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규모7 이상 지진, 생각보다 더 많이 일어나는 이유는?

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2017년 05월 17일 17:00 프린트하기

2010년 발생했던 규모7 아이티 대지진 당시의 모습. 이 지진으로 아이티에선 약 50만 명의 사상자와 180만 명의 이재민이 발생했다. - 위키미디어 제공
2010년 발생했던 규모7 아이티 대지진 당시의 모습. 이 지진으로 아이티에선 약 50만 명의 사상자와 180만 명의 이재민이 발생했다. - 위키미디어 제공

대규모 인명피해를 유발하는 거대지진이 과학자들의 예측보다 더 자주 일어나는 이유를 찾을 실마리가 발견됐다. 단층을 구성하는 광물이 생각보다 낮은 온도에서 녹아 단층이 더 잘 미끄러질 수 있음이 확인됐기 때문이다.

 

이성근 서울대 지구환경과학부 교수팀은 경상대, 안동대, 일본 해양연구개발기구와 공동으로 지진이 발생할 때 암석은 알려진 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 녹는다는 점을 발견했다고 17일 밝혔다.

 

규모 7~8 이상의 거대 지진이 일어나면 서로 맞닿은 단층 사이의 마찰 때문에 암석이 녹는 ‘마찰용융’ 현상이 일어난다. 이때 녹은 암석이 단층면에서 ‘윤활유’ 역할을 해 단층은 더 많이 미끄러져 이동하며 더 큰 지진을 유발한다.

 

그간 학계에서는 마찰 과정에서 온도가 증가하면 상대적으로 녹는점이 낮은 광물들만 선별적으로 녹는다는 ‘비평형용융 모델’로 단층면의 용융 과정을 설명했다. 이 모델에 따르면 지각을 구성하는 주요 광물인 석영(SiO₂)은 녹는점이 1726도로 매우 높아 거대지진이 발생하더라도 녹지 않는 것으로 알려져 있었다.

 

연구진이 실제 지진을 재현한 마찰실험 결과, 거대지진이 발생하면 석영 역시 녹을 수 있음을 확인했다. 99%가 석영으로 구성된 규암을 고속 마찰하자 기존에 알려진 녹는점보다 200~350도 이상 낮은 온도에서 녹아 용융체의 상태가 됐다.

 

석영의 일부가 ‘고온석영’의 상태로 변한 것이 녹는점을 낮춘 이유로 밝혀졌다. 연구진은 이번에 규명한 단층의 용융 메커니즘을 ‘준평형 용융모델(Quasi-equilibrium melting)’이라 명명했다.

 

새로운 모델은 석영을 비롯한 다양한 지각의 암석들이 기존에 알려진 녹는점보다 더 낮은 온도에서 녹을 수 있다는 가능성을 제시했다는 의미가 있다.

 

이 교수는 “준평형 마찰용융으로 광물들이 낮은 온도에서 녹으면, 생성된 용융체가 윤활작용을 해 단층면이 더 잘 미끄러지며 거대지진이 발생한다”며 “실제 환경은 다양한 광물이 섞여있는 보다 복잡한 환경이기 때문에 실제로 얼마나 빈번하게 지진이 일어날 지에 대해서는 추가 연구가 필요하다”고 말했다.

 

연구결과는 학술지 ‘네이처 지구과학(Nature Geoscience)’ 15일자 온라인 판에 실렸다.

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