최원호의 내진설계 네 번째 이야기입니다.
신분이 학생인 관계로 지금 기말고사 기간이고 레포트를 제출하느라 조금 정신이 없었답니다. 이점 이곳을 찾는 네티즌 여러분께서 이해해주시리라 믿습니다.
오늘은 먼저 과연 지진이라는 현상을 인간이 피할 수 없는 자연현상인가?
지진이 발생하기 전 미리 알 수 있는 방법은 없을까? 몇분 아니 몇초 전에만 알아도 큰 피해는 줄이고 생명 또한 건질 수 있지 않은가!
아마도 여러분들 중에는 이렇게 달나라까지 가는 과학기술의 발달로 지진현상정도는 충분히 예측할 수 있지 않으냐! 라고 생각하시는 분이 있을 것입니다.
자! 그럼 이 지진이라는 현상을 어떻게 인간들이 생각하여 왔고 지진현상을 예측하는 기술들을 어떠한 방법으로 접근하고 있는지에 대하여 이야기할까 합니다.
나는 몇 년 전 우리 섬에 지진이 일어났을 때 지진을 극복하는데 매우 좋다는 약을 파는 아주 뻔뻔스러운 돌팔이 약장사가 있었다는 것을 기억한다. - 조셉 에디
슨 -
인류역사상 가장 성공적인 지진예측, 그러나...
조금 재미없는 이야기를 하기전에 한가지 말씀드릴게 있습니다. 인류역사상 가장 성공적인 지진예보의 사례! 바로 중국에서 성공했답니다.
1975년 2월 4일 19시 36분 중국 海靑(하이청)에서 발생한 규모7.3의 강진을 중국 『국가지진국』에서 불과 5시간전에 지진발생을 예보하여 모든 주민들에게 대피요령을 지시하고 그 결과 주민들은 물론이고 가축들까지 모두 안전지역으로 대피하여 아무도 다치지 않고 지진의 피해를 면할 수 있게 되어서 전세계를 깜짝 놀라게 한적이 있습니다. 무려 10만명 이상의 인명을 구한 이 지진예보로 중국 정부는 국민의 전폭적인 신뢰를 받았고 이전부터 지진예측에 관심이 많았고 중국을 신비의 나라로 인식하고 있던 미국에서는 난리가 났었습니다. 분명 동양의 신비한 나라 중국에는 과학으로 해결하지 못하는 뭔가가 있다고 생각하여 일부의 학자들이 지진예측에 관한 연구를 하기 위하여 중국방문 계획을 세우기도 하였답니다.
당시 서울에서는 규모 3.0 으로 고층건물이 흔들리고 정전과 방송중단 그리고 대피소동이 있었으나, 기상청에는 장비가 부족하여 지진분석을 못하고 애를 태웠던 지진입니다.
그런데, 여러분!! 불과 1년후 1976년 당산에서 발생한 지진으로 중국은 하루아침에 세계적으로 망신을 당하는 나라가 되었으니.... 좋았던 시절은 금방이었지요!!
제가 내진설계 중요성을 이야기 할 때 잠시 언급하였지만 아무런 지진예보가 없는 상태에서 대규모의 지진이 발생하여 건물의 98%가 붕괴하고 70만명의 주민가운데 약 60만명이 사망하는 엄청난 피해가 발생하였지요! 이 지진으로 하이청 지진은 완벽한 우연으로 인한 예측에 불과하였다는 사실이 드러났으며 미국 학자들은 중국행 계획도 전면 취소하였답니다. 도리어 이때부터 중국의 전문가들이 지진공학분야에서 연구를 위하여 미국을 유학가는 사태가 발생하게 되었지요!!
이제부터는 본격적인 이야기!
여러분! 운이 좋게도 지진현상은 예고없이 찾아오지는 않습니다.
빈번하게 지진이 발생한 지역은 즉, 지진 발생의 전과(?)가 있는 지역은 어느 정도 예측가능합니다. 과거의 지진기록이라는 것을 무시할 수 없지요!
사고 역시 쳐본 놈(?) 칠 수 있다고, 지진도 많이 발생한 지역은 계속 그러한 가능성이 내재되어 있답니다.
가장 전과가 화려한 곳이 바로 북미 캘리포니아 남부지역의 산안드레아 단층 지역입니다. 거의 150년마다 대규모의 지진이 발생합니다. 규모 5 정도의 지진은 너무나도 빈번하게 발생하지요! 이러한 지역에서는 항상 지표는 특정지역과 어느 정도 거리 안에서 융기될 수 있으며 그 지역을 따라 지각의 변형가능성이 크다고 할 수 있지요!
그러나 애석하게도 이러한 지진발생전의 변화들을 정확하게 예상할 수 있으면 좋겠으나, 아직은 우리 인간의 실력이 여기까지는 아닙니다.
지진의 예측하기 위한 인간의 많은 노력이 있었습니다. 그 중 몇 가지를 소개할까 합니다.
1. 나이테분석법과 방사성 탄소 연대 측정법
아마도 여러분이 아시겠지만, 나이테 분석법과 방사성 탄소 측정법이 지진을 예측하는 한가지 수단으로 사용이 됩니다.
나이테 분석법의 위력을 예를 들면, (지명은 상관이 없답니다 ^_^)
산사태로 시애틀의 워싱턴 호수로 옮겨져 물에 잠긴 더글라스 전나무와 쯔나미에 의해 넘어져 22km 떨어진 푸젯사운드 해안에 밀려간 한 통나무가 같은 해 같은 계절에 죽었다는 것을 증명할 수 있습니다.
그리고 나무의 죽음을 추정하는데는 방사성 탄소 연대 측정법을 이용하게 됩니다. 워싱턴호수에 있는 전나무의 나이테를 분석하면 동일한 시대에 산사태가 발생하였다는 것을 알 수 있으며 이러한 현상은 지진에 의해 발생했을 가능성이 크므로 시애틀 지역은 지진이 발생하기 쉬운 지역이라는 것을 예상할 수 있습니다. 대층 이런식의 시나리오지요!
2. 단층 및 토층의 변화 분석
또 한가지는 앞서 잠시 산아드레아 단층에 대해서 말씀을 드렸는데, 이 세계에서 가장 많이 알려진 단층은 매년 규모1.5나 그 이상의 지진이 수천번 이 단층을 따라 주변에서 발생하였기 때문에 지진학자들은 이 지역에 700여개의 지진계를 배치하였습니다.
지진계를 비롯한 가속도계, 변형계, 크리프계, 경사계, 자기계, 지질학적 센서, 레이저 레벨 측정기 등 온갖 첨단 장비들이 설치되어 있지요!!!
여기서 지질학자들은 단층의 단면 변화, 그리고 토층의 불연속적인 변화를 주의깊게 조사함으로써 역사전후의 지진을 식별할 수 있었답니다. 이러한 토층과 단층에서 채취한 샘플들을 가지고 지진, 화산분출, 가뭄, 혹은 홍수와 같은 사건들의 시기를 방사성 탄소법으로 정확하게 알아낼 수 있지요! 이러한 학문이 바로 최근 새롭게 등장한 고지진학입니다. 이 학문으로 인하여 과거 지진의 재현주기와 진동수 등을 어느 정도 예측할 수 있는 지식을 가질 수 있었지요!
과거와 현재의 지진데이타를 이용하여 지진학자들은 앞으로 있을 어떤 지역의 지진을 측정할 수 있게 되었지요! 지진발생에 대한 예상 시나리오를 제사하였는데, 이 시나리오에 따르면 지진이 향후 30년내 발생할 가능성은 샌버나디노를 둘러싼 지역은 60%, 샌프란시스코 지역은 67%, 캘리포니아의 서중부에 있는 파크필드 지역은 90%의 위험성이 있다는 이야기입니다. 이 방법을 사용하여 지진학자들은 1989년 지진이 발생하였던 로마프리에타 근처의 산타크루즈 산맥이 가장 위험한 곳이라는 것을 정확하게 지정하였답니다.
A. 큰 지진에 대한 전조
『 화산폭발이나 허리케인이나 쯔나미 중에서 어느 것이 차라리 낫습니까 ?』
『 주머니 속에 있는 권총으로 L.A에서 당신의 생명을 보호할 수 있습니까?』
『 언제나 나는 토네이도가 더 좋습니다. 적어도 이것은 경고를 주니까요! 그러나.... 나는 지진에 의하여 내가 죽을 수 있다는 것을 정말로 믿지 않습니다. 』
캘리포니아 지역 주민들에게는 위와 같은 문답들이 오고간답니다. 우리나라 사람들은 상상도 할 수 없겠지요! 완전히 남의 나라 이야기겠지만.....
몇번의 지진으로 인하여 단층의 변화가 발생하게 되며 또한 새로은 단층이 형성될 수도 있답니다. 이러한 새 단층은 지진의 압력에 저항하는 힘들을 감소시킬 수 있고 단층과의 갑작스러운 미끄러짐의 원인을 제공하게 됩니다.
가장 큰 문제가 이 단층의 미끄러짐이 언제 생길꺼냐에 대한 문제입니다.
젊은 고지진학자인 Kerry E. Sieh는 다음과 같은 말을 합니다. " 그것은 단지 느낌이다. 하지만 내가 살아있는 동안 샌프란시스코 남쪽에서 가장 큰 지진을 목격하게 될 것 같다."
그렇습니다. 말 그대로 전문가의 느낌이고 과학적이고 합리적인 예측 방법은 아직까지는.....
B. 단기예측
지진을 예측하는 기술은 1960년대 초기부터 시작되었습니다. 그 시기에 러시아 지진학자들에 의하여 제안된 이론이지요! 다일레이턴시 이론 !!!
이 중 가장 주목할만한 것은 진앙 지역을 통과하는 P파와 S파의 속도비의 변화입니다. P파의 속도는 항상 S파보다 약 1.75배정도 큽니다. 그러나 큰 지진이 발생하려는 지역에서는 P파의 속도가 감소하여 S파의 1.5 배 정도가 되었다가 다시 정상으로 회복되는 현상이 나타납니다. 이러한 현상 직후에 지진이 발생하는데 이는 지진 발생 직전에 지각에 근본적인 변화가 있음을 암시해주는 것입니다. 즉 암석이 큰 규모의 단층으로 쪼개지기 전에 변형력의증가에 의해 조금씩 미세하게 쪼개지기 시작하여 부피가 증가하면 암석 내부의 갈라진 틈이나 작은 구멍들에 차있던 물이나 액체의 공극 압력이 감소하여 위의 여러 가지 전조 현상이 나타납니다. 그 후 시간이 경과하면 인접지역으로부터 다시 물이 흘러 들어와 공극 압력이 정상화되므로 이러한 현상들이 사라지고 이어서 암석이 약화되어 지진이 발생한다는 것입니다. 이를 다일레이턴시 이론이라 하는데 이 부분에 대해서는 아직도 해결되어야 할 문제가 많지만 현재까지 지진을 예보하는 가장 효과적인 방법으로 여겨지고 있습니다.
이야기는 계속 이어집니다. 조금 재미없었지요! 계속되는 이야기는....
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