지진에 대해알아보자

지진(地震, earthquake)은 지진파가 지구 지각의 암석층을 통과하면서 발생하는 갑작스러운 땅의 흔들림을 말한다.

일반적으로 지진은 넓은 지역에서 거의 동시에 느껴진다. 이때 각 지역의 흔들림의 정도, 즉 진도를 조사해 보면 변위가 생긴 땅속 바로 위의 지표, 즉 진앙에서 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.

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 말한다.[] 지진은 발생한 사례에 따라 진동조차 느끼기 힘든 약한 지진부터, 자전축을 뒤흔들 만큼 아주 강력한 지진까지 매우 다양하다.

대부분의 지진은 1분 내외의 짧은 시간동안 진동한다. 한 차례의 지진에서 가장 오랜 시간 진동이 관측된 것은 1985년 멕시코시티 대지진 때 전진이 3분 20초간 진동한 것이다.

 

지진 규모와 진도

규모(Magnitude)는 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 규모[3]는 \log_{10} E = 11.8 + 1.5Mlog 
10
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 E=11.8+1.5M과 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 진폭를 지닌 지진이다. 규모는 3.5와 같이 소수점 한자리까지 적는다. 진도와 달리 규모는 전 세계가 거의 동일한 값을 사용한다.
진도(Intensity scale)는 특정 장소에서 느껴지는 상대적인 세기의 척도를 나타내는 것으로, 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

지진 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 과소평가 할 수 있다.

지진 원인

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.

그렇다면
(1) 왜 암석이 취성 변형을 일으킬 때 파동 에너지가 형성되는가?
(2) 암석에 가해지는 힘의 정체는 무엇인가?
라는 두 개의 질문을 던질 수 있다.

지진 에너지 원천

지진은 지각의 거대한 움직임이고, 여기에는 엄청난 에너지가 필요한데, 이 에너지는 과연 어디에서 오는 것일까? 그것은 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.

세계의 지진

지진은 판의 경계부에서 자주 발생하며 판의 경계부도 종류가 다르고 발생하는 지진의 위력도 다르다. 수렴형 경계가 보존형 경계나 발산형 경계보다 지진 위력이 강하고 수렴형 경계 중에서도 트로프보다 해구가 지진이 강하다. 즉 일본을 예로 들면 일본 해구(최대 M9 이상)가 난카이 트로프(최대 M8~9 사이)보다 지진 빈도가 높으며 최대 지진 규모가 강하다. 해구에 위치한 대표적인 국가는 일본[], 칠레, 인도네시아 등이고 이들 국가는 지진과 쓰나미로 유명한 지진대국들이다. 미국 서부나 중국 일부 지역, 터키, 이란, 이탈리아 등도 지진이 잦은 나라지만 일반적으로 M8 이상을 넘기지 못하거나 그 근방 규모에 머무르는 이유는 이들 국가는 수렴형 경계가 아닌 보존형ㆍ발산형 경계에 있거나 수렴형 경계라도 해구에 위치한 나라들은 아니기 때문이다. 이 세 나라를 제외하고 해구에 위치한 나라, 즉 동일본 대지진(2011, M9.1)이나 남아시아 대지진(2004, M9.3) 정도의 M9급 지진 포텐셜을 가진 나라는 필리핀, 미국 알래스카 남부, 멕시코 남부~중앙아메리카, 그리고 칠레 바로 위에 있는 콜롬비아-에콰도르-페루 등이라 할 수 있다.

트로프든 해구든 수렴형 경계에 위치한 나라들에는 수십~수백 년 주기로 쓰나미가 발생한다. 예를 들어 일본은 1944년과 46년, 52년 등에 일본 해구와 난카이트로프에서 발생한 지진으로 쓰나미를 맞이했고 2011년에도 일본 해구에서 발생한 동일본대지진으로 쓰나미를 맞이했다. 칠레도 1960년, 2010년 등에 쓰나미를 맞았다. 같은 지진 다발지대여도 일본에는 쓰나미가 발생하고 미국 캘리포니아에는 지진만 나고 쓰나미가 거의 안 나는 이유는 (물론 미국 서부 등지에도 태평양 건너편의 해구에서 발생한 쓰나미가 오는 것은 가능하다) 미국 서부는 보존형 경계에 있기 때문이다. 이런 곳에서는 1906년 샌프란시스코 지진(M8 전후)이 최대치이다. 종합하면 이웃나라인 일본이나 인류 측정사상 최대의 지진을 자랑하는 칠레, 그리고 인도네시아는 판의 경계에 위치한 수많은 나라 가운데도 가장 지진이 잦고 지진 규모가 크며 쓰나미도 주기마다 찾아오는 지진 최대 발생국들이라 할 수 있다.

위의 자료처럼 일본은 매년 지진들이 찾아오고 있기 때문에 공사에서도 까다로운 내진규정을 적용받는다. 가장 최근에 개정된 일본의 내진 기준은 "1981년의 건축기준법 대개정"으로 이에 따르면 일본의 건축물 내진기준은 '규모 5 정도 강도의 중규모 지진에서는 경미한 손상만을, 규모 6~7 정도의 대규모 지진에서도 붕괴하지 않을 정도를 가질 것'을 기준으로 한다. 이 내진 기준의 유효성은 별도로 측정할 필요도 없이 1995년에 발생한 한신대지진(규모 7.3)에서 증명되었다. 지진 후 고베시의 조사에서는 1981년 이후에 지어진 건물의 약 80%가 경미한 피해(혹은 전혀 피해 없음)에 그쳤으며, 대파, 붕괴한 건축물은 불과 1% 이었으며, 반대로 1980년 이전의 「구 내진 기준」의 건축물은 약 80%가 일정 부분 피해를 보았으며, 대파, 붕괴 등의 막대한 피해를 받은 건물도 상당수에 이르고 있다.

그래서 지진에 직접적으로 위협을 자주 받는 일본이라고 해도, 생각 외로 수많은 인명피해가 발생하지는 않으며 환태평양 조산대 한가운데에 놓인 대만이나 뉴질랜드도 마찬가지인데 이는 징글징글하게 겪으면서 쌓아 올린 경험과 대비가 굉장히 잘 되어 있어서이다. 당장 일본의 경우에는 세계 최초로 지진 조기 경보 시스템을 개발해 운용하고 있다. 긴급지진속보 참조. 그래서 일본의 경우에는 지진 자체로 인한 인명피해는 거의 없다. 실제로 2011년 3월 11일, 일본에서 발생한 역대 4번째 규모의 대지진(USGS 기준 규모 9.1) 당시에도, 희생자 약 90%의 사망원인은 대규모 쓰나미로 인한 익사였다.
환태평양 조산대 간접영향권인 싱가포르도 내진 설계가 잘 된 편이다. 다행히도 싱가포르에 강진은 자주 오진 않지만 바로 앞바다에 활화산이 있는 등 엄연한 지진대 위에 있는 나라다. 주로 수마트라 지진 및 화산 활동의 영향을 받아 인도네시아의 화산폭발로 연무가 날아오기도 한다.[]

반면에 중국 일부 지역[]이나 인도, 인도네시아, 필리핀, 콜롬비아 같은 지진의 직접적인 경계에 있고, 인구는 많지만 개인 소득이 낮은 개발도상국들은 지진이 한 번 났다 하면 전쟁 이후의 폐허 수준이다. 아이티에서는 단 한 번의 지진으로 나라가 완전히 박살이 나 금세기 중에는 사실상 재기가 절대 불가능할 정도의 피해를 보았다. 개발도상국들은 지진에 대한 대비 및 대처가 미흡하고, 인프라나 경제가 취약한 점이 많기 때문에 피해가 선진국보다 극심하게 나타나는 편이다.

2013년 4월 20일 중국 쓰촨성에서 일어난 규모 7짜리 지진 당시에는 여진이 1800회나 발생했다. 또한 지진 발생한 지 불과 하루 만에 대한민국 서해에서 당시 기준[] 역대 6위 규모의 지진이 일어남에 따라 지진에 대한 불안감이 조금씩 퍼지고 있다. 4월 중순부터 러시아(쿠릴 열도), 일본, 대만, 중국 등에서 지진이 잇따르는 가운데 한국에서도 지진이 일어났기 때문에 대지진의 전조가 아닌가 하는 의혹이 일고 있는 것.

아이티와 칠레에 지진이 난 2010년에는 상대적으로 경제적 여유가 있고 대비가 잘된 개발도상국 칠레가 나라가 엉망인 최빈국 아이티보다 피해가 적어서 화제가 된 적 있다. 역시 어느정도의 경제력이 있고 지진이 빈번해 대비가 잘 되어 있는 대만이 1999년 같은 해에 지진이 난 터키나 2008년 대지진을 겪은 중국보다 피해가 적기도 했다. 이들 나라는 건물의 80% 이상이 불법 건축물이라 피해가 더 클 수밖에 없는 반면[] 대만의 내진설계는 일본 기술을 받아들여서 1999년 타이중 대지진 당시에도 호텔이 그냥 옆으로 쓰러지는 정도의 피해밖에는 없었다.

일부 과학자들에서는 관측 사상 역대 최대규모의 지진인 1960년 역시 칠레에서 일어난 리히터 규모 9.5의 대지진을 주기로 하는, '대지진 50년 주기설'이 조심스레 거론되고 있다. 물론 지진 주기설도 반론이 만만찮게 존재하므로 정확히 알 수는 없다.

모멘트 규모 10을 넘는 거대 지진은 지구 내부의 에너지로는 발생하기 힘들고[], 운석이나 소행성 충돌로 인해 발생할 가능성이 높다. 실제로 1년에 수십번씩 목성에 충돌하는 소행성[]들이 목성 대신 지구에 충돌하면 지구에 있는 생물체는 모조리 멸종되고 충돌 에너지 때문에 규모 13.0 이상의 지진도 가능하다. 그러니까 목성 덕에 지구가 유지되고 있는 셈이다. 목성의 강력한 중력과 자기력장이 태양계에 있는 거대한 소행성과 혜성들을 끌어당겨 대신 충돌하는 방파제 역할을 해주고 있기 때문이다.

지진에 대한 속설과 오해

지진은 판의 경계와 지진대에서만 일어난다.
가장 잘 알려진 지진에 대한 잘못된 사실 중 하나. 흔히 많은 사람이 지진은 판의 경계와 지진대에서만 발생한다고 믿는 경우가 많은데, 사실이 아니다. 판의 내부에서도 충분히 발생할 수 있다. 한반도도 지진대와 판의 경계에서 떨어져 있음에도 불구하고 지진이 일어난다. 그뿐만 아니라, 역시 판의 경계에서 어느 정도 떨어진 산동 반도에서도 거대한 지진이 일어난 적이 있다. 판 내부의 지진의 대표적인 예 중 하나가 바로 탄성 반발설인데, 지진의 원인에 대한 학설 중 하나로써, 지층에 횡압력 등이 작용해 습곡 등이 형성되고, 이 힘이 지층에 탄성에너지 형태로 축적되다가 어느 순간 단층이 형성되면서 탄성에너지가 파동의 형태로 퍼져나가 지진이 일어나게 된다는 이론이다. 2016년 경주 지진도 이와 같은 이유에서 발생한 지진이라고 알려져 있다.

한국은 지진으로부터 안전하다.
위 논리의 연장선으로 한국 사회에 상식처럼 퍼져있는 오해였다. '불의 고리'를 따라 형성된 일본 열도에서 지진이 한국보다 매우 빈번하게 발생하다 보니 이런 잘못된 상식이 한국 사회에 정착하는데 기여한 듯하다. 2016년 경주 지진, 2017년 포항 지진이 일어나면서 한반도도 지진의 안전지대가 아니라는 인식이 생기게 되었고, 어쨌든 지구상의 어디라도 그곳이 어디든 지진은 일어날 수 있으니 이런 근거없는 '오판'은 멀리하자. 모든 것은 상대적일 뿐이다. 즉 한반도 역시 지진 안전지대가 절대로 아니다.

지진이 일어나면 땅이 위아래로 흔들리고, 땅이 쩍쩍 갈라진다.
각종 매체에서 지진의 시각적인 효과를 극대화하기 위해 땅이 위아래로 떨리고 갈라지는 묘사를 많이 하는데, 반은 맞고 반은 틀리다. 땅이 위아래로 흔들리는 건 P파가 아닌 S파와 L파 등의 영향인데, 사람이 느낄 정도로 위아래로 크게 흔들릴 정도면 상당히 강한 규모의 지진이어야 된다. 실제 관측되는 지진 중 대부분은 진원지에서 어느 정도 거리가 있는 이상 상하가 아닌 좌우로 흔들리는 경우가 많은 편. 그리고 땅이 쩍쩍 갈라지는 상황도 전혀 없는 건 아니지만, 지진의 규모와 지질(地質) 등의 변수도 많아 딱 잘라 말하기 힘든 편. 하나 확실한 건 지진이라고 이런 극단적인 형태의 지진만 있는 것은 아니다.

셰일 가스, 지열발전 시설 건설이 지진을 일으킨다.
이것 역시 확인되지는 않았지만, 연관성이 없지는 않다는 측면에서 연구가 활발하다. 공통으로 지각 깊은 부분을 직접 건드리는 행위이니만큼 지진에 영향을 줄 수는 있다는 것이다. 당연히 지진운 같은 싸구려 도시전설보다 과학적 근거가 훨씬 탄탄하다. 100% 단정할 수는 없지만, 연관성이 있다는 것은 거의 정설로 받아들여지고 있다. 논문도 많이 나왔다. 2017년 포항 지진도 포항지열발전소가 원인일 수 있다는 기사가 나오고, 논문도 다수 출판되었다.

지진 안전지대론
이 속설은 위의 한국 지진 안전지대론에서 한층 더 나아간 속설이다. 한국이 지진 안전지대가 아니라는 인식이 생겨나면서 지진으로부터 안전한 국가로 이민 가고 싶다는 말을 볼 수 있는데, 지구상에서 지진으로부터 안전한 지역은 없다. 심지어 해저 밑바닥에서도 지진은 난다. 다시 한번 위에서 처럼 강조를 했으나, 한국도 지진안전지대가 절대로 아니다.

 

지진 피해 예방

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 현재 기술력으로 이를 정밀하게 진단하기엔 부족한 편이다. 그 때문에 현실의 지진 대처 방법은 내진설계[]가 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.