지진(Earthquake) 지진은 지구 외표에 있는 커다란 암석 덩어리가 갑작스럽게 깨지거나 갈라지면서 생기는 땅의 흔들림을 말한다. 지진은 지구에서 발생하는 가장 강력한 자연현상이며 지진의 결과는 참담할 수 있다. 아주 강도가 높은 지진의 경우 핵폭발보다 10,000배 정도 크기의 에너지를 발생시킨다. 지진이 발생할 때, 암석권의 움직임은 강의 흐름을 바꿀 수도 있고, 큰 인명 손실과 재해를 몰고 오는 산사태를 일으킬 수도 있다. 해저에서 일어나는 큰 지진의 경우 쓰나미라고 불리는 거대하고 파괴적인 해일을 발생시켜 대형 홍수를 일으키기도 한다. 그리고 지진은 사람에게 직접적인 피해를 입힌다. 그러나 대부분의 인명 피해는 건물, 다리 및 기타 건축물들이 무너지거나 붕괴하면서 발생한다. 지진으로 인해 가스가 터져서 화재가 발생하면 또 하나의 위험한 재앙중의 하나가 발생하게 되는 것이다. 그리고 위험한 화학 물질의 방출 역시 지진 때문에 일어날 수 있는 심각한 피해중의 하나이다. 지진의 힘은 얼마나 많은 암석권이 깨지고 그것이 얼마나 넓게 이동하는지에 따라 결정된다. 강한 지진은 아주 먼 거리까지 단단한 땅을 흔들 수 있지만, 약한 지진일 경우 진동은 지나가는 트럭이 만드는 진동보다 크지 않은 경우도 있다. 평균적으로, 강력한 지진은 매 2년마다 1회 미만으로 발생하고 있다. 매년 적어도 40회 정도의 보통 강도의 지진이 발생해 피해를 주고 있다. 과학자들은 피해 없는 약지진이 하루 약 8,000회 이상 일어난다고 추측하고 있다. 이들 중, 단지 1,100회 만이 우리가 감지할 수 있을 뿐이다. 지진의 발생 어떻게 지진이 발생하는가? 대부분의 지진은 암석 판이 반복적으로 미끄러져 이동하는 지구 암석 외부에서 발생하는 단층을 따라 발생한다. 이 단층은 지구 암석권 중 약한 곳에서 발생하며 그 중 대부분은 지구 표면 아래에 위치해 있지만 캘리포니아에 있는 샌 안드리아스와 같은 곳은 지구 표면에서도 볼 수 있다. 지구에 전해지는 힘으로 인해 커다란 암석 덩어리가 팽창하거나 눌러지게 되어 균열이 발생하게 된다. 암석에 전해지는 강도가 클 때, 암석이 깨지면서 새로운 위치로 이동하는데, 이 때 지진의 진동이 일어나는 것이다. 지진은 보통 지구내부 깊은 곳에서 시작된다. 암석이 처음 깨지는 지점을 일컬어 포커스 또는 진앙지라고 일컫는다. 대부분의 지진 진앙지는 지구 표면 72킬로미터 미만 아래에 있지만 진앙지 중 가장 깊은 곳은 거의 지구 표면에서 700킬로미터 아래 있는 것으로 알려져 있다. 진앙지 바로 위에 있는 지구 표면은 진동의 진원지로 알려져 있으며 가장 심한 흔들림은 보통 이 진원지 근처에서 느낄 수 있다. 깨짐은 진지에서부터 단층을 따라 퍼지게 되는데 그 속도는 바위의 종류에 따라 달라진다. 화강암 또는 다른 강한 바위에서는 평균 초당 3.2킬로미터의 속도를 나타낸다. 이 속도로 단층은 3분이 안되는 시간에 한 방향으로 560킬로미터 이상 퍼질 수 있다. 갈라지는 현상이 단층을 따라 퍼지면서, 균열의 한쪽 면에 있는 바위 덩어리는 다른 면에 있는 바위 아래로 떨어지게 되거나 위로 올라가게 되고 혹은 다른 면을 앞질러 앞으로 밀려나가게 된다. 어떻게 지진이 널리 퍼져나가는가? 중심파는 대부분 지진으로 발생되는 피해를 일으키는 주범이며, 압축파와 횡파 두 종류가 있다. 파동이 지구 내부를 통과할 때 다른 방법으로 움직이면서 암석 조각을 형성하는데, 압축파는 암석을 밀고 당기면서 쌓여있는 것들을 수축시키거나 확장시키지만 횡파는 암석이 옆으로 움직이면서 쌓여있는 것을 흔들게 되는 것이다. 압축파는 고체, 액체, 기체 모두 통과할 수 있지만, 횡파는 오직 고체만 통과할 수 있다. 압축파는 가장 빠른 지진파로 제일 먼저 가장 먼 지점에 도착한다. 이 때문에 압축파를 (P)파라고도 부른다. 반면, 상대적으로 느리고 나중에 도달하는 횡파는 (S)파라고도 부른다. 중심파(실체파)는 빠르게 지구 표면 근처의 깊숙한 곳까지 이동한다. 예를 들어, 25킬로미터 미만의 깊이에서 압축파는 초당 6.8킬로미터의 속도로 이동하고 횡파는 초당 3.8킬로미터로 이동한다. 1,000킬로미터의 깊이에서 지진파는 같은 속도로 11회 반 이상을 이동한다. 표면파는 길고 느린 지진파로 사람들이 느끼는 느린 암석의 이동을 일으키며 건물에 아주 미미한 혹은 전혀 피해를 일으키지 않는다. 표면파는 러브파와 레일리파(Rayleigh waves)로 나뉜다. 러브파는 지구 표면을 수평적으로 이동하면서 땅을 횡의 방향으로 움직이는 반면, 레일리파는 지구 표면을 바다 위 파도처럼 둥글게 말리면서 이동한다. 전형적 러브파는 초당 약 4.4킬로미터로 이동하고 지진파 중에서 가장 느린 레일리파는 초당 약 3.7킬로미터로 움직인다. 이 두 종류의 지진파는 두 영국 물리학자 어거스터스 E.H 러브와 로드 레일리의 이름을 따 명명한 것으로 이 둘은 각각 1911년과 1885년에 수학적으로 지진파의 존재를 증명해냈다. 지진으로 의한 피해 지진은 건물, 다리, 댐 그리고 그 외에 많은 건축물과 자연물을 파괴한다. 단층 근처 단층 미끄러짐이라고 불리는 지각의 커다란 암석권의 이동과 지진파에 땅이 크게 흔들리면서 커다란 피해를 발생시킨다. 그 중에서도 단층에서 멀리 떨어진 곳에서 일어나는 흔들림으로 인한 피해가 가장 파괴적이다. 해저 지진은 해안 지역을 한 순간에 쓸어버리는 거대한 쓰나미를 일으킬 수 있으며 지진 발생 동안 일어나는 위험한 피해로 낙석, 땅의 침강, 나무 또는 나뭇가지의 떨어짐 등을 들 수 있다. 단층 미끄러짐 흔들리는 땅은 판의 구조가 횡으로 흔들리고, 위로 올라가거나 내려가며 다른 침해 방향으로 이동한다. 건물들은 지대에서 미끄러져 나가 붕괴하거나 둘로 갈라지기도 한다. 쓰나미 대양저에서 발생하는 지진은 주변 해수에 강한 압력을 가져와 하나 혹은 그 이상의 크고 파괴적인 파도, 쓰나미를 형성하게 된다. 어떤 이들은 이를 쓰나미 조수 파도라고 부르지만 과학자들은 그 용어가 잘못된 것이라고 여긴다. 왜냐하면 파도는 조수에 의해 일어나지 않기 때문이다. 쓰나미는 해변 근처 얕은 물에 도달할 때까지 그 높이가 30미터 이상이 되고, 외양에서 일반적으로 1시간에 800~970킬로미터의 속도로 움직인다. 쓰나미는 크기는 거의 변하지 않으면서 먼 거리를 이동할 수 있으며 몇 천 킬로미터 해안 지역을 홍수로 덮어버릴 수 있다. 구조적 위험 지질 구조는 강한 암석의 힘에 저항하기에는 너무 약하거나 경직되어 있을 경우, 지진이 발생하는 동안 붕괴하게 된다. 그리고 높은 빌딩들은 지진이 일어날 때 심하게 진동하며 서로 부딪히게 된다. 1906년 샌프란시스코 지진 발생시 주요한 인명, 재산의 피해는 화재로 발생했다. 화재의 경우 진동이 가스 혹은 전기선을 파괴하면서 시작된다. 1906년의 샌프란시스코 지진은 지진 후 3일 동안 계속된 화재로 미국 역사상 최악의 재앙으로 기록되었다. 지진이 발생시킬 수 있는 다른 위험들로는 독성 화학성분의 방출과 나무, 벽돌, 유리와 같은 물건이 떨어지면서 발생하는 피해들이 있다. 또한 하수관이 끊어지기도 하고, 그 때문에 식수에 하수가 흘러들어갈 수도 있다. 이렇게 오염된 물을 마시게 되면 콜레라, 장티푸스, 이질 및 다른 심각한 질병을 유발한다. 지진 발생 후 전기, 방송, 교통이 단절되어 구조팀과 구급차가 구조작업을 벌이는데 커다란 장애가 되며 이로 인해 부상자 및 사상자가 증가하게 된다. 또한, 기업과 정부 사무실에서 전력이 끊어지게 되어 많은 정보들을 소실하게 되는 등의 어려움을 겪을 수 있다. 지진 피해 줄이기 지진이 자주 발생하는 지역에서는 건물을 어디에 짓고 어떻게 지을지를 정확히 아는 것이 부상자와 사상자 그리고 재산 피해를 줄이는 데 도움이 된다. 또한 지진 발생시 대처하는 방법을 알아두는 것 또한 피해를 줄이는데 도움이 된다.
건축가들은 건물과 기단 사이에 충격 흡수제와 같은 역할을 하는 장치를 설치해 중간 크기의 건물을 보호하는데 적용하고 있다. 이러한 장치를 베이스 아이솔레이터라고 부르는데 보통 철근 층으로 만들어진 지지대를 갖고 있으며 합성 고무와 같은 탄력 물질로 구성되어 있다. 베이스 아이솔레이터는 건물에 피해를 가져올지도 모를 건물 양 옆에 가해지는 충격을 흡수한다. 고층건물은 지진에 대한 저항력을 위해 특별한 구조가 필요하다. 고층건물은 반드시 땅속 깊숙이 확실하게 박혀있어야 하며, 일반 건물들이 가지고 있는 구조보다 더 견고하게 만들어져야 한다. 그러한 건물 구조는 고층 건물을 충분히 강하게 만드는 동시에 지진에도 견딜 수 있도록 유연성을 갖게 한다. 지진에 저항하도록 건설된 집, 학교, 작업장들은 건물이 흔들릴 때에도 쉽게 떨어지지 않도록 무거운 도구, 가구들과 확실하게 부착된 구조를 갖고 있다. 가스나 물과 관련된 연결선도 끊어짐을 막기 위해 반드시 특별히 강화된 것이어야 한다. 안전 경보는 지진 시에 매우 중요한 역할을 한다. 사람들은 경보를 듣고 지진이 멈출 때까지 문틀 아래 서 있거나 테이블 혹은 의자 아래에 웅크리고 앉아 대피할 수 있다. 그리고 흔들림이 완전히 멈출 때까지 문 밖에 나가서는 안 된다. 그 이후라 하더라도 충분히 경계하면서 행동해야 한다. 강진은 잦은 약한 진동 후에 뒤따르는 경우가 많기 때문에 반드시 문, 창문을 깨끗이 유지하고 지진 후에 충돌할 수 있는 손상된 건물을 치워야 한다. 지진이 있을 때 외출하고 있는 사람들은 재빨리 큰 나무나 경사진 면, 건물, 전선 가까이에서 벗어나야 한다. 만일 근처에 물이 있다면 얼른 높은 곳으로 이동해야 한다. 지진이 발생하는 곳과 그 이유 과학자들은 판 구조론이라고 일컫는 이론을 발전시켜 오면서 왜 지진이 일어나는가에 대해 설명하려 노력해 오고 있다. 이 이론에 따르면 지구의 외부는 약 10개의 크고 경직된 판과 20개의 작은 판들로 이루어져 있다. 각각의 판은 지각, 맨틀, 지각 아래 뜨거운 암석으로 이뤄진 두꺼운 층으로 구성되어 있다. 과학자들은 지각과 위에 있는 맨틀을 가리켜 암석권이라고 한다. 판은 천천히 그리고 지속적으로 맨틀의 뜨겁고 부드러운 암석층인 암류권을 이동한다. 판이 움직이면서 서로 충돌하고 분리되며 혹은 서로 미끄러져 내려간다. 판의 움직임은 판 경계 근처에 있는 암석을 잡아당기며 이들 경계 주변에 있는 단층대를 형성한다. 어떤 단층의 조각을 따라 암석은 한 지점에 묶이게 되며, 판이 움직이더라도 따라 미끄러지지 못한다. 압력은 단층의 양 쪽에서 암석에 가해져 암석을 깨거나 이동시킨다. 단층에는 세 종류가 있다. 첫째, 정단층. 둘째, 역단층. 셋째, 주향이동 단층이다. 정단층과 역단층에서는 암석 경사면 아래에 있는 단층과 암석이 위로 올라가거나 단층을 따라 아래로 내려간다. 정단층에서 경사진 단층의 위에 있는 암석 덩어리는 아래로 미끄러지며 내려간다. 역단층에서는 단층의 두 방향에 있는 암석이 심하게 압축된다. 압축은 위에 있는 암석을 아래로 미끄러져 내려가게 만들고 아래 있는 암석을 더 아래로 떠민다. 주향이동 단층에서 단층은 암석 안으로 곧장 내려가며 바로 위의 암석은 단층을 따라 서로 수평적으로 미끄러져 내려간다. 대부분의 지진은 판 경계에 있는 단층대에서 일어난다. 이런 지진을 일컬어 판경계 지진이라고 한다. '판경계 지진'은 세 종류의 판 경계를 따라 일어난다. 첫째, 해령이 넓게 퍼져 있는 중수. 둘째, 섭입대. 세 번째 변환단층이 그것이다. 해령이 넓게 분포하고 있는 중수는 심해 분지에 위치하고 있으며 이 곳에서 판이 나눠진다. 판이 서로 분리되면서 지구 맨틀로부터 뜨거운 용암이 그 사이로 솟아 올라오게 된다. 용암이 점점 식어서 수축된 후 갈라지면서 단층이 형성되는 것이다. 이렇게 형성된 단층의 대부분은 정단층이다. 단층을 따라 암석 덩어리는 깨지거나 해령으로부터 먼 곳으로 미끄러져 내려가면서 지진을 만드는 것이다. 해령이 분포한 근처 판들은 얇고 약한 경향을 띠는데, 그 이유는 암석이 완전하게 식지 않아서 다소 유연하기 때문이다. 이런 이유로 거대한 변형은 형성될 수 없으며 대부분의 해령 근처 지진은 얕고 온화하며 강도가 그리 크지 않다. 섭입대는 두 판이 충돌하는 곳으로 한판의 경계가 다른 판의 모서리를 아래로 밀게 된다. 이 지역에서 일어나는 압축 때문에 많은 단층이 역단층이다. 주로 일어나는 지진의 80%가 태평양 주변의 섭입대에서 발생한다. 이 지역에서는 태평양 아래에 있는 판이 아래에 있는 판을 가라앉게 하면서 대륙을 이동시킨다. 대륙판 아래에 있는 해양판은 세계에서 가장 큰 지진을 발생시키는 거대한 변환을 가져온다. 세계에서 가장 깊은 지진은 약 700킬로미터 정도의 깊이에 있는 섭입대에서 일어난다. 변환단층은 판들이 서로 수평으로 미끄러져 지나가는 곳을 말한다. 주향이동 단층이 여기서 발생하는 것이다. 변환단층을 따라 발생하는 지진은 규모가 크긴 하지만 섭입대에서 일어나는 것만큼 크고 깊지 않다. 가장 유명한 변환 단층 중의 하나는 샌 안드레아스 단층이다. 북아메리카 판이 지나가면서 태평양 판에 의해 미끄러짐이 일어나게 된다. 샌 안드레아스 단층과 그것과 연결되어 있는 단층은 대부분의 캘리포니아 지진의 원인이 된다. 판 내부 지진은 판 경계를 따라 일어나는 것만큼 크거나 잦지 않다. 가장 큰 판 내부 지진이 가장 큰 판 경계 지진보다 100배 정도 작다. 판 내부 지진은 판 내부의 약하고 부드러운 지역에서 발생하는 경향이 있다. 과학자들은 판 내부의 흔들림이 암석 안의 온도 혹은 압력이 변화하면서 판 내부에 압력을 가하면서 일어나는 것으로 보고 있다. 또는 압력의 원인은 아마 판 경계에서 멀리 떨어진 곳에 있을지도 모른다. 이러한 압력은 정, 역 또는 주향이동 단층을 만들어 낸다. 지진 연구 지진의 기록, 측정, 위치 정하기 지진의 강도와 위치를 알아내기 위해, 과학자들은 지진계라 알려진 도구를 사용한다. 지진계는 근처 혹은 먼 지진에서 지진파로 생긴 땅의 움직임을 관찰한다. 어떤 지진계는 0.1 나노미터만큼 작은 진동도 감지할 수 있다. 어떤 나노미터는 3백 9십억 분의 일 인치 혹은 십억 분의 1 미터도 감지할 수 있다. 과학자들은 지진파를 다음과 같은 세 가지 방향에 따라 그 이름을 달리한다. 첫째, 위-아래. 둘째, 북쪽-남쪽. 셋째, 동쪽-서쪽. 과학자들은 각각의 방향에 따라 기록하는 센서를 분리해 사용한다. 지진계는 그 밑을 지나가는 지진파의 규모를 반영하는 진동선을 만들어 낸다. 진동도라고 불리는 파동의 기록은 종이, 필름 혹은 기록 테이프에 인쇄되거나 혹은 컴퓨터로 나타내기도 한다. 우리에게 가장 잘 알려진 지진 강도 측정기는 아마도 1935년 미국 지진파 학자 찰스 리히터가 발명한 리히터 척도일 것이다 이 척도는 지진이 야기한 땅의 움직임을 측정하는데, 숫자가 하나 증가할 때마다 진동이 발산하는 에너지가 약 32배나 더 크다는 것을 의미한다. 예를 들어, 규모 7.0의 지진이라면 6.0보다 약 32배 많은 에너지를 방출하는 것이다. 2.0 미만의 규모인 지진은 너무 미미해서 보통 지진계로는 감지할 수 없다. 7.0 이상의 진동은 많은 건물을 부술 정도가 된다. 지진의 대부분이 감소하는 리히터 규모 1단위 당 매우 급격하게 증가한다. 예를 들어, 4.0 규모의 진동이 8번 정도 있었다면, 그것은 규모 5.0과 같다. 비록 큰 지진이 리히터 척도에 기록되지만, 과학자들은 순간 규모 척도가 7.0이상 되는 지진을 그리기를 선호한다. 지금까지 규모 척도에 기록된 가장 센 지진은 1960년 남아메리카 칠레의 태평양 해안을 따라 발생한 9.5 규모였다. 그리고 가장 큰 내부 지진은 규모 8.0에서 8.3을 기록한 중앙아시아와, 인도양에서 1905년, 1920년 그리고 1957년에 일어난 것이다. 미국에서 기록된 가장 큰 내부 지진은 뉴 마드리드와 미주리에서 각각 1811년, 1812년에 일어났다. 그 지진은 너무 강해서 심지어 미시시피 강의 흐름을 바꾸어 놓았다. 그 지진 중에 가장 강력한 진동이 일어났을 때는 사우던 캐나다에서 멕시코의 걸프만까지, 아틀란타 해안에서 로키 산맥까지 땅이 흔들렸다. 과학자들은 지진 순간 규모 약 7.5규모로 측정했다. 과학자들은 적어도 지진파가 세 지점에 있는 지진계에 도착하는 시간을 측정하여 지진의 위치를 알아낸다. 이렇게 파동이 도착하는 시간을 통해 지진학자들은 각 지진계에서 지진의 거리가 얼마나 되는지 계산한다. 일단 그들이 지진의 거리를 알게 되면, 그 세 지점의 중심에 있는 진앙을 찾아낼 수 있다. 지진 예상하기 과학자들은 지진이 발생할 지역을 장기적 안목으로 매우 정확하게 예측할 수 있다. 예를 들어, 태평양 주위에서 일어나는 세계 주요 지진의 약 80%를 알고 있다. 이 태평양 지대는 많은 화산, 지진 그리고 그 외의 다른 지질 활동이 일어나기
때문에 '환태평양 조산대'라고 부른다. 지구내부 탐험하기 지구내부에 대해서 알려진 것들 중 대부분은 지진파 연구를 통해서 얻어낸 것들이다. 지진파 연구들을 통해서 볼 때, 지구 표면에서 중심까지 암석의 밀도가 점차 높아지는 것을 알 수 있다. 지구에 있는 암석의 밀도를 통해 과학자들은 지구 내부에
대한 거의 확실한 구성을 밝혀낼 수 있다. 자료출처 : NASA |
지진파의 충격은 어떻게 - jijinpaui chung-gyeog-eun eotteohge
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