지진

지진(earthquake)이란 지구적인 힘에 의하여 땅속의 거대한 암반(巖盤)이 갑자기 갈라지면서 그 충격으로 땅이 흔들리는 현상을 말한다. 즉 지진은 지구내부 어딘가에서 급격한 지각변동이 생겨 그 충격으로 생긴 파동, 즉 지진파(seismic wave)가 지표면까지 전해져 지반을 진동시키는 것이다. 일반적으로 지진은 넓은 지역에서 거의 동시에 느껴진다. 이 때 각 지역의 흔들림의 정도, 즉 진도(seismic intensity)를 조사해 보면 갈라짐이 발생한 땅속 바로 위의 지표, 즉 진앙(epicenter)에서 흔들림이 가장 세고 그곳으로부터 멀어지면서 약하게 되어 어느 한계점을 지나면 느끼지 못하게 된다. 이것으로부터 흔들림이 가장 큰 장소 부근의 땅속에서 어떤 급격한 변동이 발생하여 그것에 의한 진동이 사방으로 전해져 여러 지역을 흔드는 것이라 볼 수 있다. 이것은 마치 종을 쳤을 때 사방으로 울려 퍼지는 음파와 같은 성질을 갖고 있다.

원인

지진의 직접적인 원인은 암석권에 있는 판(plate)의 움직임이다. 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, 지구내부의 열대류에 의해 상부맨틀이 판의 밑부분을 끌고 이동하는 힘 등이라고 생각할 수 있으나, 이것들이 어느 정도의 비율로 작용하는지는 정확히 알 수는 없다. 암석권(lithosphere)은 지표에서 100km 정도 두께의 딱딱한 층이며 그 밑에는 암석권에 비해 덜 딱딱하고 온도도 높아 쉽게 변형될 수 있는 층이 존재하는데(상부맨틀) 지진이 일어날 수 있는 깊이의 한계는 여기까지로 지표로부터 약 700km의 깊이이다(그림 1). 지진발생의 원인에 대한 학설은 여러 가지가 있으나 대표적 학설은 다음과 같다.

그림 1. 지구의 내부 구조

(1) 탄성반발설(Elastic rebound theory) 이 이론은 1906년 캘리포니아 대지진이 발생했을 때, H. F. Reid가 산안드레아스 단층을 조사하여 San Francisco 지진의 원인을 규명한 것이다. 이것은 지면에 기존의 단층이 존재한다고 가정하고 이 단층에 가해지고 있는 힘(탄성력)에 어느 부분이 견딜 수 없게 되는 순간 급격한 파괴를 일으켜 지진이 발생한다는 것으로 이 이론의 핵심은 다음과 같이 요약할 수 있다. 1) 지진은 장기간에 걸쳐 지각의 일부에 변형이 축적되어 암석의 강도(strength) 한계를 넘게 될 때 이 지각이 파쇄되며 발생한다. 2) 지진발생시, 파쇄전 암석의 양쪽은 변형이 없는 위치로 급속히 튕겨가고 이 운동은 파쇄부에서 멀어질수록 감소한다. 3) 지진에 의한 진동은 처음엔 파쇄면의 작은 면적에서 시작되며 이 면적은 곧 빠른 속도로 팽창해 나간다 (단 이 속도는 P파의 속도보다는 느리다). 파쇄와 이에 수반하는 진동이 맨 처음 시작되는 지각내의 한 점을 진원(focus 또는 hypocenter)이라 부른다. 4) 지진발생시 방출된 에너지는 파쇄되기 직전 변형된 암석의 탄성에너지이다. 그러나 모든 지진들이 단층운동으로 일어난다고 설명하는 것에는 불충분한 면이 많다. 무엇보다 지진이 단층운동에 지나지 않는다고 하면 단층을 움직이는 힘은 어디로부터 유래하는가가 다음의 문제로 되는데 이것을 설명하는 학설이 판구조론이다.

(2) 판구조론(Plate tectonics) 남미의 동부 해안선과 아프리카의 서부 해안선이 잘 들어맞는 현상은 과거부터 하나의 수수께끼로 제시되어 왔다. 1912년 독일의 지질학자인 알프레드 베게너는 이에 대한 설명으로서 현재 지구의 지각은 약 2억년전에 팡게아라는 하나의 초대륙으로부터 갈라져 나왔다는 가설을 제시하였다. 이러한 대륙이동설이 원동력이 되어 1960년대 후반에 등장한 판구조이론은 현재까지 가장 성공적인 지구물리학 이론 가운데 하나로 인정받고 있다. 판구조론에 따르면 지구의 표층이라고도 하는 수십km 혹은 그 이상의 두께를 가진 암석권은 유라시아판, 태평양판, 북미판 등 10여개의 판으로 나뉘어져 있다. 이들은 각각 서로 부딪치거나 밀고 때로는 서로 포개지면서 각각 매년 수cm 정도의 속도로 점성이 있는 맨틀위를 제각기 이동하고 있다. 이러한 지각판들의 운동은 그들의 가장자리 사이의 마찰에 의하여 경계부위에서 저항을 받는데 이는 두 개의 벽돌을 맞대고 문지를 때 미끄러지지 않으려는 것과 같다. 그러나 지구적인 힘이 판의 마찰저항을 초과할수 있는 단계에 도달하면 갑작스런 미끄러짐이 일어나며 이것이 바로 지진이다. 따라서 지진이 발생하기 쉬운 지역은 보통 판경계(interplate) 부근이지만 판내부(intraplate)에서도 종종 지진이 발생하고 있다. 판과 판의 경계에서는 마그마가 분출하기도 쉽기 때문에 지진발생 빈번지역과 화산이 주로 발생하는 지역은 서로 유사하게 마련이다. 따라서 이 이론은 대규모 수평면운동이 지진, 화산 및 조산현상의 원인임을 설명하였다. 일본의 지진은 대부분 태평양쪽에서 발생하고 있는데, 이것은 판경계지진으로 태평양판과 필리핀판이 유라시아판 밑으로 충돌·침강하고 있기 때문이다. (그림 2).

그림 2. 지구를 둘러싼 주요 판구조도

지진요소

지진이 발생했을 때 '언제, 어디서, 얼마나 큰 지진인가'를 규명해야 하는데 이들은 각각 진원시, 진원, 규모에 해당하는 것으로 이를 지진요소라 한다. 지진요소는 지진계(Seismograph)에 의한 지진파 기록의 분석결과로 구할 수 있다. 1) 진원시(Origin time) 어떤 지점에서 지진동을 느꼈다면 이 지진동이 전파하기 시작한 시각이 있을 것이다. 즉, 지진파가 처음 발생한 시각이 바로 진원시이다. 이것은 어떤 지점에서 진동이 감지되거나 지진계에 기록된 시각보다 지진파가 전파해온 시간인 주행시간(travel time) 만큼 빠를 것이다. 지진파는 일정한 속도를 가지고 있기 때문에 거리에 비례하여 도착하게 된다. 즉 우리가 진동을 느끼거나 지진계에 기록되는 시각은 지진의 발생지점으로부터 거리에 따라 각각 차이를 두고 나타난다. 따라서 여러 곳에서 시간차를 두고 기록되었다 해도 결국 진원시를 계산해 보면 모두 같은 시각 값을 갖게 된다. 2) 진원(Hypocenter)과 진앙(Epicenter) 진원이란 암석의 파괴가 일어난 지점으로 깊이의 개념이 포함되어 있다. 실제로 암석의 파괴가 일어난 범위는 수 십km 또는 수 백km에 달하므로 지진파의 전부가 한 점에서 발생한 것이라고 할 수 없다. 지진은 일정한 넓이를 가진 영역에서 일어난 것이라고 생각할 수 있는 것으로 그 영역을 진원역이라고 한다. 진원은 진원역 중에서 최초로 지진파가 발생된 점, 즉 지진이 시작된 점으로 반드시 진원역의 중심에 해당하는 것은 아니다. 한편, 진앙은 진원의 바로 위 지표면의 지점이다. 진원지라고 하는 것은 진앙의 지명이다. 진원은 진앙의 위도, 경도와 진원깊이로 나타낸다. 이밖에 공간적 요소로서 진원거리와 진앙거리가 있는데 이들은 각각 임의의 관측소에서 진원과 진앙까지의 거리를 말한다.(그림 3)

그림 3. 진앙(거리), 진원(거리)의 설명도(FA : 진원, AB : 진앙거리)

3) 규모(Magnitude)와 진도(Seismic intensity)

지진의 크기를 대표하는 수치로는 절대적 개념의 '규모'와 상대적 개념의 '진도'라는 용어가 사용되고 있다. (1) 규모(Magnitude) 규모란 지진발생시 그 자체의 크기를 정량적으로 나타내는 양으로서 진동에너지에 해당한다. 이는 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진계에 기록된 지진파의 진폭과 발생지점까지의 진앙거리를 이용하여 계산한다. 예를 들어 M 5.0 이라고 표현할 때 M은 Magnitude를 의미하고 수치는 보통 소수 1자리까지 나타낸다. 지진파에너지 Es와 규모 M과의 관계는 다음과 같이 나타내는 것이 보통이다(Gutenberg와 Richter). log Es = 11.8 + 1.5M 여기서 M은 단위가 없으며, Es는 erg 단위를 갖는다. 이 식에 의하면 규모가 1만큼 증가하면 에너지는 30배로 커지게 된다. 지진규모의 개념을 처음으로 도입한 사람은 미국의 지진학자 C. F. Richter인데 그는 미국 남부 캘리포니아지역에서 발생한 국지지진(local earthquake)의 크기를 정량화하면서 규모의 개념을 도입하였다. 그 후로 그의 이름을 따라 국지규모를 Richter scale이라고도 한다. 그는 국지규모(ML)를 다음과 같이 정의하였다. ML=log A-logAo(Δ) 여기서 A 는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 최대변위(mm), Δ는 진앙거리(km), Ao(Δ)는 진앙거리 Δ에서 나타나는 기준지진(standard earthquake)의 최대변위를 각각 나타낸다. 위의 식에서 logAo(Δ)항은 진앙거리에 따라 지진파의 진폭(amplitude)이 감쇠하는 것을 고려하는 항으로써, 지진파가 전파되는 매질의 특성을 나타내며 지진이 발생한 지역에 따라 그 값이 달라진다. Bullen and Bolt(1985)는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 지진자료를 이용하여 지진의 규모를 다음 식으로부터 결정하였다. M=logAH+2.56logΔ-1.67 여기서 M은 지진의 규모, AH는 수평성분의 최대변위(μm), Δ는 진앙으로부터 관측점까지의 거리(km)를 나타낸다. 이 식에서 사용된 감쇠항, 2.56logΔ는 미국 남부 캘리포니아지역에서 지진파가 전파할 때 진앙거리에 따라 진폭이 감쇠되는 정도를 설명하는 값으로 생각할 수 있다. 따라서, 특정지역에 적절한 지진의 규모식을 개발하기 위해서 감쇠항을 정확하게 추정하는 것은 매우 중요하다. 최근에는 표면파규모(Ms)와 실체파규모(mb)가 더 보편적으로 사용되고 있다. 이들을 구분하는 이유는 에너지의 총 방출량이 유사한 경우라도 천발지진과 심발지진의 지진기록이 매우 상이한 모양을 나타내기 때문에 천발지진은 표면파를 이용하고 심발지진은 실체파를 이용하여 규모를 구하기 위함이다. Gutenberg와 Richter(1936)는 ML의 개념을 진앙거리가 먼 천발지진에 적용하여 20초 주기의 레일리파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하였다그 뒤에도 표면파 규모에 대한 여러 가지 관계식이 제시되었으며 이들은 모두 다음과 같은 일반형으로 표시된다. Ms=log(A/T)+af(Δ,h)+b

여기서 A는 최대진폭, T는 주기, Δ는 진앙거리, h는 진원의 깊이이고, a와 b는 실험적으로 구해지는 상수이다. 천발지진에 대한 Bath의 관계식을 예로 들면 Ms=log(A/T)+1.66f(Δ,h)+3.3

으로 주어진다.심발지진의 경우 표면파를 발생시키는데는 비효과적이므로 Gutenberg(1945)는 실체파의 최대 진폭으로부터 규모를 결정하는 방법을 제안하였다. 실체파규모를 나타내는 실험식도 위와 동일한 형으로서, mb=log(A/T)+af(Δ,h)+b 이다. 여기에서 f는 앞에서와 같이 지진 에너지의 구형발산효과와 감쇠를 고려한 진앙거리 및 진원의 깊이에 대한 함수이다. 천발지진의 경우 Ms과 mb사이에는 다음과 같은 실험적 관계가 성립한다. mb=0.56Ms+2.9

한반도에서 발생한 지진의 규모를 결정할 때에는, 지진기록의 지속시간(signal duration)을 이용하거나 최대 수평 성분을 이용한다. 현재 기상청(Korea Meteorological Administration ; KMA)에서는 최대 수평 성분을 이용하여 규모를 결정하는 방법으로 다음 식을 사용한다(김상조 외, 1983).

M=1.73logΔ+logA-0.83

여기서, Δ는 진앙거리(km)이며, A는 지진계에 기록된 진폭(μm)으로서 NS와 EW를 각각 동서방향 및 남북방향의 최대 속도 성분이라고 할 때, 그 두 성분의 벡터합이다. 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 이는 일본의 Tsuboi가 제안한 규모식으로서 일본 기상청에서 사용하고 있는 대표적인 규모 결정식 중의 하나이다. (2) 진도(Seismic intensity) 진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직접 관측한 값을 진도 값으로 채용하는 경우도 많다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않으며 하나의 지진에 대하여 여러 지역에서의 규모는 동일수치이나 진도 계급은 달라질 수 있다. 진도는 계급값을 쓰는 대신 가속도단위(cm/sec²)로 나타내기도 하고, 중력가속도 1g=980cm/sec²를 사용하기도 한다. 또, cm/sec²는 gal로 표시하며 1g=980gal이라고도 쓴다. 진도는 어떤 장소에 나타난 지진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 따라서 진도계급은 세계적으로 통일되어 있지 않으며 나라마다 실정에 맞는 척도를 채택하고 있다. 기상청은 과거 일본 기상청계급(JMA Scale : 1949)을 사용하여 왔으나 2001년 1월 1일부터는 미국에서 시작되어 여러 나라가 사용하는 MM scale (Modified Mercalli scale : 1931, 1956)을 사용한다.

(3) 잘못 사용되는 용어

o 국제적으로 '규모'는 소수 1위의 아라비아 숫자로 표기하고 '진도'는 정수단위의 로마 숫자로 표기하는 것이 관례이다. (ex. 규모 5.6, 진도 Ⅳ) o '리히터지진계로 진도 5.6의 지진'은 틀린 표현이며 '리히터스케일 혹은 리히터 규모 5.6의 지진' 또는 단순히 '규모 5.6의 지진'라 표현해야 한다. (※ '리히터지진계'라는 기계는 존재하지 않는다.) o '진도 5.6'은 틀린 표현이며 '규모 5.6'이라 표현하는 것이 옳은 표기법이다. o '강도'라는 표현은 지진학에서 사용하지 않는 용어이다.

지진파

1)지진파란

암석의 파괴가 일어난 진원역으로부터 탄성체인 지구의 내부 또는 표면을 따라 전파되는 탄성파(elastic wave)를 지진파라 한다. 지진계에 기록되는 파형은 지진파가 통과하면서 일으키는 매질의 변형에 의한 것이다<그림 4>.

<그림 4> P파, S파, Love파, Rayleigh파의 입자운동 모형

지진학

학문으로서의 지진학은 다른 기초자연과학 분야에 비하여 비교적 늦게 시작되었으며 정량적인 연구는 1880년에 지진계가 발명된 이후부터라고 할 수 있다. 지진계 발명 이전에도 초기의 지진학이 존재하였으나 자료의 비과학성, 불완전성, 부정확성 때문에 학문으로서의 체계를 갖추지 못했다. 실제로 지진에 관한 학문적으로 유용한 분석들은 18세기 이후부터 시작되었다(Richter, 1958). 초기의 지진학에서는 지진현상의 분석 및 이해가 주요 과제가 되었으나 지진계의 발명 이후 여러 종류의 지진파들의 정확한 주시곡선(走時曲線, travel time-distance curve)이 얻어짐에 따라 지진학자들은 이들을 분석함으로써 지구내부구조를 해명하려는 데에 많은 노력을 경주하였다. 이 결과로 지구내부구조가 비교적 상세히 밝혀졌으며 특히 1960년대 이후 전자계산기가 복잡한 지구물리학적 계산에 이용됨에 따라 실체파(body wave)에 추가하여 표면파(surface wave) 및 자유진동(free oscillation)의 분석이 가능하게 되었으며 지구내부구조의 연구는 새로운 차원에 진입하게 되었다. 이와 함께 지진활동에 관한 연구도 꾸준히 진행되었다. 특히 1960년대에 지구과학계에 일대 혁명을 일으킨 판구조론(板構造論)의 정립은 해저산맥, 해구(海溝) 등지의 지진활동을 규명하는데 큰 기여를 했으며 역으로 판구조론은 전지구의 대체적인 지진활동을 새로운 시각으로 이해할 수 있는 기초를 제공하였다. 근년에 와서 지진활동에 관한 연구는 핵발전소를 비롯한 주요 산업시설에 대한 지진위험도의 평가가 주요한 문제로 부각됨에 따라 새로운 추진력을 얻게 되었으며 특히 비교적 지진활동이 낮아 등한시 되어오던 판내부의 지진활동에 대해서도 비상한 관심이 집중되기 시작했다. 한반도는 판구조론적인 견지에서 볼 때 유라시아(Eurasia)판의 내부에 위치하며, 따라서 한반도의 지진활동은 캘리포니아(California)나 일본 등지의 판경계 지진활동(interplate seismicity)이 아니고 중국 내부의 경우와 같이 판내부 지진활동(intraplate seismicity)의 범주에 속한다. 판내부 지진활동은 판경계 지진활동에 비하여 시공간적으로 매우 불규칙한 특성을 가지며(Allen, 1976) 엄밀한 의미로서 판구조론적인 설명이 불가능하다. 현재까지도 판내부 지진활동에 관하여 전세계적으로 만족할만한 통일된 이론은 정립되어 있지 않다. 바로 이 점에 한반도의 지진활동을 이해하려는 노력이 당면하는 가장 큰 어려움이 있다.

지진현상

여기서 말하는 지진은 일반적으로 지구내부에 작용하는 응력에 의해 지구외곽의 일부가 변형되다가 순간적으로 파쇄되며 탄성에너지를 방출할 때 발생하는 구조 지진을 말한다. 지진현상 또는 지진효과로는 크게 나누어서 단층이나 화산활동 등 지진의 원인이 되는 과정과 연관되는 1차적 현상과 지진파의 전파에 의한 지면진동에 기인하는 2차적 현상을 들 수 있다. 1차적 현상은 구조 지진과 폭발지진, 함몰지진 등 다른 지진들 사이에 전혀 다르게 나타나지만 2차적 현상은 이들 사이에 본질적인 차이가 없다. 지각변동은 지진의 원인인 단층의 움직임에 동반하는 것이다. 단층에 의한 지반의 교차가 수십 km에 걸쳐 나타나기도 하고, 해안이 수 m나 융기 또는 침강을 일으키면 쉽게 목격되거나, 즉시 알 수 없다 해도, 지진 전후의 측량을 비교하면 수십cm, 때로는 수 m에 이르는 토지의 수평이동이나 융기가 출현되기도 한다. 지진에 동반하는 자연현상으로는 이외에 땅울림(지진굉음), 발광현상, 지하수 온천의 변화 등 인간의 오감으로 알 수 있는 것과 지자기나 중력의 변화 등 측정결과로 발견되는 것도 있다. 또한, 진원역 부근의 화산 상태가 측정결과로 발견되는 것도 있으며, 진원역 부근의 화산의 상태가 변화하고 드물게 분화를 시작하는 것도 있다. 해저의 융기나 침강은 해수에 요란을 주어 지진해일(Tsunami)을 발생시켜 때로는 지진동에 의한 재해를 상회하는 대재해를 가져온다. 지진에 동반되는 지표의 현상으로서는 땅 갈라짐, 산 붕괴, 해안 붕괴, 땅 미끌어짐, 토석류(산사태) 등이 있다. 이것들은 강한 지진동에 의해 나타나지만 단층의 변위가 원인이 되는 것도 있다. 또한 지하수를 많이 포함한 모래지반에서는 지반의 액상화(liquefaction)가 일어나기도 하고 분수, 분사를 동반한다. (1) 1차적 현상 1) 광역변형 및 해안의 융기 또는 침강 많은 큰 지진들이 광범위한 지역에 지각변형을 가져온다. 예로서 1811~1812년에 미국 Missouri주 New Madrid에서 발생한 지진들은 이 지역의 일부는 융기시키고 일부는 침강시켜 심지어는 호두나무와 참나무가 자라던 10여 ㎢되는 지역이 3~6 m씩 침강하여 영구 호수를 만들었다. 1960년 5월에 Chile 남부 해안에서 발생한 규모 8.5의 지진으로 해안선의 일부가 2m까지 융기했으나 전반적으로 광범한 지역이 침강하였다(Hodgson, 1964). 또 1964년 3월 Alaska 남해안에서 발생한 규모 8.6의 지진으로 해안선의 남부지역은 수 m씩 상승했고 내륙지역은 수 m씩 하강했다(Plafker, 1965). 2) 오프셋(Offsets), 스카프(Scarps), 균열(Fissures) 및 두더지 자취(Mole track) 지진이 지표에서 발생하지 않고 지각내의 일정한 깊이에서 발생하므로 대부분의 경우 지표에서 지진과 연관된 단층을 발견할 수 없다. 그러나 매우 큰 규모의 지진이 발생하면 단층의 offset이나 scarp를 뚜렷하게 관찰할 수 있다. 1906년 San Fransisco 지진의 경우 San Andreas Fault의 약 400km의 깊이가 파쇄되었으며 지표에서 관찰된 최대의 수평방향의 offset은 거의 9m에 달했다(Hodgson, 1965). 1891년 일본 미노(濃尾)지진의 경우 단층에 의한 최대 수평 및 수직 offset는 8m와 2~3m에 달했다. 단층운동에 의한 지표면의 수직변위를 scarp라 한다. 지진에 의한 뚜렷한 오프셋(offset)이나 스카프(scarp)를 관찰할 수 없는 경우에도 지표면에서 일정한 방향으로 이어지는 균열(fissure)이나 두더지 자취(mole track)를 관찰할 수 있는 경우가 많다. 두더지 자취(mole track)는 충적층에서 주향 이동 단층과 연관되어 발생하는데 마치 두더지가 지나간 자취처럼 흙무더기가 이어지는 것을 말한다. 기반암에서의 단층운동과 토양층에서의 균열이 일치하지 않은 경우가 많으므로 지표에 나타나는 직선형의 균열을 그대로 단층으로 보아서는 안된다. 3) 제방(Damming), 새그 폰드(Sag ponds) 및 하천의 유로 변화 주향이동 단층 지역에서 shearing distortion에 의하여 지각이 압력을 받은 때 국지적으로 융기 또는 하강하여 소규모의 지루(horst)나 지구(graben)들이 발생한다. 이 중 지구 구역에 물이 모여들어 새그 폰드(sag pond)를 형성한다. 큰 규모의 새그 폰드는 저수지로도 이용된다. 큰 규모의 지진이 발생하여 광범위한 지역에 지각변형이 일어날 때 하천의 일부가 융기하여 저수지가 형성되기도 하며 fault scarp에 의하여 폭포로 만들어진다. 주향이동 단층에서 지진들이 발생하면 하천같은 배수로(排水路)의 진로가 바뀌게 된다. San Andreas Fault를 따라서 수백개의 이러한 예를 발견할 수 있다. (2) 2차적 효과 1) 사태(Landslides) 지진이 산악지방이나 언덕이 많은 지역에서 발생하면 광범위한 사태가 발생한다. 사태는 중요한 2차적 효과로서 종종 1차적 현상인 단층을 닮거나 또는 덮어 감춘다. 땅 슬럼프(Earth slump)는 경사면에 있는 unconsolidated material이 하강하는 현상이 지진에 의하여 촉진된 것을 말한다. 땅 흐름(Earth flow)은 지하수와 연관되어 있으며 보통 우물이 있는 곳에서 지진이 발생한 후 모래와 진흙을 포함하는 물이 분출하여 경사면을 따라 흘러가는 현상을 말한다. 이에 반하여 땅 에버란쉬(Earth avalanch)는 비교적 건조한 암석이나 토양의 흐름을 말한다. 지진에 의하여 벼랑이나 개울 둑에 평행하게 균열들이 발생하여 지면이 무너져 내려 마치 단층에 의한 것처럼 보이는 것을 땅 러취(Earth lurch)라 한다. 2) 2차적 지면 균열(fissures) 기반암에서 나타나는 균열은 단층과 연관된 1차적 현상이라고 볼 수 있으나 충적층에서 보이는 균열은 지진파의 전파에 의한 지반진동과 이에 수반된 차등침강(differential settling) 또 간혹 지하수의 분출에 의하여 발생한다. 3) 지진 분수(Earthquake Fountain) 및 모래구멍(Sand Crater) 지하수가 많은 지역에서 지진이 발생할 때 지면진동과 이로 인한 함수층의 공극율 감소로 지하수가 분출하는 것을 지진분수(Earthquake Fountain)이라 한다. 때로는 지진과 동시에 때로는 지진이 발생한 후에 지진분수가 생긴다. Earthquake Fountain은 보통 모래를 끌어올려 주위에 화산의 분화구와 같은 흙무덤을 만드는데 이를 모래구멍(Sand Crater)이라 한다. 지진이 발생하면 때로는 샘이 마르기도 하나 전반적으로는 지하수 방출량이 증가한다. 4) 셰이쉬(Seiche) 호수나 저수지, 항구 또는 수로 등 완전히 또는 부분적으로 밀폐된 물의 표면이 먼거리에서 발생한 큰 규모의 지진이나 또는 강풍(强風)에 의하여 긴 주기를 갖고 진동하는 현상을 셰이쉬(Seiche)라 한다. 1755년 11월 1일 리스본에서 발생한 지진으로 서부 유럽의 거의 전역과 스칸디나비아 및 핀란드에서도 셰이쉬가 관찰되었다. 스위스의 제네바 호(Lake of Geneva)에서 보통 관측되는 셰이쉬의 주기는 72분이며 진폭은 수 cm정도이다. 셰이쉬는 표면파의 전파에 의하며 발생된다고 여겨지고 있다. 5) 쯔나미(Tsunami) 해저지각에서 발생하는 지진에 의한 해저면의 단층운동으로 바다의 표면에 생기는 매우 긴 파장의 해면파를 쯔나미(Tsunami) 또는 지진해면파(seismic sea wave)라고 부른다. 쯔나미는 해수의 깊이가 H라 할 때 속도 (g : 중력가속도)로 전파하며 해안선에 접근하면 H가 감소하므로 속도가 감소하게 된다. 따라서 운동에너지가 보존되기 위하여 진폭이 증대하며 커다란 피해를 주게 된다. 1896년 일본 동해에서 발생한 지진에 의한 쯔나미의 파고는 Sanriku에서 25~35m에 달했으며 10,000채가 넘는 가옥이 떠내려 갔고 26,000명이 사망했다. 이 쯔나미는 태평양을 건너 하와이의 Hilo에 파고 3m를 기록했다. 해저에 산사태가 발생하여 생기는 해면파도 쯔나미라 부른다. 대규모의 화산폭발에 의하여도 쯔나미가 발생하는데 대표적인 예가 1883년의 Krakatoa Island의 경우이다. 2km 높이의 이 섬에 대규모의 폭발이 일어났으며 중앙 분화구가 붕괴할 때 생긴 쯔나미가 쟈바(Jaba)와 수마트라(Sumatra) 사이에 위치한 Sunda Strait 연안의 165마을을 휩쓸어 갔으며 36,000명이 사망했다. 현재 이 섬의 높이는 해저 250m이다. 6) 바다지진(Seaquake) 지진파에 의하여 선박이 흔들리는 현상을 바다지진(seaquake)이라 한다. 대체로 항해하던 배가 마치 암초에 걸리는 듯한 충격을 느끼게 된다. 해저 또는 대륙 지각에서 발생한 지진파가 해수로 전파될 때 해수에서의 탄성파의 속도가 낮으므로 거의 수직으로 향하여 배의 밑에 도달하여 좌초되는 듯한 충격을 주게 되는 것이다. 7) 지면파(Earth waves) 큰 규모의 지진이 발생하였을 때 마치 해면의 파도와 같은 지면파(earth waves)가 관찰되는 경우가 있다. 1886년 8월 31일에 South Carolina의 Charleston에서 발생한 MM진도 10의 지진의 경우 진폭이 2 feet가 넘는 지면파에 대한 보도가 있다. 지면파가 실제로 존재하느냐 하는 문제 및 지면파에 관한 보도의 정확성에 관한 논란이 있지만 Richter(1958)는 큰 규모의 지진이 발생할 때 지면파가 아마 진앙지의 땅 러취(earth lurch)와 연관된 현상으로 거의 틀림없이 존재하며 작은 진도의 경우에는 관찰자의 심리적 충격 등으로 과장되는 경향이 있으나 급격히 이동하는 정상파가 지면파로 관찰될 것이라고 결론지었다. 8) 소리(Sound) 지진이 발생할 때 마치 천둥이나 포격 또는 먼거리의 격심한 교통량처럼 낮은 음의 큰 소리가 들리게 된다. 이 소리는 지진파가 지면으로부터 대기로 전파할 때 생기는 대기의 진동에 기인한다. 실내에서는 건물이나 느슨하게 매달린 물건들이 흔들려 내는 덜거덕거리는 소리와 겹쳐 잡다한 소음을 내게 된다. 때로는 지면진동이 느껴지기 전에 소리가 들리는 경우가 있는데 이는 소리는 P파에 의하여 발생하고 지면진동은 P파보다 보통 진폭이 더 큰 S파의 도달에 의하여 지각되는 것으로 여겨지고 있다. 9) 불빛(Light) 대규모의 지진이 발생할 때 하늘에 빛이 섬광과 같이 번쩍이거나 또는 얼마간 지속하여 나타나는 경우가 있다. 이 현상에 관하여 아직까지 만족스러운 설명이 없으며 지표면에서 발생하는 큰 규모의 방전(放電)에 의한 대기의 급격한 진동현상 또는 지진에 의한 응력방출에 연관되어 석영을 포함하는 암석에 압전현상(Piezoelectriceffect)에 의하여 생성된 전위에 의한 방전에 기인한다고 설명하는 이론들이 제시되었다(Derr, 1973). Noszticzius(1979)는 지진이 발생할 때 지면으로부터 방출되는 미지의 기체가 대기 중의 산소 또는 오존과 화학적 발광반응(Chemiluminescent reaction)을 일으켜 지진광(Earthquake light)을 발생한다고 설명했다.

지진의 예지

1) 지진의 전조

전진활동을 비롯, 지진이 발생하기 전에 일어나는 몇가지 전조현상이 임박한 지진을 예지하는데 도움을 줄 수 있는 경우가 있다. 이를 이용하여 대형 지진이 발생하기 전에 통보를 하여 주민들을 대피시키는 연구가 여러 국가에서 수행되고 있으나 아직 실용적이 되기에는 어려움이 많은 실정이다. <그림 5>는 일반적으로 대규모 지진이 발생하기 전에 나타나는 전조현상들을 알기 쉽게 나타낸 것이다.

<그림 5> 지진 발생 전후의 물리적 현상들 (1) 지진파 P파의 속도 : 지진이 발생하기 전에 전조로서 나타나는 P파 속도의 변화는 지진학자들에게 있어 매우 중요한 관심의 대상이 되고 있다. 이 현상이 일어나는 원리는 간단하다. 지진이 발생하기 전에는 암석의 성분이 변하기 때문에 지진파의 속도도 변화하는 것이다. 예를 들어 약 20km 지역에서 p파속도가 10% 정도 변화한다면 이 지역을 가로지르는 p파의 도달시간은 0.4초 가량 변화한다. 이정도의 변화는 현대의 시계 및 지진계로 쉽게 파악할 수 있다. 이러한 지진정보는 1962년 소련의 타지키스탄 지진의 전조로서 발표된 바 있다.

(2) 지평면 수준의 변화 : 지진의 전조로서 나타나는 두 번째 현상은 지표가 기울어지거나 융기하는 등 수준면의 변화가 나타나는 것이다. 이는 일본에서 1964년 Nigata 지진때 중요한 전조로서 나타난 바 있다. 그러나 1960년대 캘리포니아의 경우처럼 적어도 150km에 걸쳐 최대 35cm 정도의 융기가 관찰되었는데도 지진이 일어나지 않은 경우도 있다.

(3) 라돈 가스 방출 : 지진현상의 세 번째 전조는 활성단층일대를 따라 대기중으로 불활성 가스인 라돈이 방출되는 것이다. 이 현상은 구소련에서 여러 차례 보고된 바 있다.

(4) 암석의 전기저항값 : 관심의 대상이 되는 네 번째 변수는 암석의 비저항값이다. 실험실에서 물로 포화된 화강암등의 암석을 고압력하에서 볼 경우 파쇄부위에서 저항값이 상당히 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 구소련, 중국, 일본, 미국 등의 현장실험에서도 이 현상을 계속 연구하고 있다. 앞으로 더 연구가 필요하나 현재까지의 실험결과는 고무적인 것으로 보인다.

(5) 지진활동 비율의 변화 : 지진활동 비율의 변화가 다섯 번째의 변수이다. 간단히 말하여 큰 지진과 작은 지진의 비율에 변화가 일며 보통 작은 지진의 횟수가 늘어난다. 이러한 변화는 1975년에 오로빌 지진과 중국 만주지진에서 관찰되었으며 1976년 9월초 이탈리아에서도 이 현상을 통하여 지진예지에 성공한 바 있다.

<그림 5>에서 보듯이 지진현상은 다섯가지 단계로 나뉜다. 첫 번째 단계는 구조적 힘 아래에서 탄성 변형이 점차 축적되는 기간이다. 두 번째는 단층대의 암석에서 쪼개짐이 일어나기 시작하면서 전체 부피가 늘어나는 단계이다. 세 번째는 주위의 암석들로부터 미세균열과 공극을 통하여 지하수가 침투하여 불안전한 상황이 되는 단계이다. 지하수가 균열사이를 메꾸면 이 지역을 지나는 P파 속도가 다시 빨라지고 지표면이 융기하며 라돈 가스가 균열틈을 따라 방출되고 전기저항값이 낮아진다. 네 번째 단계는 지진이 일어나는 것이고 다섯 번째는 이 지역에서 많은 후속지진들이 일어나는 단계이다. 그러나 모든 지진들이 이 단계를 전부 거치는 것은 물론 아니다.

2) 지진예지의 실례

1975년 2월 4일 중국 만주지역의 하이쳉(海城) 지방정부에선 이 지역에서 24시간내에 강력한 지진이 발생할 증거가 충분하다고 판단, 이 일대 도시의 주민들에게 추운 날씨였지만 건물 밖에서 거주하도록 지시하였다. 그리고 나서 오후 7시 36분 규모 7.3의 강력한 지진이 이 일대를 덮쳤다. 모든 기록은 이 지진이 여러 도시의 건물, 공장, 댐, 다리 등의 구조물에 미친 피해가 참혹하였음을 보고하고 있으며 이를 예상하지 못했으면 약 엄청난 사망자가 나을 것으로 예상하고 있다. 이 당시 실제 피해상황은 사망 1,328명, 지진 후 화재 등으로 인한 부상자가 2만 6천명 정도였으며 하이쳉에서 550km 떨어진 서울에서도 고층건물이 흔들리고 정전과 방송중단, 대피소동이 일어나는 등 진도 Ⅲ의 진동을 느낀 바 있다. 이 지진의 발생은 거의 수직 단층운동(dip slip)의 형태로 일어났으며 진원의 깊이는 약 12km 정도였다. 이는 전진이 530회 정도(최대규모 4.7), 본진(규모 7.3) 후 여진(최대규모 5.9)이 26만회에 달하는 대지진이었다. 이 사례는 중국정부가 자랑하는 것으로 적어도 10만명 이상의 인명을 구한 것으로 평가되며 현재까지 전세계에서 가장 성공적인 지진의 예지로서 기록되고 있다. 이 경우에 예지과정은 4단계(장기, 중기, 단기, 임진)로 나누어 전개되었다.

(1) 장기예지('66년 ~ '73년) 이 기간동안 지진활동 추세, 역사지진, 구조관계, 활성단층 분포, 지각구조 특징 등을 연구하였으며 화북지방의 군발지진이 발해쪽(북동)으로 이동하는 것을 발견하고 '70년 북경에서 열린 전국지진회의에서 요녕성을 중요시하기로 하고 지진예지 업무를 시작하였다.

(2) 중기예지('73년 ~ '74년 11월) 이 기간중에는 지진활동이 3~4배 증가하였고 지자기이상, 지경사, 지각변형(85mm)이 일어났으며, '71년부터 관측한 금현 단열대(단층)의 수위가 4~5m 정도의 변화를 보였다. '74년 5월~9월 사이에 지자기가 대련의 경우 13.5 MT 차이가 있었고 '73년과는 21.5MT의 차이를 보였다. '74년 6월 북경, 화북에서 지진활동 토론회가 있었고 여기서 뭔가 "이상함"을 발표하였다. 이에 따라 발해 북쪽에 진도 5~6도의 지진을 예지하였다. 이 결정을 국무원에 보고하였고 국무원에서 "69호 문건"을 하달하였다. 2천여곳에 지진전업대원과 군중을 동원하여 전조현상을 관찰하였다. 즉, 지하수위, 소용돌이, 맛, 색깔변화와 동물관측, 지전기관측 등을 수행하고 지진홍보 영화를 600여차례 상영하고 선전자료를 15만권 발부하여 자국민들에게 배포하였다. 길림성, 요녕성, 흑룡강성 3성에서 회의를 갖고 대련에서 북북동 방향에 지진을 예지하였다.

(3) 단기예지 전조현상은 압록강 하부의 단동(丹東)에서 최고로 나타났다. 겨울에는 대개 물이 말라 수위가 내려가는 것이 보통이나 지하수위가 올라가고 소용돌이가 생기며 맛, 색깔이 변하고 기름이 뜨는 등 이상현상을 보였다. 또한 심양 부근의 저수지에서 '74년 12월 22일 규모 4.8의 지진과 군발지진이 발생하였다. 지진학자들 사이에도 이들의 상관관계 문제로 쟁론이 있었으며 저수지에 집합하여 토론회를 가진 후 대지진을 예지하였다. '75년 1월에는 전국지진 토론회에서 전조, 지진활동 등을 토의하고 1월 28일에는 주변도시의 대표 등을 초청하고 회의를 갖고 거기서 지진활동을 검측하고 재해감소 등을 논의했다. 한편, '75년 6월 이전에 규모 6.0 정도의 지진이 발생할 것을 1~2개월 전에 예지하고 그 자료를 보관중이라고 한다.

(4) 임진(臨震)예지 지하수위가 현저히 증가하는 등(당일에만 447건) 거시현상이 돌출하고 동물행동에 이상을 보이는 등 전조가 뚜렷했다. 영구(營口)일대에서는 2월 1일부터 미소지진이 발생하기 시작했다. 지전기에도 아주 큰 이상을 보였다. 2월 1일 1회, 2일 7회, 3일 300회, 4일 오전 규모 4.7의 지진이 발생한 후 그날 오후에는 갑자기 지진이 정지했다. 안산에서는 온천이 흐르다 멈추었고 지하수가 하강했다. 단동에서는 얼음밑의 지하수가 몇자정도 뚫고 올라왔다. 동물 중 거위는 평소에 날지 않으나 이 날은 날아다녔고 겨울에 나비가 나왔다. 4일 한밤중 상부에 이를 보고하고 오전 10시에는 전지역에 지진예지를 발표하였다. 지방정부에서는 주민들에게 집에서 밖으로 나올 것을 홍보하였으나 영하 20도의 추운 날씨에 노인들과 아이들은 나오기를 거부하여 여러 곳에서 영화를 상영하고 관심을 끌게 하여 최대한 많은 사람들이 집밖으로 나오게 유도하였다. 중국의 명절인 춘절(春節)의 모든 행사를 취소하고 군인들도 연회를 취소하는 등 지진예방 활동을 하였다. 드디어 이날(2월 4일)오후 19시 36분, 규모 7.3의 대지진이 일어났다. "국가지진국"의 책임자는 나라의 영웅이 되었고 이 예지사업은 역사적으로 보존중에 있다고 한다. 이 사건은 파괴적 지진에 대한 첫 번째 완벽한 예지로서 지진학의 금자탑을 이루었으며 중국정부는 앞으로 모든 지진을 예지하겠다고 장담한 바 있다. 그러나 그후 전혀 틀린 예지도 있었다. 예를 들어 1976년 8월 광동성에서 지진예지가 있어 많은 사람들이 두달간 천막에서 지내거나 홍콩으로 들어갔다. 그러나 결국 지진은 발생하지 않았다. 가장 치명적인 예지의 실패는 1976년 7월 27일 당산(唐山) 지방에서 있었다. 이는 북경에서 150km 떨어진 공업도시로서 모든 지진학자들은 이 일대에서의 지진을 전혀 예지하지 못했다. 중국정부는 이 지진의 피해규모를 발표하지 않았지만 비공식 조사 결과 약 24만 2천명이 사망했고 78만명이 부상한 것으로 알려졌다. 그곳에서 멀리 떨어진 북경에서도 진흙벽과 오래된 벽돌집이 무너져 약 100명이 사망했다. 여러 경황을 종합해 보건대 아직 지진을 미리 예지할 수 있는 시스템은 확보되지 않았으며 1975년 만주지진의 예지는 지진학자들의 노력 이외에도 정부의 지속적인 관심과 사회적인 정책, 분명하게 나타난 전진(前震), 그리고 다소의 행운 등이 결합되어 가능했던 것으로 보인다.

기타

한반도의 최고 지진

1980. 1. 8. 08:44:13 진도 5.3 평북 서부 의주-삭주-귀성 지역 에 발생한 지진이다.

최근 한반도 지진중 강했던 것은?

앞바다에서 발생한 강진이 드문 우리나라에서도 2013년 4월 21일 신안 오전 8시21분께 전남 신안군 흑산면 북서쪽 101㎞ 해역에서 규모 4.9의 지진이 발생해 약 4초 정도 지속했다.

2004년 이후 최대이다.

가장 피해가 컸던 지진

2011년 일본 토호쿠 지진 진도 9.0 피해액 $235 billion 추정

가장 강했던 지진

May 22, 1960 칠레 볼디비아 1960 Valdivia earthquake 진도 9.5

참고문헌