지진

지진

우리는 종종 뉴스를 통해 어느 나라 어떤 지역에서 대규모의 지진이 일어났다는 소식을 듣게 됩니다. 지진이 일어나면 건물이나, 도로, 다리 등이 무너지고, 많은 사람들이 다치거나 죽게 됩니다. 이로 인해 많은 사람들이 집을 잃고, 가족을 잃게 되기도 하며, 무너지고 부서진 건축물들을 복구하고, 새로 건축하기 위해 많은 비용이 듭니다. 이렇게 사회, 경제, 문화적으로 많은 피해를 발생시키고 사람들의 목숨을 앗아가기까지 하는 지진은 무엇이며, 또 왜, 어떻게 일어나게 되는 것일까요? 

▲ 지진이 지나간 아스팔트 도로(출처: 에듀넷)

■ 땅속에서 무슨 일이 일어나고 있는 걸까?

지진은 땅 속에서부터 일어나는 일입니다. 그럼, 땅속, 우리 지구의 내부는 무엇으로 이루어져 있고, 도대체 무슨 일이 일어나고 있는 것일까요? 우리 지구의 내부는 내핵, 외핵, 맨틀, 지각으로 이루어져 있습니다. 내핵은 온도가 약 6000°C에 이르는 뜨거운 고체 상태일 것으로 여기지고, 외핵은 액체 상태일 것으로 추정됩니다.

▲ 우리 지구의 내부 모습(출처: 에듀넷)

핵을 둘러싼 맨틀은 우리가 딛고 서 있는 땅, 지각 바로 아래에 위치하며, 지각보다 더 무거운 물질로 이루어져 있습니다. 이 맨틀은 고체 상태의 물질이지만 맨틀 아래 부분의 뜨거운 ‘외핵’과 맨틀 윗부분의 상대적으로 차가운 ‘지각’의 온도 차이로 인해 오랜 시간에 걸쳐 대류 운동을 하게 됩니다. 이러한 맨틀의 대류 운동으로 인해 지각이 힘을 받게 되고, 그 힘을 버틸 수 없게 되면 드디어 지각이 움직이기 시작하면서 지진이 일어나게 되는 것입니다. 

지진은 이렇게, 지구 내부의 힘에 의해 지각이 힘을 받으면서 지층이 끊어지거나, 움직이면서 발생하고, 종종 땅속의 마그마가 분출하면서 일어나는 화산 활동에 의해, 또는 드물게 지하수에 의한 침식 등에 의해서 발생하기도 합니다. 지층이 끊어지면서 일어나는 지진은 다음과 같은 과정을 통해 일어납니다. 지층은 탄성을 가지고 있어서 힘을 가하면 서서히 그 모양이 변합니다. 지층이 수평 방향으로 미는 힘을 받으면 서서히 휘어지게 되는데, 지층이 계속해서 힘을 받으면 그 변화를 견디지 못하고 약한 부분이 끊어집니다. 끊어진 면을 중심으로 양쪽의 암석이 서로 어긋나서 이동하게 되는데, 이때 땅이 흔들리면서 지진이 발생하게 됩니다. 

지진이 일어난 장소를 부르는 이름 

땅 속에서 지진이 발생한 장소, 즉 지진을 일으키는 에너지가 발생한 지점을 ‘진원’이라고 하고, 진원에서 지표면으로 수직으로 연결된 지점을 ‘진앙’이라고 합니다. 진앙은 진원에서 가장 가까운 지표이기 때문에 지진이 발생했을 때, 가장 큰 피해를 입는 곳입니다. 

▲ 진원과 진앙(출처: 에듀넷)

■ 땅이 움직이는 모양과 그 관측

지진의 관측 - 지진계 

지진은 지진계를 통하여 관측되는데, 지진계는 관성의 법칙을 이용하여 설계됩니다. 지면의 움직임을 잘 반영할 수 있는 지지대에 무거운 추를 달고 그 추의 끝에는 펜을 달아 두고 추를 달아놓은 그 지지대에 지진을 기록할 종이를 달아 둡니다. 지진이 발생했을 때 지면의 움직임대로 지지대가 흔들리는데, 이때 무거운 추는 관성 때문에 계속 정지해 있게 됩니다. 이렇게, 펜이 달린 무거운 추는 멈추어 있고, 진동으로 흔들리는 지지대에 고정된 종이가 움직이면서 지진이 기록되는 것입니다. 그러나 결국 무거운 추도 나중에는 움직이게 되는데 이때 추의 고유한 진동 주기를 크게 만들어 놓으면 기록지상에서 지진으로 인한 진동과 추의 진동을 구별해 낼 수 있습니다. 이것이 역학적 방식의 지진계입니다. 다른 방식의 지진계로는 자기장과 코일을 이용해 만든 전자기식 지진계가 있습니다. 

지진의 가록 방식은 종이 위에 펜으로 기록하는 방식 말고도, 추에 거울을 달아 지지대에서 나오는 빛을 반사하여 사진 건판에 기록하는 방법이 있고, 간단한 지진계의 경우엔 별도의 기록계 없이 신호를 바로 컴퓨터로 보내는 방법도 있습니다. 

▲ 역학적 방식의 지진계와 지진계에 의해 기록된 지진파 모습(출처: 에듀넷)

지진파 

지진파는 지진이 일어났을 때 발생하는 지각의 파동, 즉 지각이 진동하는 움직임을 말합니다. 지진파는 지진계를 이용하여 측정하며, 지진파 연구를 통해 지구 내부를 유추할 수 있습니다. 지진파의 종류는 크게 실체파(Body wave)와 표면파(Surface wave)로 구분됩니다. 실체파는 지진이 발생한 지점인 진원으로부터 시작되어 지각 내부를 통해 전달되는 지진파를 말하고, 표면파는 지각의 표면을 따라 전달되는 지진파를 말합니다. 

실체파와 표면파는 각각 다시 두 종류의 지진파로 나뉘게 됩니다. 먼저 실체파에 대해 알아보겠습니다. 지각 내부를 통해 전달되는 실체파(Body wave)는 P파와 S파로 나뉘게 되는데, P파(Primary wave)는 속도가 빨라, 지진이 일어났을 때 가장 먼저 지진계로 측정되는 지진파입니다. 고체, 액체, 기체 상태의 물질을 모두 통과하고, 속도는 7~8km/s 정도, 진폭이 작아 피해가 적고, 지구 내부의 모든 부분을 통과합니다. S파(Secondary wave)는 ‘두 번째 파장‘ 이라는 영어 이름을 줄여 부른 것인데, 이름대로 지진계에 두 번째로 측정되는 지진파입니다. 속도는 3~4km/s로 비교적 느리지만 진폭이 커 피해가 큽니다. 액체를 통과하지 못하기 때문에 지구 내부의 핵을 통과하지 못합니다. 

▲ 지구 내부로 전달되는 지진파의 모습(출처: 에듀넷)

다음으로 표면파로는 레일리파(Rayleigh wave)와 러브파(Love wave)가 있습니다. 레일리파(R파)는 1885년 영국의 물리학자 레일리에 의해 예측되었습니다. 실체파보다 느리며, 이 레일리파의 분석을 통해 가로로 진행하는 지진파의 속도에 대한 연구를 할 수 있습니다. 러브파(L파)는 영국의 수학자 러브가 1911년경 수학적으로 유도해 내었습니다. 실체파보다 느리지만 레일리파보다 빠르며, 지진파들 중 가장 파괴력이 강합니다. 

▲ 표면파와 레일리파와 러브파(출처: 에듀넷)

■ 지진의 세기

규모 

지진의 강도를 나타내는 단위인 ‘규모 (magnitude)’는 1935년 미국의 지질학자인 리히터(C. Richter)에 의해 제안되었습니다. 제안자의 이름을 따서 ‘리히터 규모’라고도 불리는 이 단위는 지진파의 최대 진폭, 진동 시간, S파와 P파의 도달 시간 차이 등 지진계에 기록된 지진파의 정보를 이용해 측정하는데, 이것은 지진에 의해 방출된 에너지의 양을 나타내는 단위입니다. 

구분	영향
0~2	사람은 보통 진동을 느끼지 못한다. 하루에 약 8000건 발생
2	사람은 진동을 잘 느끼지 못하지만 지진계에 기록된다. 하루 약 1000건 발생
3	사람은 자주 느끼지만 피해는 입히지 않는다. 1년에 약 49,000건 발생
4	방 안의 물건들이 흔들리는 것을 뚜렷이 관찰할 수 있지만 심각한 피해는 입히지 않는다. 1년에 6.200건 발생
5	좁은 면적에 걸쳐 부실하게 지어진 건물에 심한 손상을 입힌다. 1년에 약 800건 발생
6	최대 160km에 걸쳐 건물들을 파괴하며, 1년에 약 120건 발생
7	넓은 지역에 걸쳐 심한 피해를 입히며, 1년에 약 18건 발생
8	수백 km 지역에 걸쳐 심한 피해를 입히며, 1년에 1건 정도 발생
9 이상	수천 km 지역을 완전히 파괴하는데, 약 20년에 1건 발생

▲ 지진의 리허터 규모에 따라 나타나는 현상들

▲ 규모 8.8의 강진이 일어난 칠레(출처: 에듀넷)

진도(Intensity) 

1902년 주세페 메르칼리(Giuseppe Mercalli)에 의해 10단계로 제안된 지진의 진도는 어떤 장소에 나타난 진동의 세기를 사람의 느낌이나, 주변의 물체와 구조물의 흔들림, 피해 정도를 반영하여 수치로 나타낸 것입니다. 진도는 그 지역의 지질 구조와 구조물의 형태, 인구 현황 등 여러 가지 환경적인 요소에 따라 다르게 평가될 수 있습니다. 따라서 특정한 규모의 지진에 대해, 진도는 지역에 따라 여러 값으로 달라질 수 있습니다. 이런 방식으로 지진의 크기를 정하는 진도는 현재 나라마다 사정에 맞게 수정된 형태로 사용되고 있는데, 우리나라는 1921년 미국 캘리포니아 건물들을 기준으로 삼아 수정된 12단계의 수정 메르칼리 진도를 2001년부터 사용하고 있습니다. 

[자료출처: 에듀넷]