지진과 그 원인

지진

프엔테 힐스 단층은 세 부분으로 잘려져 있었으며, 거기에서는 각각 규모 6.5정도의 지진이 발생할 가능성이 있는 것으로 밝혀졌다. 각각의 잘려진 단층들에서는 역단층운동이 일어나고 있으며, 과학자들은 1987년에 발생한 규모 6.0의 휘티어 지진이 그 중의 한 단층에서 발생할 것으로 생각하고 있다. 이 지진과 더불어, 이 지역의 지질학적 자료에 의하면 과거에 이보다 더 큰 지진이 발생하였을 가능성이 제기되고 있어서 과학자들은 은닉단층에 의한 지진재해에 대한 관심의 집중이 어느 때보다 중요하다고 지적하였다.

 

-지진

우리가 살고 있는 지구가 마치 거대한 마치에 얻어맞은 것처럼 진동하는 것을 지진이라고 한다. 이 지진의 원인은 탄성체인 지구의 내부에 축적된 변형에너지가 갑자기 방출되는 것이다. 이 방출에너지가 크면 보다 큰 지진이 발생한다. 바로 이 탄성으로 저장된 에너지가 어떻게 축적이 되고 또 어떻게 방출이 되는가 하는 것은 끊임없는 중요한 연구과제이다. 여기서 각자 하나의 실험을 해보기로 하자. 여러분의 한 친구에게 목재 널빤지나 목재 탁자의 한 끝은 손이나 망치로 두드리게 하고 다른 쪽 끝에 여러분의 손을 대보시오. 아마 여러분은 다른 쪽 끝에서 가한 충격에 의해서 발생한 진동을 느낄 수 있을 것이다. 여러분이 그 진동을 느낄 수 있는 것은 망치나 손에 의해서 가해진 힘이 고체인 나무를 통해 탄성진동의 형태로 여러분의 손에 전달되기 때문이다. 지구에서는 다행히 폭탄의 폭발이나 강렬한 화산폭발 등이 그러한 에너지원의 역할을 똑같이 할 수 있기 때문에 여러분이 손이나 망치로 땅을 치지 않아도 될 것이다. 단층면에서 발생하는 갑작스런 미끄럼 운동도 똑같은 에너지원의 역할을 할 수 있다. 가장 잘 알려진 지진의 기원에 관한 이론은 단층운동과 탄성반발이론(elastic rebound theory)을 바탕으로 하고 있다.

 

-지진의 원인

대부분의 지진의 원인은 단층면에서 일어나는 갑작스런 이동으로 알려져 있으나 이는 그리 단순한 문제는 아니다. 어떤 지진은 다른 지진보다 수백만 배나 강력하다. 그 이유는, 어떤 경우에는 에너지가 수천 개의 작은 지진으로 분산되어 방출되나 다른 경우에는 같은 에너지가 단 한번의 지진으로 방출되기도 하기 때문이다. 탄성반발이론에 의하면 외부에서 힘이 가해졌을 때 단층면에서 상대운동이 일어나지 못하면 탄성체인 암석에 변형이 발생하고 마치 압축력으로 눌려있는 용수철처럼 탄성체 내부에 에너지가 저장되며 이를 탄성변형에너지라고 한다. 이 에너지가 어느 한계점에 도달하면 단층면에서 갑작스런 상대운동이 일어나게 되고 탄성체는 원래의 상태로 되돌아오게 된다. 이 이론의 최초증거는 산안드레아스 단층의 연구로부터 제시되었다. 이 단층은 제14장에서 언급한 바와 같이 우수단층형의 주향이동단층이다. 1874년부터 시작된 중부 캘리포니아에 대한 장기간의 관측과정에서 미국의 해안측지국의 과학자들은 여러 개의 단층으로부터 멀고 가까운 지점들의 정확한 위치를 측정하였다(그림16.1). 그 결과 시간이 지남에 따라 점들의 위치변화는 지각이 휘어지고 있음을 보여주었다. 또한 이상하게도 샌프란시스코 부근의 단층면에서는 단층이 고정되어 단층이동운동이 일어나지 않았다. 그러던 중 1906년 4월 18일 이 고정된 단층면의 양쪽에서 갑작스러운 이동이 일어났으며 이 결과 탄성변형에너지가 방출되고 굽었던 지각은 원래 상태로 되돌아가면서 파괴적인 지진이 발생하였다. 그 후 계속된 측정결과 지각의 휘어짐이 사라진 것으로 밝혀졌다.

대부분의 지진은 암석권의 단단한 암석 내부에서 발생한다. 제14장에서 설명된 바와 같이, 경암은 변형력이 탄성한계를 초과할 때 취성파쇄가 일어난다. 그러나 지하 심부에서는 높은 온도와 압력으로 인해서 연성변형이 일어난다. 이러한 환경에서는 암석의 파괴나 변형에너지의 축적은 일어나지 않고 퍼티처럼 영구변형이 일어나 변형력이 사라진 후에도 모양은 그대로 유지된다. 따라서 지진은 보다 차갑고, 취성인 지구의 외곽부에서 일어나는 현상이라고 할 수 있다.

그림 16.1-1 지진의 원인 갑작스런 에너지 방출에 의해서 야기되는 지진. 이 그림은 1906년 지진발생의 전후에 캘리포니아의 산 안드레아스 단층 주변에서 실시한 정밀측정결과를 토대로 작성한 것이다. 단층을 가로지르는 돌담이 자각의 탄성변화의 결과 휘어지고 있다.

그림16.1-2. 에너지의 갑작스런 방출로 발생한 지진. 정밀조사결과 직선위에 있던 A-7의 측점은 서서히 휘어져 곡선 A'-G'로 이동한다. 갑자기 마찰한계를 넘어 지진이 일어나면 단층 양쪽의 암석은 튀어올라 측점은 A'O. PG' 위에 위치한다.

 

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