맨틀의 대류 운동 ‘지진’의
발생 원리와 학설

지난 9월 12일 경북 경주시에서 발생한 규모 5.8 지진으로 대한민국이 흔들렸다. 경주 인근 지역은 물론 서울과 수도권 사람들도 지진을 체감했다. 인터넷 포털 사이트는 지진으로 불안해진 사람들로 들썩였다. 평생 남의 나라 이야기로만 느껴졌던 지진의 공포가 우리 삶으로 훌쩍 들어온 날이다. 지진은 예보가 어려워 다른 자연 현상에 비해 피해 규모가 크다. 태풍이나 허리케인 같은 자연 현상은 예보할 수 있지만 지진은 땅 속에서 발생해 언제 어디에서 나타날지 아무도 모른다. 인류는 오랫동안 지진 예지를 위해 다양한 방면으로 연구를 진행했지만 현재까지 이렇다 할 연구 결과를 내놓은 과학자는 아무도 없다.

지진(地震)은 말 그대로 땅(地)의 울림(震)이다. 지구 내부 어딘가에서 발생한 급격한 지각변동의 충격으로 생긴 파동, 즉 지진파(seismic wave)가 지표면에 전달돼 땅이 흔들리고 갈라지는 현상이다. 지구 내부는 핵[내핵(inner core), 외핵(outer core)], 맨틀(mantle), 지각(earth crust)으로 이뤄졌다. 핵을 감싸고 있는 맨틀은 땅인 지각 바로 아래 있다. 핵과 지각의 중간에 껴 있는 맨틀은 고체 상태지만 뜨거운 외핵과 상대적으로 차가운 지각의 온도 차이로 대류 운동(상대적으로 따뜻해진 공기나 물은 가벼워서 위로 올라가 고 차가운 것은 무거우므로 아래로 내려오는 현상)을 하게 된다. 맨틀의 대류 운동으로 지각에 힘이 전달돼 지각이 움직이면서 지진이 일어난다. 지진의 원인으로 다양한 학설들이 꼽히는데, 가장 대표적인 것은 지진의 직접적 원인을 암석권에 있는 판의 움직임으로 보는 판구조론(plate tectonics)이다. 1915년 독일의 지구물리학자인 알프레트 베게너(Alfred Lothar Wegener, 1880~1930)는 현재 지구상의 7대륙 모습은 약 2억 년 전 한 덩어리로 이루어져 있었던 거대한 대륙 ‘판게아(Pangaea)’에서 점차 갈라져 나온 것이라는 대륙이동설(continental drift)을 제안했다. 베게너의 가설은 50여 년 뒤 판구조론으로 발전했다.

판구조론에 따르면 지구의 표면지각은 여러 개의 판으로 나누어져 있고 이 판들이 이동하면서 서로 만나는 경계에서 미는 힘(움직이려는 힘)과 움직이지 못하게 하려는 힘(마찰저항)이 비슷하다가 미는 힘이 커져서 갑자기 지각판이 미끄러질 때 지진이 일어난다. 지진은 한번 일어난 곳에서 자주 발생하고, 화산과 큰 산맥 주변지역에서 일어나는데 그곳이 각 판이 만나는 경계지역이다. 전 세계적으로 지진이 많이 발생하는 지역은 불의 고리라고 불리는 환태평양대이다. 지진은 절대적 개념의 규모와 상대적 개념의 진도로 표현한다. 경주 지진 규모 5.8처럼, 규모는 진원(지구 내부에서 지진이 최초로 발생한 지점)에서 방출된 지진에너지의 양을 나타낸다. 지진계에 기록된 지진파의 진폭을 이용해 계산한다. 지진파는 크게 ‘P파(Primary Waves)’와 ‘S파(Secondary Waves)’로 나뉜다. P파는 속도가 빨라서 가장 먼저 측정되고, P파 뒤에 오는 S파는 느리지만 피해가 훨씬 크다. 진도는 특정장소에서 감지되는 진동의 세기다.

우리나라는 다행히 지진이 자주 발생하는 판과 판 사이가 아닌 유라시아판의 내부에 위치고 있다. 하지만 이번 경주 사건을 통해 배웠듯이 지진의 안전지대라고 말할 수는 없다. 기상청에 따르면 1978년 이후 발생 횟수가 꾸준히 늘어나 연간 4~50회의 지진이 감지된다. 역사적으로 한반도의 첫 지진 기록은 『삼국사기』에 있다. 서기 2년 8월 고구려 유리왕 때 ‘지진이 일어나다’라고 적혀있고, 백제 시조 온조왕 서기 27년 11월 지진이 발생해 집이 기울어지고 무너졌다는 피해 기록이 남아있다.

이 외에도 ‘백성들의 집이 무너지고 죽은 사람이 100여 명이었다’, ‘개성과 경주, 상주, 광주 등에 지진이 잦아 기와집과 흙집이 무너졌고 경주에서는 3일이 지나서야 지진이 그쳤다’라는 기록이 있다. 조선 시대에만 1000회의 지진이 발생했다. 이미 역사를 통해서도 우리나라는 지진 안전지대가 아님을 알 수 있지만 규모 5.8의 경주 지진으로 한반도가 한번 뒤흔들리고 나서야 내진설계에 대한 논의가 시작되고 있다. 건축물의 내진성이란 지진에 대한 저항력이 있어 흔들려도 부서지지 않고 버티는 힘이다. 우리나라는 1988년에 들어서야 내진설계를 도입했지만 지난해 12월 기준 국내 건축물의 내진성능 확보율은 전체 건축물 수의 6.5%에 그쳤다. 지진 대피 요령보다 중요한 건 사전 예방임을 알고 안전한 대한민국을 만들기 위한 노력이 필요하다.