학적으로 재현 가능한, 특정 달이나 특정 날에 일어날 지진을 예측하는 방법은 존재하지 않는다.[2]
지진 예보[편집]
보통 예보(Forcasting)는 예측(Prediction)의 하위 분야로 간주하지만 지진학계 내에서는 지진 예보와 지진 예측을 서로 구분한다. 지진 예보란 수 년 혹은 수십 년에 걸쳐 특정 피해를 가져다 줄 지진의 주기와 그 규모를 추정하는 일을 포함해 전반적인 지진위험도의 확률적 분석을 수행하는 일이다. 이해가 잘 된 단층의 경우 향후 수십년 내에 세그먼트의 에스페리티가 파괴될 확률을 추정할 수 있다. 예를 들어, 일본 국토지리원에서는 단층의 규모에 따라 활단층을 A급 활단층에서 C급 활단층으로 구분하며, 일본 지진조사연구추진본부에서는 지진 발생 위험도에 따라 S급 위험도서부터 X급 위험도로 구분하여 각 단층에서 발생할 수 있는 지진의 규모와 발생 주기를 추정한다.
보통 예보(Forcasting)는 예측(Prediction)의 하위 분야로 간주하지만 지진학계 내에서는 지진 예보와 지진 예측을 서로 구분한다. 지진 예보란 수 년 혹은 수십 년에 걸쳐 특정 피해를 가져다 줄 지진의 주기와 그 규모를 추정하는 일을 포함해 전반적인 지진위험도의 확률적 분석을 수행하는 일이다. 이해가 잘 된 단층의 경우 향후 수십년 내에 세그먼트의 에스페리티가 파괴될 확률을 추정할 수 있다. 예를 들어, 일본 국토지리원에서는 단층의 규모에 따라 활단층을 A급 활단층에서 C급 활단층으로 구분하며, 일본 지진조사연구추진본부에서는 지진 발생 위험도에 따라 S급 위험도서부터 X급 위험도로 구분하여 각 단층에서 발생할 수 있는 지진의 규모와 발생 주기를 추정한다.[2]
피해 예방[편집]
통상 자연재해가 다 그렇지만 지진은 사전에 피해를 예방하기가 매우 힘든 편이다. 사전에 지진을 예측하는 기술은 확립되어 있지 않으며, 지진이 발생하기 전의 전조 현상을 몇 가지 추정하고 있기는 하지만 현대의 기술력으로 이를 정밀하게 진단하기엔 부족한 편이다. 그 때문에 현실의 지진 대처 방법은 내진설계가 지배적인 비중을 차지하고 있으며, 각국은 내진을 통한 건축물의 안전성 향상과 함께 지진 발생 시 대처 방법의 숙달을 통해 지진이 발생할 시 피해를 줄이는 방향으로 정책을 구축하고 있다. 내진 설계는 건물이 지진의 충격에 무너지지 않게 건축하는 것이지 건물은 흔들리기에 가구들을 고정하지 않으면 지진 발생 시 가구가 넘어오기도 한다. 따라서 내진 설계가 된 건물이든 그렇지 않은 건물이든 지진을 대비해 가구를 벽에 고정하는 것이 중요하다.
피해를 줄이는 방법은 최대한 빠르게 지진 소식을 알리는 것이다. 지진이 났다는 사실을 3초 일찍 알게 되면 부상자의 70%가 줄고 5초 일찍 알게 되면 사망자의 70%가 줄어든다는 일본의 연구 결과가 있다. 지진 예측까지는 아니지만, 일본의 경우 긴급지진속보라는 지진 조기 경보제를 운영하고 있으며, 중국이 해당 제도를 본따서 지진 조기 경보제도인 국가지진열도속보 및 예경공정을 제작하여 운영 중이다.
그 밖에 가정 단위에서 해둘 수 있는 예방법으로는 쉽게 쓰러지거나 떨어질 수 있고, 자칫하면 큰 피해를 당할 수 있는 물건을 치우거나 고정해 두는 것이다. 가정에서 평범하게 볼 수 있는 가구 중에 대표적으로 위험한 걸 꼽으면 사람 키 정도 되는 높은 책장이나 장롱 등이고, 지진이 원인이 아니더라도 키가 높은 가구들이 쓰러져 사람을 덮친 사고는 심심치 않게 일어난다. 따라서, 키가 높은 가구를 설치할 때 마치 액자를 걸 때 고정 하는 것처럼 벽면에도 고정을 해두는 것이 지진 발생시 피해를 최소화 하는 데 큰 도움이 될 수 있으며, 특히 책장의 경우 책을 꽂는 하단부에 야트막한 턱이 있는 제품을 쓰거나, 턱을 만들어 두면 지진 발생 시 책들이 우수수 떨어지는 것을 어느 정도 막아줄 수 있다. 견고하게(책이 쏟아져도 열리지 않을 정도의) 잠글 수 있는 문이 달린 캐비닛 형태의 것도 좋다.[1]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈지진〉, 《네이버 국어사전》
- 〈지진〉, 《한국민족문화대백과》
- 〈지진〉, 《나무위키》
- 〈지진〉, 《위키백과》
- 〈이상진역〉, 《나무위키》
- 〈지반 액상화〉, 《나무위키》
- 〈지진〉, 《시사상식사전》
같이 보기[편집]
