지진은 땅이 갑자기 흔들리는 현상으로, 인류에게 가장 두려운 자연재해 중 하나입니다. 건물이 무너지고, 다리가 끊어지며, 땅이 갈라집니다. 2011년 동일본 대지진은 규모 9.0으로 쓰나미를 일으켜 1만 8000명 이상의 사망자를 냈고, 2010년 아이티 지진은 수도 포르토프랭스를 폐허로 만들었습니다. 하지만 지진은 단순한 재앙이 아니라 지구가 살아있다는 증거입니다. 판이 움직이고 산이 솟아오르며 대륙이 이동하는 과정에서 축적된 에너지가 방출되는 것입니다. 지구에서는 매년 약 50만 번의 지진이 발생하지만, 대부분은 너무 약해서 느끼지 못합니다. 인간이 느낄 수 있는 지진은 연간 약 10만 번이며, 피해를 주는 큰 지진은 10~20번 정도입니다. 지진은 어떻게 발생하며, 어떻게 측정하고, 어떻게 대비할 수 있을까요. 이 글에서는 지진의 발생 원리, 지진파의 종류와 특징, 지진의 규모와 진도, 그리고 지진 예측과 대비 방법을 상세히 알아보겠습니다.
지진의 발생 원리
지진의 대부분은 판의 경계에서 발생합니다. 판들이 서로 밀고 당기며 마찰을 일으키는 과정에서 암석에 응력이 축적됩니다. 암석은 탄성체처럼 어느 정도까지는 변형을 견디지만, 한계를 넘어서면 갑자기 끊어지거나 미끄러집니다. 이때 축적된 에너지가 지진파 형태로 방출되며, 땅이 흔들립니다. 이를 탄성 반발설이라고 합니다. 1906년 샌프란시스코 지진 후 해리 리드가 제안한 이론으로, 지진 발생의 기본 메커니즘을 설명합니다. 판의 경계 중 특히 위험한 곳은 변환 단층입니다. 두 판이 엇갈려 지나가는 곳으로, 산안드레아스 단층이 대표적입니다. 단층면을 따라 마찰로 움직임이 멈춰 있다가, 응력이 마찰력을 초과하면 갑자기 미끄러지며 지진이 발생합니다. 섭입대도 강한 지진을 일으킵니다. 해양판이 대륙판 밑으로 가라앉는 곳에서 두 판이 맞물려 있다가 해양판이 갑자기 미끄러지면 거대 지진이 발생합니다. 2011년 동일본 대지진, 2004년 수마트라 지진, 1960년 칠레 지진 모두 섭입대에서 발생했습니다. 규모 9.0 이상의 초대형 지진은 모두 섭입대에서 일어났습니다. 지진이 시작되는 지하의 지점을 진원 또는 진앙이라고 합니다. 진원은 지진이 실제로 발생한 지하의 점이고, 진앙은 진원 바로 위 지표면의 점입니다. 진원의 깊이는 지진의 피해 정도에 영향을 줍니다. 천발 지진은 깊이 70킬로미터 이내에서 발생하며, 피해가 큽니다. 중발 지진은 70~300킬로미터, 심발 지진은 300킬로미터 이상 깊이에서 발생하며 에너지가 전달되는 동안 감쇠되어 피해가 상대적으로 작습니다. 판의 경계가 아닌 곳에서도 지진이 발생합니다. 판 내부 지진은 판 내부의 약한 단층이나 고대 지질 구조에서 응력이 축적되어 일어납니다. 한반도의 지진도 대부분 판 내부 지진입니다. 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진이 그 예입니다. 화산 지진도 있습니다. 마그마가 이동하거나 화산 가스가 압력을 가하면서 발생하는 작은 지진으로, 화산 분출의 전조일 수 있습니다. 인공 지진도 있습니다. 지하 핵실험, 대규모 댐 건설, 지열 발전을 위한 물 주입, 석유 채굴 등 인간 활동이 지진을 유발할 수 있습니다.
지진파의 종류와 전파
지진이 발생하면 에너지가 파동 형태로 사방으로 퍼져나갑니다. 이를 지진파라고 하며, 크게 실체파와 표면파로 나뉩니다. 실체파는 지구 내부를 통과하는 파동으로, P파와 S파가 있습니다. P파는 종파이자 1차파입니다. 파동의 진행 방향과 입자의 진동 방향이 같습니다. 암석을 밀고 당기며 전파되므로 고체, 액체, 기체 모두를 통과할 수 있습니다. 속도가 가장 빨라 초속 약 6~7킬로미터로 진행하며, 지진이 발생하면 가장 먼저 도착합니다. P파가 도착하면 위아래로 흔들리는 느낌이 듭니다. S파는 횡파이자 2차파입니다. 파동의 진행 방향과 수직으로 입자가 진동합니다. 암석을 옆으로 비트는 형태로 전파되며, 고체만 통과할 수 있습니다. 액체와 기체는 전단 응력을 견디지 못해 S파를 전달하지 못합니다. 속도는 P파보다 느려 초속 약 3~4킬로미터이며, P파보다 늦게 도착합니다. S파가 도착하면 좌우로 크게 흔들립니다. P파와 S파의 도착 시간 차이를 이용하면 진원까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 이를 PS시라고 하며, PS시가 길수록 진원이 멉니다. 최소 3개 관측소의 PS시를 이용하면 진원의 위치를 삼각 측량으로 결정할 수 있습니다. 표면파는 지표면을 따라 전파되는 파동입니다. 실체파보다 느리지만 진폭이 크고 감쇠가 느려 피해를 많이 줍니다. 러브파와 레일리파가 있습니다. 러브파는 수평 방향으로 흔들리며, 레일리파는 타원 궤도로 회전하듯 흔듭니다. 지진파는 지구 내부 구조를 연구하는 데 중요합니다. 지진파의 속도는 통과하는 물질의 밀도와 탄성에 따라 달라집니다. 지진파가 지구를 통과하며 굴절되고 반사되는 양상을 분석하여 지구가 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 나뉜다는 것을 알아냈습니다. 특히 S파가 외핵을 통과하지 못한다는 사실에서 외핵이 액체 상태임을 확인했습니다.
지진의 규모와 진도
규모
규모는 지진 자체의 크기, 즉 방출된 에너지의 양을 나타냅니다. 관측 위치와 무관한 절대적인 값입니다. 리히터 규모가 가장 유명하지만, 현재는 모멘트 규모를 주로 사용합니다. 리히터 규모는 1935년 찰스 리히터가 개발했습니다. 지진계에 기록된 최대 진폭의 로그값으로 계산하며, 규모 0에서 10까지 표현됩니다. 규모가 1 증가하면 진폭은 10배, 에너지는 약 32배 증가합니다. 규모 6.0 지진은 규모 5.0 지진보다 에너지가 32배 큽니다. 규모 8.0 지진은 규모 6.0 지진보다 1000배 강력합니다. 하지만 리히터 규모는 규모 7 이상에서 포화되어 정확하지 않습니다. 현재는 모멘트 규모를 사용합니다. 단층면의 면적, 미끄러진 거리, 암석의 강도를 고려하여 계산하며, 큰 지진에도 정확합니다. 역사상 가장 큰 지진은 1960년 칠레 발디비아 지진으로 규모 9.5였습니다. 2011년 동일본 대지진은 9.0, 2004년 수마트라 지진은 9.1이었습니다. 규모 10 이상의 지진은 지구상에서 발생한 적이 없으며, 이론적으로도 판의 강도로는 불가능하다고 봅니다.
진도
진도는 특정 장소에서 느끼는 지진의 세기입니다. 같은 지진이라도 진앙에서 가까우면 진도가 높고 멀면 낮습니다. 지반의 특성, 건물 구조 등에 따라서도 달라집니다. 관측자의 주관적 경험과 피해 정도를 기준으로 평가합니다. 한국과 일본은 수정 메르칼리 진도 계급을 사용하며, 1에서 12까지 나뉩니다. 진도 1은 거의 느끼지 못하는 수준이고, 진도 5는 대부분의 사람이 느끼며 물건이 떨어집니다. 진도 7은 건물에 균열이 생기고, 진도 9는 건물이 무너지며, 진도 12는 완전한 파괴입니다. 일본은 독자적인 기상청 진도 계급을 사용하며 0에서 7까지 나뉩니다. 진도 5와 6은 약과 강으로 세분됩니다. 같은 규모의 지진이라도 피해는 크게 다를 수 있습니다. 지반이 무른 곳에서는 지진파가 증폭되어 피해가 큽니다. 1985년 멕시코시티 지진은 진앙에서 400킬로미터 떨어졌지만 호수를 매립한 연약 지반 위에 세워진 도시가 큰 피해를 입었습니다. 건물 내진 설계도 중요합니다. 같은 지진에도 내진 설계가 잘된 건물은 견디지만, 그렇지 않은 건물은 무너집니다.
지진 예측과 대비
지진 예측은 매우 어렵습니다. 언제, 어디서, 얼마나 큰 지진이 일어날지 정확히 예측하는 것은 현재 과학으로 불가능합니다. 지진 전조 현상으로 알려진 것들, 즉 동물의 이상 행동, 지하수위 변화, 땅의 미세한 융기 등은 신뢰성이 낮습니다. 어떤 경우에는 나타나지만 어떤 경우에는 나타나지 않으며, 전조 현상이 있어도 지진이 발생하지 않는 경우도 많습니다. 대신 장기 예측은 가능합니다. 특정 단층에서 주기적으로 큰 지진이 발생한다는 사실을 알면, 다음 지진이 수십 년 내에 일어날 가능성을 추정할 수 있습니다. 일본 난카이 해구는 약 100~150년 주기로 대지진이 발생했으며, 마지막 지진이 1946년이었으므로 가까운 미래에 발생할 가능성이 높습니다. 조기 경보는 효과적입니다. 지진이 발생하면 P파가 먼저 도착하고 몇 초 후 S파와 표면파가 도착합니다. P파를 감지하는 순간 경보를 발령하면 S파가 도착하기 전에 대피할 시간을 벌 수 있습니다. 일본과 한국은 지진 조기 경보 시스템을 운영하며, 수 초에서 수십 초의 시간을 확보합니다. 이 짧은 시간에도 엘리베이터를 멈추고, 기차를 감속하며, 가스를 차단하고, 사람들에게 대피를 알릴 수 있습니다. 내진 설계가 가장 중요합니다. 건물과 인프라를 내진 설계로 건설하면 피해를 크게 줄일 수 있습니다. 같은 규모의 지진에도 일본과 아이티의 피해가 천지 차이인 이유는 건축 기준 때문입니다. 한국도 경주 지진 이후 내진 설계 기준을 강화하고 있습니다. 개인 대비도 필요합니다. 지진이 발생하면 책상이나 테이블 아래로 들어가 머리를 보호하고, 흔들림이 멈춘 후 밖으로 대피합니다. 엘리베이터는 사용하지 말고 계단으로 이동합니다. 해안가에서는 쓰나미 가능성을 고려하여 높은 곳으로 대피합니다. 지진은 막을 수 없지만 대비할 수는 있습니다. 과학적 이해와 철저한 준비가 생명을 구합니다.