김영사로부터 도서를 제공받아 자유롭게 작성한 리뷰입니다

지진과 화산 발생 위험이 전 세계적으로 커지고 있는 때이다. 이미 발생한 지진들과 폭발한 화산들을 제외하고도 일본의 후지산 화산 폭발이나 한반도의 백두산 화산 폭발을 비롯한 재앙들의 위험성을 경고하는 매체들도 상당하다. 이러한 시기 본서와 같은 저작의 발간은 사람들의 궁금증 해소를 위해서도 꼭 필요하지 않았나 싶다.

[우리가 알아야 할 지진의 모든 것 지진의 과학]이라는 본서를 대할 때 첫째로 이제까지의 화산 폭발과 지진 발생의 경과 그리고 지진과 화산 폭발의 규모와 영향력, 둘째로 지진과 화산 폭발을 예측할 수 있을 가능성과 체계, 셋째로 지진과 화산 폭발에 대비하고 대응할 수 있는 체계적 대안 등이 무엇보다 궁금해 관심을 갖게 되었다. 본서에서 부족한 면은 셋째, 지진과 화산 폭발 발생 시의 대응법 등이다. 이런 내용은 상세히 알고 싶다면 생존 매뉴얼이 담긴 책들에서 방법을 구해야 할 것 같다.

지진이란 

지진은 땅속에 축적된 거대한 에너지가 단층을 따라 갑작스레 방출되면서 발생하는 자연현상으로, 저자는 핵실험이나 셰일 가스 개발 등 인간 활동이 지진을 유발하기도 하고 지구와 달 사이의 중력 작용으로 인한 조석 현상이 일본 난카이 해구와 같은 특정 지역에서 발생하는 지진과 연관되어 있다는 연구도 있다고 언급하고 있다. 다만 지진의 대부분은 지구 내부 움직임과 밀접하게 연결되어있다고 한다. 지구는 지각, 맨틀, 핵의 층상 구조인데 지진의 원인은 지구 형성 초기부터 생성되고 축적된 지구의 열에너지가 맨틀의 대규모 대류 운동을 불러와 지진이 야기된다고 한다.

본서에서는 이런 지진을 크게 유발 지진과 촉발 지진으로 구분하던데 이 둘의 명확한 차이를 저자의 해설을 읽고도 잘 모르겠더라. ‘유발 지진’은 ‘원인 요소의 자극 범위 내에서 발생한 지진’, ‘촉발 지진’은 ‘자극 범위 밖에서 발생한 지진’으로 구분하던데 다시 ‘인간 활동이 직접적이고 지배적으로 영향을 미쳐 발생한 지진’이 ‘유발 지진’으로 ‘촉발 지진’은 ‘외부 요인이 작은 방아쇠 역할을 하여 발생한 지진’으로 구분하고 있다. 그러니까 인간이 관여하면 유발 지진이지만 원인으로 보면 촉발 지진인 경우도 있다는 말인 건가 싶기도 했다. 어쨌건 북한의 핵실험 시 지진과 같은 진동이 감지된다고 하는 데 이것과 오일 셰일 개발 시의 진동과 물의 주입이 단층을 확산해 지진이 유발되는 경우 등은 유발 지진이라고 하고 있다. 아마도 인간이 개입하면 유발 지진이고 아니면 촉발 지진인 것 같다.

지진 규모는 1 차이가 날 때마다 방출되는 에너지는 32배 차이가 난다고 한다. 규모 5의 지진은 규모 4에 비해 32배이고 규모 5는 규모 3에 비해 32 X 32 = 1024배 더 많은 에너지를 방출한다.

지진은 어떻게 감지하고 관측할 수 있나 

지진계는 장주기, 단주기, 그리고 광역대 지진계로 구분된다. 그리고 측정 물리량에 따라 속도계, 가속도계로 구분된다. 속도계는 땅의 흔들림 속도를 기록하며 일반적으로 지진 탐지와 분석에 사용되지만 근거리에서 발생하는 큰 지진은 속도계의 기록 범위를 넘어서는 강한 지진파를 발생하거나 파형이 잘리는 경우 분석에 어려움이 따른다고 한다. 이와 같은 강진동은 가속도계를 통해 기록되는데 가속도계는 땅의 흔들림의 가속도를 기록하며 지역 내 건축물과 시설물에 가해지는 힘도 가속도계 기록으로 알 수 있다. 해저 지진계는 설치 및 운영에 막대한 비용이 들어 한국에서는 2006년 울릉도 근해에 유일하게 설치했다가 여러 차례 가동을 중단하다 결국 2015년 폐기했다고 한다. 이와 같은 문제점들을 겪다가 세계적으로 광케이블을 활용한 지진 탐지기술 DAS이 개발되었다. 구글은 큐리 Curie라는 이름의 해저 광케이블 시스템을 운영하고 있는데 미국 서부 해안을 따라 약 10,000km에 달하는 이 해저 케이블을 지진 탐사에 이용한다. 1,000km 떨어진 지역까지 지진파가 이동하는 데 약 120초가 소요되는데 빛의 속도로 정보를 전달하는 해저 광케이블은 0.001초면 세계 어느 곳이나 지진 정보가 전달될 수 있다고 한다. 각국이 지진조기경보 시스템을 구축하기 위해 노력하였고 노력하고 있는 중이기도 하여 우리나라의 지진의 경우도 지진 감지 몇십 초 내외로 지진을 대중에게 경고할 정도이다.

지진 정말 미리 알 수 있나 

일본에서도 그렇고 세계에서 심해 생물들이 육지 가까이에서 발견되는 경우가 근래 들어 잦아졌고, 다른 나라를 비롯해 우리나라도 부산과 제주를 포함한 여러 지역에서 악취가 발생한 일이 있는데, 이들을 지진 전조로 보는 경우도 있다고 한다. 그 외에도 지진광, 지진운, 동물들의 이상 행동, 라돈 가스 농도 증가, 지하수 변화 등을 지진 전조로 볼 수 있다고 한다. 2020년 12월 17일 교토부 해안에서 심해어 발견 이후 2021년 2월 6일 후쿠시마 앞바다에서 규모 7.1의 강진이 발생한 사례도 있으며, 2008년 5월 12일 중국 쓰촨성의 규모 8.0 대지진과 2009년 4월 9일 이탈리아 라퀼라의 규모 6.3 지진 발생 전에도 지진광이 목격되었다고 한다. 지진광을 목격한 일부 사람들이 대피하여 인명 피해를 줄이기도 했다. 그러나 2004년 인도양 대지진과 2011년 동일본 대지진에서는 지진광이 목격되지 않았다고 한다. 지진 전조로 볼 수 있는 경우들이 나타나는 경우에는 반드시 대비해야겠지만 전조가 없이 일어나는 경우도 있기 때문에 모든 지진에서 전조를 찾기는 어려워 모두 미리 알거나 대비할 수 있으리라 안심할 수만은 없기도 하다.

한국은 지진에서 안전한가 

2011년 동일본 대지진 직후, 한반도 동해안은 일본 열도 방향으로 5cm 이동했고 서해안 지역은 2cm 이동했다고 한다. 이로 인해 한반도 지각은 동서 방향으로 약 3cm 확장되어 지각의 매질 강도를 약화시켰다. 이후 2013년에만 규모 2.0 이상의 지진이 93회 발생했는데 이는 한반도 연평균 지진 발생 횟수(약 40회)의 두 배가 넘는 수치라고 한다. 1978년 이후, 동일본 대지진 이전까지 한반도에서 규모 5.0 이상의 지진은 33년 동안 총 5번 발생했으나 동일본 대지진 이후 똑같은 규모의 지진이 5번 일어난 것은 6년 5개월 동안이다. 또한 한반도에서 일찍이 관측되지 않았던 군집형 지진도 나타나기 시작했다고 한다.

본서는 부록을 제외하고 전체 5장의 구성으로 지진에 대한 정의에서 시작해 지진을 관측하고 분석하는 법과 지진이 재난이 되는 과정, 한반도와 일본에서의 지진, 지진 연구의 경과 등을 다루고 있다. 부록도 간추린 차트 같지만 흥미로운 구성이다. 한반도 단층 분포를 자세히 보여주고 있고, 전 세계 대형 지진 목록, 전 세계 규모별 지진 발생 현황과 사망자 수를 도표화하고 있으며, 한반도의 주요 지진, 한반도의 역사지진 분포를 보여주고 있기도 하다.

본서는 이 분야에 대한 저작이 드문 국내에서 희소한 책으로 더군다나 국내 전문가의 저작이면서 한국인들이 궁금해 할 주제를 담고 있기도 하여 해당 분야에 대해 반드시 필요했던 책이 아닌가 한다. 지축이 이동하고 있다는 지구과학자들의 전언이 있는 이 시대에 그리고 세계 각지와 일본과 한국의 대지진과 화산 폭발이 경고되고 있는 이 시절에 더욱 필독해야 할 책이 아닌가 싶다.

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일본이 가라앉고 있다는 말 만큼 비상식적인 말이 우리나라는 일본이 막아줘서 큰 지진이 발생하지 않는다는 말이다. 지각판을 움직여 지진을 유발하는 주요 요인은 맨틀 대류다. 지구 내부의 열이 고갈되면 외핵이 고체가 된다. 지구 중심부는 엄청난 무게로 짓눌리고 있다. 이런 상황에서 고체가 되지 않는 것은 열 때문이다. 그런데 열이 사라지면 압력만 남아 고체가 되는 것이다. 그러면 자기장이 사라져 생명체가 살 수 없는 곳이 된다. 정리하면 열의 차이 때문에 맨틀이 대류하고 그로 인해 지진이 일어나기에 열을 원망할 수 있지만 열이 사라지면 외핵이 고체화되어 자기장이 없어지게 되어 생명체가 살 수 없는 곳이 된다. 지구 자기장은 외핵의 액체 상태의 철, 니켈이 끊임없이 움직이면서 거대한 발전기 역할을 하기 때문에 생긴다. 지진(과 화산)이 특정 지역을 파괴하는 재앙이라면 지구 자기장이 사라지는 것은 지구 전체의 생명체적 기반을 무너뜨리는 행성급 대재앙이다. 비유하면 지진(과 화산)은 지구라는 행성이 숨을 쉬며 생기는 상처라면 자기장 소멸은 지구의 심장이 멈추어 모든 생명 줄이 끊어지는 것과 같다.

초기 지구는 불균질한 물질들이 뒤섞인 거대한 고체 덩어리였으나 시간이 흐르며 물질의 밀도 차이에 따라 층상 구조로 분화되었다. 그에 따라 내핵과 맨틀 사이에 액체 상태의 외핵이 생겨 지구는 마치 작은 공을 품고 있는 큰 공처럼 독특한 구조를 갖게 되었다. 지진은 단순한 자연재해가 아니라 지구 내부를 이해하는 중요한 열쇠다. 지진은 대부분 지각판의 경계에서 일어난다. 판 구조론에 따르면 지구 표면은 여러 개의 지각판으로 나뉘어 있으며 맨틀 대류의 영향을 받아 끊임없이 움직인다. 판 구조론에 따르면 지각판은 다양한 방향으로 계속 이동한다. 해양 판과 대륙 판이 충돌하면 밀도가 높은 해양 판이 대륙 판 아래로 내려가지만 인도 판과 유라시아 판처럼 둘 다 대륙 판일 경우 밀도가 유사해 수평 이동을 이어가고 있다. 이로 인해 히말라야 산맥과 티벳 공원은 지속적으로 고도가 높아지고 있으며 지각판의 충돌과 변형은 현재도 진행 중이다.

지각판의 이동은 맨틀 대류와 중앙 해령에서의 판 생성 속도뿐 아니라 인접한 판들의 움직임에도 영향을 받기 때문에 지형을 변화시키는 중요한 원동력이 되고 있다. 각 충돌대마다 침강판의 모양과 깊이가 다르기 때문에 지구 내부의 순환 운동은 지역에 따라 다르게 나타난다. 변화의 중심에는 지각판의 움직임에 따라 형성되는 단층이 있다. 매우 깊은 곳에서는 높은 온도와 압력 때문에 암석이 연성 변형을 일으킴으로 응력이 해소되어 지진이 일어나기 어렵다. 모든 단층이 지진을 일으키는 것은 아니다. 전 세계에는 많은 단층이 있지만 과거에 지진을 일으켰던 단층이라도 현재의 응력 환경이 달라졌다면 더 이상 활동하지 않을 수 있다. 지진이 발생할 때 단층은 한꺼번에 파열되기보다 순차적으로 파열되는 경우가 많다. 단층 파열은 단층에 쌓였던 응력을 해소하는 과정으로 대부분은 단층의 일부에서 시작해 국소적으로 진행된다. 응력이 한꺼번에 해소되지 않고 작은 파열로 나뉘어 발생하면 여러 번의 작은 지진이 일어나게 된다.

우리나라의 경우 북북동 - 남남서 방향의 주향이동단층에서 주로 지진이 발생한다. 우리나라는 유라시아 판 내부에 위치하지만 주변 판들의 상호작용으로 끊임없이 밀어내는 힘을 강하게 받고 있다. 인도 - 오스트레일리아 판이 유라시아 판을 북동쪽으로 밀어붙이고 있다. 태평양 판과 필리핀 해판은 유라시아 판 아래로 섭입하며 서쪽 방향으로 강력한 힘을 가한다. 이 두 거대한 힘이 한반도 주변에서 상쇄, 중첩되면서 현재 한반도 지각 내부에는 동서(또는 동북동 서남서) 방향의 최대 수평 압축 응력이 일정하게 작용하고 있다. 동서 방향으로 강력하게 쥐어짜는 판의 힘이 한반도에 가해지는데 마침 비스듬하게 누워 있던 과거의 북북동 - 남남서 방향의 단층들이 물리적으로 가장 미끄러지기 쉬운 조건이 되어 이곳에서 지진 에너지가 집중적으로 방출된다.

지진은 지구 내부에 쌓이는 보이지 않는 힘인 응력에서 비롯된다. 응력은 작용 방향에 대한 상대적 위치에 따라 해당 매질에 압축력으로 작용할 수도 있고 장력(張力)으로 작용할 수도 있다. 즉 압축력은 플러스 응력에 해당하고 장력은 마이너스 응력에 해당한다. 일반적으로 응력 증가라고 하면 이러한 압축력이나 장력의 크기가 커지는 것을 말한다. 압축력은 물질을 안쪽으로 밀어붙여 단단하게 만들고 장력은 바깥으로 잡아당겨 팽팽하게 만난다. 이 두 가지 힘이 지구 내부에서 균형을 유지하지 못할 때, 특히 암반이 버틸 수 있는 한계를 넘어설 때 약한 부분이 파열되며 단층 운동이 일어나 지진이 발생한다. 단층이 움직이면서 수축이 일어난 곳에서는 압축력이 더욱 증가하고 팽창이 일어난 곳에서는 기존에 작용하고 있던 압축력이 감소한다. 응력이 증가한 지역은 지진 발생 빈도가 높아지고 능력이 감소한 지역은 지진 발생 가능성이 낮아진다.

역사적으로 대규모 지진은 강력한 응력 전이를 일으키며 연쇄적인 지진을 촉발하거나 화산활동을 유발했다. 응력 전이에 영향을 미치는 요소는 지각판 운동과 같은 지질학적 원인뿐 아니라 물과 같은 외부 요인에서도 찾을 수 있다. 물은 단층대의 압축 응력을 낮추어 지진 발생을 촉진하는 역할을 한다. 유발지진(induced earthquake), 촉발지진(triggered earthquake)이 있다. 유발 지진은 원인 요소의 자극 범위 내에서 발생한 지진, 촉발 지진은 자극 범위 밖에서 발생한 지진이다. 정리하면 유발 지진은 지진 발생 가능성이 크지 않았던 기존 단층에 인간 활동이 직접적이고 지배적인 영향을 미쳐 발생한 지진이고, 촉발 지진은 이미 응력이 임계점에 도달한 단층에서 외부 요인이 작은 방아쇠 역할을 하여 발생한 지진이다.

우리나라에서 발생하는 지진의 대부분은 주로 5-15km 사이의 깊이의 판 내부에서 일어나는 천발지진이다. 판 내부에서도 응력이 축적되면 지진이 일어날 수 있다. 지구 자전은 지구 시스템 내에서 중요한 역할을 한다. 과거 지구의 초대륙 분리와 충돌도 이와 관련이 있다. 그 원동력이라 할 수 있는 맨틀 대류의 열원 역할을 하는 액체 외핵이 지구 자전의 영향을 받는다. 최근 연구에서는 엘니뇨와 같은 기후변화가 지구 자전 속도에 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다. 기후변화가 다시 지구 자전에 영향을 미치는 것이다.(55 페이지) 초대형 지진은 단일 사건이 아니라 연속적인 변화를 촉발하는 시작점이다. 지각판이 받는 응력은 열대류에서 온다. 판의 경계에서 오랜 시간 축적되어 지진, 화산 분화, 산맥 형성의 결과를 낳는다. 1) 상부 맨틀의 연약권이 열대류로 인해 수평으로 움직일 때 그 위의 지각판이 함께 끌려갈 때 응력이 발생한다. 2) 해령에서 중력에 의해 새 판이 미끄러져 내려올 때 기존 판에 응력이 가해진다. 3) 차갑고 무거워진 판이 해구에서 맨틀에서 가라 앉을 때 중력에 의해 판 전체를 아래로 강하게 잡아당긴다. 이는 판을 움직이는 가장 강력한 힘이다.

지진의 주기와 빈도는 지질학적 단서에도 불구하고 자연의 복잡성과 변동성 때문에 완벽한 예측이 어렵다. 규모는 지진 발생으로 방출된 에너지의 절대 양을 나타내는 척도다. 진도는 어떤 장소에서 사람이 느끼는 흔들림의 크기를 나타내는 상대적인 척도다. 지진동(地震動)이란 지진파가 지표면에 도착했을 때 발생하는 지반의 흔들림을 나타내는 말이다. 지진 재해는 지진동의 크기와도 밀접한 연관이 있다. 지진 규모가 클수록 지진파의 진폭이 커지고 거리가 멀어질수록 진폭은 감소한다. 또한 진원의 깊이가 깊을수록 지표에서 관측되는 지진파의 진폭은 작아진다. 지진의 매질은 암석과 토양이다. 지진 피해를 악화시키는 요인 중 하나는 액상화 현상이다. 액상화(liquefaction)란 지반 내 공극에 포화된 물이 지진 진동으로 인해 순간적으로 배출되며 매질이 진흙처럼 변하는 현상을 말한다.

이 과정에서 매질의 전단 강도가 급격히 감소하고 지반의 강도 역시 약화된다. 그 결과 건물이 기울거나 전도되는 피해가 발생할 수 있다. 지진은 다른 자연재해와 결합될 때 피해가 더욱 심각해진다. 쓰나미라고도 하는 지진 해일은 지진이 해저에서 발생할 때 해저 지반이 크게 흔들리면서 바닷물이 이동하며 발생하는 대형 해일이다. 해저 지형에 따라 이동속도가 달라지며 특히 해안가 근처에서는 파고(波高)가 크게 증가할 수 있다. 지진 해일은 해역에서 발생한 지진이 해저 지반을 크게 흔들어 그 위의 바닷물을 이동시키면서 발생한다. 이 과정에서 바닷물은 부피 변화를 일으키며 그로 인해 무게도 변한다. 이때 발생한 중력파가 해일을 일으킨다.

지진 재해와 관련해 자주 듣는 질문 중 하나는 작은 지진이 많이 발생하면 단층면의 응력이 해소되어 지진 위험이 줄어들지 않느냐는 것이다. 일반적으로 지진이 발생하면 해당 단층면의 응력이 감소하는 것은 사실이지만 작은 지진들이 해소하는 응력량은 매우 적다. 하지만 단층면을 약화시키는 데는 중요한 역할을 한다. 작은 지진들이 단층면 여기저기를 조금씩 파괴하며 결과적으로 큰 지진이 발생하기 쉬운 약한 단층면을 만들어낸다. 약해진 단층면 한 곳에서 지진이 발생하면 단층면 전체가 연쇄적으로 부서지며 대규모 지진으로 이어질 수 있다. 작은 지진이 많아지는 상황에서는 오히려 더 큰 주의가 필요하다. 지진학적으로 작은 지진의 빈도가 높아지면 대규모 지진이 발생할 가능성이 높아진다.

지진광은 지진 발생 전후에 대기 중에서 관측되는 발광 현상이다. 지각에 작용하는 응력에 의해 특정 광물들이 반응하면서 발생한다. 이 현상은 주로 규모 5.0 이상의 지진 발생과 관련이 있으며 기록도 많이 남아 있다. 한반도는 지각판의 경계에서 멀리 떨어진 판의 내부에 위치해 있다. 판 내부 환경에서는 응력이 누적되는 속도가 판 경계부에 비해 느리고 같은 규모의 지진이 다시 발생하는 시간도 길다. 이로 인해 한반도가 일본과 같은 판 경계부보다 지진 발생 빈도가 낮은 것은 사실이지만 그렇다고 큰 지진이 발생하지 않는 것은 아니다. 큰 지진은 모두 길게는 수천 년 동안 누적된 응력의 결과라 할 수 있다. 한반도에서는 대부분의 지진이 5-15km 깊이에서 발생하며 큰 지진이 발생하지 않으면 단층은 지표에 드러나지 않을 확률이 크다.

한반도의 지각은 오래되고 단단한 암석으로 구성되어 있어 강한 지진파가 멀리까지 전달된다. 이는 한 차례의 강진으로 광범위한 지역에 피해가 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서 한반도의 지진 잠재성을 평가하고 재해를 줄이기 위해서는 활성 단층에 대한 조사와 모니터링이 중요하다. 한반도는 고생대에 형성된 세 개의 육괴(陸塊)와 이들 사이에 놓인 습곡대로 이루어져 있다. 이들 견고한 암반 지역에서는 지진파가 먼 거리를 전파하더라도 진폭이 크게 감소하지 않는 특성을 보인다. 이는 지진이 발생한 지역에서 멀리 떨어진 지역에서도 강한 지진동이 발생할 수 있다는 뜻이다. 경주와 포항에서 발생한 지진의 영향을 수도권 지역에서도 강하게 느낄 수 있었던 이유가 바로 이 때문이다.

지표 퇴적층이 있는 지역에서는 지진파가 증폭되어 피해가 더 커질 수 있다. 퇴적층이 지진파를 더 강하게 만들기 때문에 지진 피해 범위가 확대될 수 있다. 한반도와 그 주변 해역에서 발생하는 지진은 한반도와 동해의 형성과도 깊은 연관이 있다. 중생대 말기 지구조(地構造) 운동으로 한반도와 일본 열도가 분리되었고 이 과정에서 동해가 형성되었다. 동해가 생겨남으로써 현재 한반도와 일본 열도 사이에 존재하는 고열개(古裂開) 구조의 형성에 영향을 미친다. 이 고열개 구조는 수평 장력에 의해 만들어진 정단층 구조인데 지금도 태평양 판과 유라시아 판이 충돌하면서 동해 지역에는 압축력이 가해지고 있다. 이로 인해 동해 지역에서는 역단층 지진이 발생하고 있다.

규모 5 이상의 중규모 지진도 자주 발생하며 앞으로 더 큰 지진이 발생할 가능성도 배제할 수 없다. 백령도 근해에는 한반도의 형성과 관련된 충돌대가 존재하는데 이곳에서는 남북 방향의 수평 장력이 작용하여 동서 방향으로 주형을 가진 정단층 지진이 발생하고 있다. 이와 같은 단층대에서 발생할 수 있는 지진은 응력이 점차 누적됨에 따라 대규모 지진을 일으킬 가능성이 있다. 내륙지역에서도 지질 활동이 활발히 일어나고 있다. 특히 양산단층은 영덕에서 양산, 부산을 있는 170km에 이르는 거대한 단층으로 이 단층에서 이미 여러 차례 지진 활동이 관측된 바 있다. 양산단층 전체의 활성 여부에 대해서는 논란이 있지만 지역적으로 특정 구간에서 지진 활동이 확인되고 있다. 강원도 북부와 수도권을 지나가는 추가령 단층대도 중요한 지질 경계면으로 이 지역에서도 지질 활동이 관측되고 있다. 이러한 지질 경계면들은 지진을 유발할 수 있는 잠재적인 위험요소로 작용할 수 있다.(145 페이지)

판 경계 지역이 아닌 판의 내부에 자리하는 한반도는 지진 발생 주기가 긴 지역이다. 지반이 튼튼하고 안정되기 때문에 외부에서 힘이 가해져도 웬만해서는 끊어지지 않는다. 임계점에 도달하는 시간이 길기 때문에 결국 지진 주기가 긴 것이다. 추가령은 지구대(地溝帶; rift valley)가 아니라 구조곡(構造谷: tectonic valley)이다. 지구대는 땅이 양옆으로 잡아당겨지는 힘을 받아 지각이 갈라지면서 가운데 부분이 통째로 내려앉은 거대한 골짜기이다. 구조곡은 단층이나 습곡 등의 지각변동으로 인해 암석이 부서져 단층선(약해진 선)을 따라 오랜 세월 비바람에 깎여나간(차별 침식을 받은) 골짜기이다. 추가령에는 땅이 꺼진 흔적이 없다. 추가령은 땅이 벌어진 것이 아니라 남북으로 서로 엇갈려 미끄러진 주향 이동 단층이다.

단층 운동으로 암석이 심하게 부서져서 만들어진 틈새를 따라 한강과 임진강, 한탄강 줄기가 흐르며 그 부위만 집중적으로 깎아냈다. 1900년대 초 일본의 고토 분지로가 한반도 지형을 처음 조사할 때 서울 - 원산 사이의 길고 평평한 골짜기만 보고 구조적 조사 없이 추가령 지구대라 불렀다. 현재 학계에서는 추가령 구조곡 또는 추가령 단층대라 부른다. 지구대를 만드는 인장력의 출처는 맨틀의 열대류와 지각판의 이동이다. 구조곡은 인장력과도 어느 정도 관계가 있지만 핵심 동력은 부서진 틈새를 골라 깎아내는 물과 바람의 침식작용이다.

지진이 드물게 발생하는 지역일수록 큰 지진의 발생 가능성이 높을 수 있다. 이런 점에서 수도권도 큰 지진의 예외 지역일 수 없다. 수도권에서는 미소지진이 빈번히 발생한다. 이는 장기적으로 응력이 축적되고 있다는 뜻이다. 특히 서울 북서부와 북한산 일대, 경기도 연천 지역에서는 미소지진이 지속적으로 관측되고 있다. 그 주요 원인으로 추가령 단층대와 연결된 심부 단층이 지목된다.(155 페이지) 추가령 단층대는 단지 지표면의 스크래치가 아니라 심부 단층이다. 신생대 제4기의 화산활동을 보면 알 수 있다. 옛날 방식인 1기, 2기, 3기는 고생대, 중생대, 고제3기, 신제3기로 바뀌었고 인간의 시대인 제4기만 그 특별함을 인정받아 오늘날까지 신생대의 마지막 단계를 뜻하는 용어로 공식 인정받고 있다.

지진의 감지와 분석은 매우 정교한 관측 기술을 통해 이루어진다. 고대에는 사람들의 체감이나 물체의 흔들림으로 지진을 인지했지만, 현대에는 고감도 지진계(seismometer)와 지진관측소망이 전 세계적으로 구축되어 있어 실시간으로 지진을 감지하고 데이터를 수집하고 있다. 지진계는 지반의 미세한 흔들림까지 감지할 수 있도록 설계되어 있다. 기본적인 작동 원리는 지반이 흔들릴 때, 고정된 질량이 관성에 의해 움직이지 않는 상태로 남게 되고, 이에 따라 프레임이 움직이면서 상대적인 이동을 기록하는 것이다. 이러한 상대 운동은 전기적 신호로 변환되어 진폭, 주기, 도달 시간 등의 정보를 기록한다. 고성능 디지털 지진계는 이러한 데이터를 수집한 후 빠르게 분석할 수 있어, 지진의 진원지, 발생 시간, 규모 등을 수 분 내로 추정할 수 있다. 관측 네트워크는 각국의 기상청이나 지진연구소에 의해 운영된다. 일본의 경우, 전국에 4,000개 이상의 지진계가 설치되어 있으며, 정밀한 진도 측정과 조기경보 시스템을 가능케 한다. 한국 역시 기상청과 한국지질자원연구원 등을 중심으로 전국적인 지진 관측망이 확대되고 있다. 특히 최근에는 민간 및 학술기관과 협력하여 지진 감지 센서를 확대하고 있으며, 일부 스마트폰 앱은 지진파의 도달을 실시간으로 사용자에게 알리기도 한다.

지진은 지각의 흔들림을 넘어선, 거대한 자연 재난이다. 강진이 발생하면 도심의 빌딩이 무너지고, 교통망이 마비되며, 화재와 쓰나미가 연쇄적으로 발생할 수 있다. 2011년 일본의 동일본 대지진은 규모 9.0의 초대형 지진이 해저에서 발생하며 쓰나미로 이어졌고, 후쿠시마 원전 사고라는 사상 초유의 재난을 일으켰다. 이는 지진이 단지 ‘흔들리는 땅’이라는 과학적 사실을 넘어, 수많은 생명과 환경, 국가의 시스템까지 위협할 수 있음을 보여준다. 사회적 영향 역시 무시할 수 없다. 인프라가 붕괴되고, 생존자들의 트라우마와 이재민의 생활 재건 문제가 장기화되며, 경제 전반이 큰 충격을 받는다. 특히 도시화가 집중된 지역일수록 피해는 기하급수적으로 증가한다. 따라서 지진 대응은 단순한 구조 작업의 문제가 아니라, 사회 전체의 회복력(resilience)을 높이는 문제로 확장된다.

한반도는 지진 발생이 일본이나 태평양 화산대(‘불의 고리’) 지역에 비해 적지만, 결코 ‘지진 안전지대’는 아니다. 2016년 경주 지진(규모 5.8), 2017년 포항 지진(규모 5.4)은 국내에서도 인명 피해와 함께 큰 사회적 충격을 안겼다. 특히 포항 지진은 지열발전과의 연관성이 제기되며 ‘촉발 지진(induced earthquake)’이라는 새로운 화두를 던졌다. 반면 일본은 세계에서 가장 지진이 자주 발생하는 국가 중 하나로, 판의 경계가 여러 개 중첩되는 지역에 위치해 있다. 그로 인해 역사적으로 크고 작은 지진이 반복적으로 발생했으며, 이에 따라 일본은 세계 최고의 지진 연구 및 대응 시스템을 구축해왔다. 조기경보 시스템, 지진 대응 교육, 내진 설계 기준 등이 생활 깊숙이 적용되어 있다. 한반도와 일본의 차이는 지진 발생 빈도와 강도뿐만 아니라, 사회적 인식과 대응 전략에서도 차이를 보인다. 한국은 비교적 최근에서야 지진 위험에 대한 경각심을 갖기 시작했으며, 과학적 데이터 축적과 시민 교육, 내진 설계 확산 등의 분야에서 아직 개선의 여지가 많다.

현대 과학은 지진의 예측 가능성을 끊임없이 탐색하고 있다. 하지만 현실적으로 ‘언제, 어디서, 얼마나 강한 지진이 일어날지’를 정확히 예측하는 것은 아직 불가능하다. 지진은 지각 내부의 비선형적이고 복잡한 과정을 수반하며, 그 발생 조건이 극히 다양하고 예민하기 때문이다. 다만 ‘조기경보 시스템’은 이미 여러 나라에서 실용화 단계에 접어들었다. 대표적인 사례로 일본의 긴급지진속보(Earthquake Early Warning, EEW) 시스템은 본진이 도달하기 수초~수십 초 전에 국민들에게 알림을 전송한다. 이 몇 초는 사람들에게 대피하거나 엘리베이터를 멈추게 하고, 공장을 정지시키는 등 수많은 생명을 살릴 수 있는 시간이다. 또한 위성 기술을 이용한 지각 변형 모니터링, 심부 지진계 설치를 통한 실시간 데이터 분석, AI 기반 예측 모델 개발 등도 활발히 연구 중이다. 특히 AI는 과거 수십만 건의 지진 데이터를 학습해 패턴을 예측하고, 위험 지역을 보다 정밀하게 식별하는 데 기여하고 있다.

여름이 오면 장마와 폭염 뉴스에 귀를 기울이고 겨울이 되면 폭설과 한파에 관심을 갖는다. 자연재해는 인간의 힘으로 어쩔 수 없는 경우가 많기에 미리 대비하는 것이 최선의 방책이라 생각한다. 하지만 한반도에서 지진이 일어날 가능성이 적다고 여겼기에 다른 자연재해에 비해 깊은 관심을 두지 않았다. 하지만 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진을 겪으며 우리나라도 지진 안전지대가 아니라는 의심이 생겼다. 그리고 이 책을 읽는 도중 경기도에서 규모 3.3의 지진이 발생했고 진도 4의 흔들림이 있었다는 뉴스를 들었다. 

지진이 발생하면 언론에서 가장 먼저 찾는다는 대한민국 최고의 지진 전문가인 저자는 지진의 발생 원리와 분석 방법 등을 포함하여 지진과 관련한 필수 지식을 알려준다. 저자의 설명에 따라 지각이 움직임을 추적하고 지진을 만드는 응력을 이해하며 다양한 지진의 종류를 살펴볼 수 있다. 학창 시절 지구과학 수업 중 들었던 단편적인 지식들이 이 책을 읽는 동안 새록새록 살아났다. 

지진은 단 몇 분 사이에 엄청난 피해를 일으키는 자연재해다. 2011년에 일어난 동일본 대지진의 기억이 여전히 생생하다. 지진에 잘 대비되고 있다는 일본이지만 순식간에 벌어진 참사를 막을 순 없었다. 우리나라는 이러한 자연재해에 대해 얼마나 대비되어 있을까. 한반도에 대지진이 일어난다면 생존 확률은 얼마나 될까. 정보를 받아들이는 만큼 걱정도 생겨났다.

저자는 지진 전조 현상을 과학적으로 일부 설명할 수 있지만 증명하기에는 한계가 있다고 말한다. 그럼에도 지진을 사전에 인지하려는 노력이 계속되어야 한다고 주장한다. 지진 발생을 사전에 예측하는 것은 여전히 어려운 문제지만 전문적인 관측 장비를 사용하여 지진 발생 주기와 지진 빈도 변화를 추적하고 관찰해야 한다고 설명한다. 이러한 노력을 바탕으로 건물의 내진 설계를 강화하고 지진 조기경보 시스템을 활용하는 것이 중요하다.

이 책의 1장과 2장에서는 지진의 개념과 관측 방법 등을 이해하기 쉽게 설명하고 있고 중반 이후부터는 한반도에서 일어난 과거 역사 속 지진 추이와 비교적 최근에 일어난 경주와 포항 지진을 통해 달라진 정부 조직 변화를 지역 발전 문제를 담고 있다. 이제 더 이상 지진을 남의 나라 얘기로 치부할 수 없다. 막을 수도 없고 예측하기도 어렵다. 하지만 경각심을 갖고 대비한다면 피해를 줄일 수 있다. 더 늦기 전에 개인과 사회가 함께 대응할 수 있는 전략을 세워야 한다. 지진에 관한 필수 지식을 담고 있는 이 책을 통해 많은 사람들이 지진에 관심을 가질 수 있기를 기대해 본다. 

 우리나라는 지진의 활동이 비교적 적은 안정 지대에 속한다고 알려져 왔지만, 최근 몇 년 사이 지진에 대한 인식이 크게 달라졌다. 특히 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진은 우리 사회에 큰 충격을 안겼다. 그동안 “지진은 일본 이야기”로 치부해왔던 안일한 태도가 무너지던 순간이었다.

 2016년 9월 12일 경상북도 경주에서 발생한 규모 5.8의 지진은 관측 이래 최대 규모였으며, 수도권에서도 진동이 감지될 만큼 넓은 지역에 영향을 주었다. 전통 가옥과 유적이 많은 도시답게 손상된 문화재가 속출했고, 시민들은 갑작스런 자연 재해에 극도의 불안감을 겪었다. 그 불안이 채 가시기도 전에 2017년 11월 15일, 경북 포항에서 규모 5.4의 지진이 일어났다. 규모는 경주보다 작았지만 피해는 훨씬 컸다. 도심 한복판의 균열, 무너진 벽체, 그리고 수능 연기라는 전례 없는 사태까지. 무엇보다 충격적인 것은 이 지진이 지열발전소와 관련된 ‘인공지진’일 수 있다는 과학자들의 분석이었다. 자연이 일으킨 일만이 아니라, 인간이 촉발한 일일 수도 있다는 사실이 우리를 더 큰 혼란으로 몰아넣었다.

 그 이후, 지진은 단지 ‘지질학적 현상’이 아니라 ‘사회적 현상’이 되었다. 우리는 왜 그토록 무방비였을까? 왜 지진이라는 자연의 흔들림 앞에서 속수무책일 수밖에 없었을까?

이런 질문들에 구체적인 답을 제시하는 책이 바로 홍태경 교수의 『지진의 과학』이다.

 이 책은 지진의 원리뿐만 아니라 지진이라는 거대한 자연 현상을, 우리의 현실 속에 구체적으로 끌어와 풀어낸다. 지구 내부의 움직임, 단층의 에너지 축적, 지진 발생 메커니즘 등은 ‘스프링이 눌렸다가 튕겨 나오는 원리’처럼 쉽고도 직관적인 예시로 설명된다. 복잡한 용어나 공식이 아니라 상식 속 언어로 쓰인 과학 책이다.

 이 책의 가장 중요한 메시지는 분명하다. 한국은 더이상 지진에서 결코 자유롭지 않다는 것이다. 과거 조선왕조실록에 기록된 수많은 지진 사례부터 최근의 관측 데이터를 바탕으로 한반도 역시 위험 지대라는 사실이 드러난다. 특히 경주와 포항 지역은 다시 주목받아야 할 지역으로 잠재적 단층 구조와 지질 특성상 또 다른 강진이 일어날 가능성이 결코 낮지 않다.

 지진은 단 한 번의 흔들림으로 끝나지 않는다. 여진이 뒤따르고, 건물은 시간이 지나며 무너지고, 공동체는 위기 속에서 붕괴되거나 회복을 선택해야 한다. 『지진의 과학』은 이러한 지진 이후의 세계까지 꼼꼼히 들여다본다. 

그리고 묻는다. 

우리는 얼마나 준비되어 있는가?

 책의 후반부에서는 구체적인 대비책이 제시된다. 대피 요령, 내진 설계의 필요성, 지진 알림 시스템 등, 실생활에 적용 가능한 조언들로 가득하다. 단순한 공포를 경고로 끝내지 않고, 행동으로 이어지게 하는 실용서로서의 역할도 충분히 해낸다.

 무엇보다 이 책을 읽고나면, 지진은 더 이상 남의 나라 이야기가 아니라는 생각이 든다. 경주와 포항의 지진은 어쩌면 앞으로 더 자주 마주하게 될 현실의 서막일지도 모른다. 그렇다면 우리가 해야 할 일은 지진을 정확히 알고 차분히 대비하는 것이 아닐까?!

 『지진의 과학』은 그 첫걸음을 도와주는 책이다. 과학적 감각과 사회적 책임감을 동시에 일깨우는 드문 책이다. 단단한 집보다 더 중요한 것은 단단한 인식이다. 그리고 책은 그 인식의 기초를 다져주는 가장 효과적인 도구라는 사실을 이 책은 다시 한 번 증명해준다.

'김영사 출판사'를 통해 도서 협찬을 받아서 주관적으로 작성한 리뷰입니다.

#김영사 인스타 @gimmyoung

흔들림 없이 이해하는 지진의 과학

출판사 제공 도서

“대지진, 우리는 얼마나 대비되어 있는가?”

국내 최고의 지진 전문가가 전하는, 지금 꼭 알아야 할 지진 이야기 ＜지진의 과학＞이 출간되었습니다. 주변 일본국가를 비롯하여 우리나라도 지진에서 안전할 수 없다는 건 알고 있지만 지진에 대해 자세한건 사실 모릅니다. 이 책은 지진이 발생하면 언론이 가장 먼저 찾는 대한민국 최고의 지진 전문가, 홍태경 교수가 들려주는 지진 이야기를 통해 알아보려고 합니다. 다양한 지진의 종류와 발생 패턴이 알기 쉽게 설명된 책으로 기대가 됩니다.

“이유 없는 지진은 없다”

예측할 수 없는 대지의 흔들림

그 속에 감춰진 거대한 이야기

독자는 지진에 관해 얼마나 알고 있었을지 이 책을 통해 배워봅니다.

이 책은 지진의 발생 원리, 관측 및 분석 방법부터 지진 재해와 대응, 한반도 주변 지진과 지진학의 응용 분야까지, 우리가 알아야 할 지진에 관한 필수 지식을 한 권에 담은 책입니다. 지진에 대해 작은 지식이라도 알고 있다면 지진이 발생했을 때 어떻게 대처하고 피해를 줄일 수 있을지 이 책이 도움이 될 것입니다. 1960년 5월22일 칠레에서 발행한 규모9.5 의 지진은 약 7천 명의 사망자를 낸 최대 지진이었고 우리나라에서도 2016년 9월12일 경북 상주에서 5.8의 지진이 일어났습니다.

지진은 땅속에 축적된 거대한 에너지가 단층을 따라 갑작스럽게 방출되면서 발생하는 자연현상입니다. 이 엄청난 힘은 어디에서 오는 걸까요. 핵실험 같은 대규모 폭발 등 인간 활동이 지진을 유발하기도 하고 지구와 달 사이의 중력 작용으로 이한 조석 현상이 일본 난카이 해구와 같은 특정 지역에서 발생하는 지진과 연관되어 있다는 연구도 있지만 지진 대부분은 지구 내부의 움직임과 밀접하게 연결되어 있다고 합니다.

지진의 규모는 지진에서 방출된 에너지의 양을 측정해 산출한다. 규모가 클수록 강한 지진동이 발생하며 피해 가능성도 커진다. 하지만 앞서 살펴보았듯 피해는 지진의 규모만으로 결정되지 않는다. 같은 규모의 지진이라도 인구 밀도, 도시화 수준, 건물의 내진 성능 등에 따라 피해 정도는 크게 달라진다. ---p.103

지진의 직접적인 원인은 암석권에 판 (plate)의 움직임으로, 이러한 움직임이 직접 지진을 일으키기도 하고 다른 형태의 지진 에너지원을 제공하기도 합니다. 판을 움직이는 힘은 침강지역에서는 판이 암석권 밑의 상부맨틀에 비해 차고 무겁기 때문에 이를 뚫고 들어가려는 힘이 나타나고 발산지역에서는 상부 맨틀 밑에서 판이 상승하여 분리되거나 좌우로 넓어지려는 힘이 나타나는 등 다양한 형태로 나타난다고 합니다. 책에는 판 구조론과 단층의 메커니즘을 비롯해 지진 관측 및 분석 방법, 다양한 지진의 종류와 발생 패턴을 알기 쉽게 설명해 줍니다.

한반도와 일본에서 일어난 주요 지진 사례를 통해 우리가 배워야 할 교훈을 제시하고, 지진 재해를 줄이기 위한 대비책과 내진 설계, 조기경보 시스템의 중요성을 배우게 되며 지진 조기 경부 시스템의 중요성도 알게 되었습니다. 지진이 발생했을 때 정보를 얼마나 빠르게 전달하느냐는 피해를 줄이는 데 결정적인 역할을 하기 때문입니다. 2011년 동일본 대지진 당시 일본은 조기경보 시스템을 활용해 고속열차를 비상 정지시키고 병원의 전기 공급을 즉각 차단함으로써 사고를 예방하고 피해를 주었다고 합니다. 우리나라도 지진의 안전지대가 아니라는 사실을 본다면 우리가 알아야 할 지진의 모든 것 ＜지진의 과학＞은 많은 도움이 되었습니다.