지진의 개념과 규모(리히터 등급)

지진의 개념과 규모(리히터 등급)

지진의 개념과 규모(리히터 등급)

우리는 가끔 무시무시한 지진이 일어나서 수많은 사람들을 사망에 이르게 하고, 가치를 매길 수 없을 정도의 재산 피해를 냈다는 말을 듣습니다. 도대체 이런 지진은 얼마나 자주를 일어나는 것일까요? 실제로 매일 수없이 많은 작은 지진이 일어나고, 규모가 큰 지진은 우리가 듣는 것보다 훨씬 많이 일어납니다. 하지만 정작 발생된 지진 중 우리에게 막심한 피해를 입히는 지진은 오히려 그 비중이 작죠. 그렇다면 지진 중 어떤 진동이 피해를 입히는 걸까요? 지진의 규모는 어떻게 계산하고, 해당 규모의 지진은 얼마나 빈번하게 일어날까요? 지진으로 발생할 수 있는 재해에는 어떤 것들이 있을까요? 함께 살펴보죠. 지진의 크기와 빈도 그리고 지진 재해에 대해 얘기해보겠습니다.

지진의 개념

지진은 지하에 축적된 응력이 암석의 균열과 함께 방출되면서 발생하는 지반의 진동으로 지구 내부 에너지에 의해 발생한다고 하였습니다. 이 지진에 대해 자세히 논의하기 전에 몇 가지 용어 정의부터 하고 진행하는 것이 좋겠습니다. 지진을 얘기할 때 진원과 진앙이라는 말을 많이 들어보셨을 겁니다. 진원이란 영어로는 Hypocenter라고 하는데요. 지하의 지진이 일어난 지점을 가리킵니다. 진앙이란 영어로는 Epicenter라고 하는데, 진원 바로 위 지표상의 지진 발생 위치를 뜻합니다. 지진은 대개 암석이 깨져 미끄러지는 단층에 수반되어 나타나는데, 여기 왼쪽 그림에서 보듯이 단층면 상의 지하 한 지점에서 지진이 일어나면 그 지점이 진원이 됩니다. 그리고 이 진원의 바로 위 지표상의 위치가 진앙이 됩니다. 다음 그림은 진원에서 지진이 발생하면 모든 방향으로 물질파 형태로 지진이 전달되는 것을 보여줍니다. 이때 지진에 의해 전달되는 물질파를 지진파, 즉 Seismic Wave라고 합니다. 지진은 지진파의 형태로 지구 내부를 통해 멀리까지 전달되므로 진앙에서 매우 멀리 떨어진 지진계에도 기록됩니다. 지진파는 지구 내부로 전달되는 실체파, 즉 Body Wave와 지구 표면으로 전달되는 표면파, Surface Wave로 나눌 수 있습니다. 진행 방향에 대한 진동 방식에 따라 지진파를 더 세분화할 수 있는데요. 실체 파는 P파와 S파로, 표면파는 R파와 L파로 다시 나눕니다. P파는 Primary Wave에서 따온 이름인데요. 속도가 빨라 지진계에 제일 먼저 기록되기 때문에 붙은 이름입니다. P파는 진행 방향과 평행하게 종으로 진동하는 지진파이며, 고체와 액체 모두 통과합니다. S파는 Secondary Wave에서 따온 이름인데, 속도가 P파보다 느려 지진계에 나중에 도착합니다. 이 때문에 S파라는 이름이 붙었습니다. S파는 진행 방향을 가로지르며 횡으로 진동하며, 고체만 통과합니다. 이와 같은 P파와 S파의 통과 매질 차이를 이용해 지구 외핵이 액체 상태임을 알아내는 것입니다. R파는 Rayleigh Wave에서 따온 이름인데, 마치 수면의 물결과 같은 지진파입니다. 그림의 표면파가 R 파입니다. 속도는 S파의 90% 정도 됩니다. L파는 Love Wave에서 온 이름으로 진행 방향을 가로질러 횡으로 진동하는 표면파입니다. R파보다 아주 조금 더 빠릅니다. P파는 S파보다 더 빠르므로 지진계에 먼저 도달하여 기록됩니다. 그리고 진앙에서 멀리 떨어질수록 뒤에 도달하는 S파와의 간격이 벌어집니다. 즉, P파와 S파와의 간격을 알면 진앙까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 지진계가 설치된 지점을 중심으로 진앙까지의 계산된 거리를 반지름으로 하는 원을 그리면, 이 원주 상에 진앙이 반드시 존재합니다. 여기 이 그림과 같이 적어도 세 군데 다른 곳의 지진계 설치 지점에서 계산된 진앙까지의 거리를 반지름으로 하는 원을 그리면, 이 원들이 한 지점에서 교차하는데 이 교차점이 바로 진앙이 됩니다. 지진이 일어나면 이와 같은 방법으로 진앙을 찾아냅니다.

지진의 규모 측정

지진계에 기록된 지진파의 크기로부터 지진의 규모를 추정할 수 있습니다. 아까처럼 P파와 S파의 간격으로부터 진앙까지의 거리를 계산하고, 지진계에 기록된 가장 강한 진동 크기를 측정합니다. 왼쪽 측에서 이미 측정된 거리를 오른쪽 측에 진동의 크기로 표시하고, 이 둘을 연결하면 가운데 축을 교차해서 지나가는데 이 가운데 축의 눈금을 읽으면 지진 규모가 됩니다. 지진의 절대 규모는 리히터 등급 또는 모멘트 규모 등급으로 나타내며, 현장에서 느끼는 지진의 규모는 메르칼리 강도 등급으로 나타냅니다. 이 중 메르칼리 등급은 현장에서의 실제 피해 정도 및 사람이 각자 느끼는 주관적인 피해에 따라 달라질 수 있으므로 리히터 등급만큼 과학적인 것으로 간주되지 못합니다. 리히터 등급은 지진 측정 위치와 상관없이 지진의 절대 규모를 측정하기 위해 1934년 Charles F. Richter에 의해 고안된 것으로 여기 이 식에서 보시는 것처럼 상용로그를 이용해 계산합니다. 이 식에서 A는 Wood-Anderson 지진계에 기록된 지진파의 최대 크기이며, A0는 지진관측소와 진앙과의 거리에 의해 결정되는 보정 값입니다. 원래의 리히터 등급은 멀리 떨어진 곳의 지진 등급 측정이 어려워 Gutenberg에 의해 수정되었으며, 이렇게 수정된 것으로도 매우 큰 규모의 지진 측정에 문제가 생기자 지진 모멘트를 이용해 등급을 측정하기 시작하였습니다. 지진 모멘트란, 지진을 일으킨 단층의 표면적, 이동거리 그리고 암석의 전단응력 계수 등을 곱해 얻는 값으로 에너지와 같은 단위를 같습니다. 이 등급을 MMS라고 부르는데 MMS는 여기 이 식을 이용해 계산됩니다. 이 모멘트 등급은 1979년 캘리포니아 공대 지진학자인 Hanks와 Kanamori에 의해 도입된 것으로 리히터 등급과 비슷한 값을 갖으나 8 이상의 등급 지진에 대해서는 리히터 등급보다 한 등급 정도 높게 계산됩니다. 요즈음의 지진 규모는 모두 이것으로 측정됩니다. 지진 등급이 로그 값으로 계산되는 것을 이미 보여드렸습니다. 따라서 등급 1 차이는 대략 10배의 진동 차이를 나타내며, 지진 에너지 차이는 10배 이상이 됩니다.