지진의 특성과 생성원리

지질학적으로 원인을 가지고 발생하는 지진은 단층 표면의 한 지점에서 처음으로 단층 파괴가 일어나며 시작되는데 이를 핵 형성이라고 한다. 핵 형성 지대의 크기는 정확하지 않으며 가장 소규모 지진의 파열 면적의 경우 불과 백 미터보다도 작다는 증거도 있다.

고대에서부터 인간에게 땅이 흔들리거나 지구가 흔들리는 현상은 흔한 일이었다. 최대 지반 가속도와 속도를 직접 측정할 수 있는 가속도계가 발명되기 전까지 지진의 크기는 피해 권역에서 관측된 여러 가지 현상을 기반으로 연구한 후 다양한 종류의 진도로 분류하였다. 20세기에 와서 이러한 땅의 흔들림의 원인이 지각의 파열로 알려졌고 어느 지역에서든 지진 흔들림의 세기는 그 지역의 지반 조건 외에도 단층 파열의 강도나 크기, 거리 등에 따라 달라진다는 점이 연구 결과 밝혀졌다. 많은 언론사는 보통 지진의 규모를 ‘리히터 규모’라고 말하지만, 실제 대부분 국가의 정부 기관이나 기상청들은 지진의 규모를 방출된 실제 에너지 기반으로 측정한 ‘모멘트 규모’를 사용한다.

지진은 지구 암석권 내부에서 급작스럽게 에너지를 방출하면서 만들어진 지진파로 인해 지구 표면이 흔들리는 현상이다. 매우 약한 지진은 느낄 수 없는 크기도 있지만 강력한 지진은 도시 전체를 파괴할 수 있을 정도로 파급력이 크다. 지진은 지구 표면의 대지를 흔들고 암반의 위치를 이동시키거나 변성시켜 휘어지게 만든다. 큰 지진의 진원이 바다 해역이라면 해저 지형의 변화로 인해 쓰나미가 일어날 수 있다. 또한 지진으로 인한 산사태나 해일 등이 일어날 수 있다. 지진은 지구 안쪽의 에너지가 쌓여 암석의 파열이 일어나는 한계를 초과할 때 발생하는데, 암반이 파열되는 전체 영역을 진원역이라고 한다. 규모 M8 이상의 대형 지진은 진원역의 길이가 수백킬로미터를 넘는다. 암반이 파열된 전체 영역 중 가장 초기에 파열을 시작하는 땅속의 한 지점을 진원이라고 한다.

전 세계적으로 한 해 약 50만건의 지진이 관측된다. 이 중 인류가 흔들림을 느끼는 지진은 약 10만건이다. 소규모 지진이 주로 발생하는 지역은 필리핀, 이란, 멕시코, 엘살바도르도, 페루, 칠레, 터키, 뉴질랜드, 일본과 같은 판의 경계 지역이다. 규모가 큰 지진은 규모가 작은 지진에 비해 빈도가 낮다. 인류가 발전하며 점점 더 많은 지진이 관측되고 있는데 실제 지진의 횟수가 늘어난 것이 아니라 지진 관측소가 많이 생기고 지진계의 성능이 좋아져서 관측할 수 있는 지진의 수가 늘어난 것이다.

지진이 발생할 때 가장 근본적인 본진이 있고 파생되는 여러 지진인 여진이 있다. 여진이 일어나는 가장 큰 원인은 암반 사이의 급격한 응력 변화와 본진의 응력이 주변 지각에 영향을 주면서 파열되거나 변형되기 때문에 발생한다. 여진은 본진과 동일하거나 근처에서 발생하지만 약하다.

근대적인 지진계가 발명되기 전까지는 지진동의 세기를 주위 상황이나 사람 신체의 감각을 통해 판단하여 단계를 두고 구분했다. 이렇게 지진 피해나 흔들림의 느낌 등을 통해 같은 피해를 본 지역을 정리한 진도계는 비과학적으로 정확하지 않다고 생각될 수 있지만 과거의 지진기록을 통해 지진에 관한 정보를 빠르게 알아볼 수 있다는 이점이 있다.

물리학적으로 지진의 크기를 표현할 수 있는 수치로 속도, 변위, 가속도 등이 있다.

지진의 규모가 커지면 커질수록 통상 지진의 최대 진도도 같이 커지지만, 지진의 진도는 진원과의 거리, 단층의 이동 방향, 지반의 구조와 성질 등에 따라 크게 달라진다. 지하 지반에 물과 공기가 많이 함유되어 있어 부드러운 지층과 하천가의 평야 부지나 매립지 지형이 더 크게 흔들리기 쉽다.

지진이 발생하면 다양한 현상들이 발생한다. 이렇게 지진으로 발생한 피해를 통틀어 지진 재해라고 부른다. 지진 재해는 지진 그 자체로 인한 1차 재해와 부가적으로 생기는 2차 재해로 나뉜다. 1차 재해는 강한 지진동에 의한 지표나 지하 구조물의 파괴, 해일로 인한 선박의 유실, 지반의 붕괴 등이 있다. 2차 재해에는 전기, 가스, 화재, 수도 등 일상생활에 혼란을 주는 피해를 지칭한다.

흔들림과 지반파열은 지진으로 생기는 주로 건축물과 단단한 구조물에 여러 심각한 손상을 입히는 피해이다.

지진이 일어나는 장소들을 조사해 보면 지진은 그 진앙의 분포로 보나 진원의 깊이로 보나 지각 혹은 상부 맨틀의 일정한 부분에 다발적으로 발생하고 있다. 이를 지진소라고 하는데, 일본의 동북 지방 지진소는 크기가 크고 두께가 두꺼우며, 맨틀 상부에 자리 잡고 있다. 이에 비해 서남 지방의 지진소는 크기가 작으며 지표에서 약 35km 깊이에 있다.

지질학적으로 생성되는 대부분의 자연 지진은 수십 km 안팎의 불의 고리 지역에서 발생한다. 지진은 진원의 깊이에 따라 천발지진, 증발 지진, 삼발지진으로 나누어진다. 그 중 삼발 지진이 가장 깊은 지역에서 발생하는 지진이다. 가장 많이 발생하는 지진은 천발지진으로 전체 비율의 80% 이상을 차지하고 있다.

군발지진이란 짧은 시간 사이에 특정 지역에서 여러 차례 발생하는 지진을 의미한다. 군발지진은 보통의 여진과는 다른데 유달리 강도가 세거나 크게 다른 점이 없어 본진을 딱 정해서 말하기도 어렵다.

지진에는 많은 종류가 있지만, 흔히 생각하는 자연재해로 지진은 판구조론에 따른 지표의 움직임을 에너지원으로 한다. 지진은 판의 경계부에서 자주 발생하며 판의 경계부가 다양하기 때문에 지진의 위력도 다양하게 발생한다.

지진이 발생했을 때 생기는 파동을 지진파라고 한다. 지진파는 P파, S파, L파, R파 순으로 전달되며 횡파인 S파가 도착할 때 큰 피해가 발생한다. P파가 도달한 시간부터 S파가 도달한 시간까지 걸리는 시간을 PS 시간이라고 하며, 이 시간을 통해 진원과 진앙의 위치를 추정할 수 있다.