지진이 어떻게 발생하고 그 규모는 어떻게 측정되는가

지진은 전 세계적으로 정기적으로 검색되는 주제이며, 주목할 만한 진동이 뉴스에 보도될 때마다 관심이 증가합니다. 가장 자주 반복되는 질문은 두 가지입니다. 지면이 흔들리는 물리적 원인이 무엇인지, 그 후 보고되는 규모 숫자가 실제로 무엇을 의미하는지입니다. 두 답변 모두 미국지질조사소(USGS) 및 IRIS(지진학 연구기관)와 같은 기관이 기록한 수십 년간의 지진학에서 비롯됩니다.

지진의 원인은 무엇인가

USGS에 따르면 지진은 단층을 따라 갑작스러운 미끄러짐에 의해 발생합니다. 지구의 지각은 끊임없이(비록 천천히이지만) 움직이는 거대한 판구조 판들로 나뉩니다. 판들이 만나는 곳에서 마찰로 인해 판들의 가장자리가 함께 붙어 있으면서도 판들은 계속 밀어붙입니다. USGS는 캘리포니아의 태평양판과 북미판을 예로 들고 있습니다. 이들은 샌 안드레아스 단층을 따라 연간 약 2인치의 속도로 서로 마찰하며 움직이고 있으며, 이 단층은 650마일 이상의 길이와 10마일 이상의 깊이를 가지고 있습니다.

단층의 가장자리가 붙어 있는 동안, 판들은 계속 움직이며, 이는 양쪽의 암석을 휘어지고 응력을 주게 합니다. 축적된 에너지는 최종적으로 단층을 함께 유지하는 마찰력을 초과할 때까지 증가합니다. 단층이 "떨어질" 때, 붙어 있던 암석은 덜 긴장된 위치로 빠르게 돌아가고, 축적되었던 에너지는 USGS가 "연못의 물결처럼 퍼진다"고 설명하는 지진파로 외부로 방출됩니다.

모든 단층이 시간에 따라 동일하게 동작하는 것은 아닙니다. USGS는 일부 지역에서 단층이 거의 일정한 크리프를 통해 움직이며 빈번한 작은 충격으로 소량의 변형을 방출한다고 지적합니다. 크리프가 일정하지 않은 곳에서는 응력이 수십 년 또는 수 세기에 걸쳐 축적될 수 있으며, 그 후 모든 것이 한 번에 방출되어 더 큰 지진이 발생합니다.

초점, 진앙, 및 지진파

지진이 시작되는 표면 아래의 지점을 하이포센터(진원 또는 초점)라고 하며, 그 바로 위의 표면의 지점을 진앙이라고 합니다. 이는 USGS에 따른 것입니다. 진원으로부터 두 가지 주요 유형의 파동이 외부로 이동합니다. P파는 이동 방향으로 암석을 압축하고 확장하며 모니터링 스테이션에 먼저 도착하고, S파는 지면을 좌우로 움직이며 P파 후에 도착합니다. USGS는 서로 다른 지진계 스테이션에서 이 두 파동 유형의 도착 시간 간격이 과학자들이 지진이 얼마나 멀리서 발생했는지 계산할 수 있게 한다고 설명합니다.

오늘날 규모는 어떻게 측정되는가

규모는 진원에서 지진의 크기를 설명합니다. 하나의 지진은 하나의 규모값을 가집니다. 이것은 USGS에 따른 것입니다. 이것은 특정 위치에서 흔들림의 심각도를 측정하고 진앙으로부터의 거리, 깊이, 지역 지반 조건에 따라 크게 달라질 수 있는 강도와는 다릅니다. IRIS는 규모를 전구의 와트수에, 강도를 그 전구로부터 다양한 거리에서 느껴지는 밝기에 비유합니다.

대중에게 가장 잘 알려진 척도인 리히터 척도는 미시간 공과대학교에 따르면 1934년에 지진학자 찰스 F. 리히터에 의해 개발되었습니다. 이것은 특정 지진계 유형에 기록된 가장 큰 파동의 진폭에서 지진으로부터의 거리를 조정하여 규모를 계산했습니다. USGS는 이 접근 방식이 매우 큰 지진을 정확하게 측정하지 않는다고 명시합니다. 일부 사건은 과소평가되고 다른 사건은 과대평가됩니다.

지진학자들은 현재 주로 모멘트 규모 척도(Mw)를 사용하며, USGS와 미시간 공과대학교는 이것이 지진 규모의 전체 범위에 걸쳐 정확하게 작동하고 전 세계적으로 적용할 수 있기 때문에 선호된다고 설명합니다. 모멘트 규모는 지진 모멘트라는 물리량에서 유래되며, 이는 암석의 강성에 미끄러진 단층의 넓이를 곱하고 단층이 이동한 거리를 곱한 것으로 계산됩니다. 그 모멘트값은 지진도 데이터 및 지질학적 측정에서 추정되며, 그 후 공개적으로 보고되는 규모 수로 변환됩니다.

각 정수가 왜 그렇게 중요한가

규모 척도는 대수적입니다. USGS와 미시간 공과대학교는 모두 1개 정수의 증가가 지진 기기로 기록된 지면 움직임 진폭의 10배 증가에 해당하고 방출된 에너지의 대략 32배 증가에 해당한다고 명시합니다. 미시간 공과대학교는 설명적인 에너지 비교를 제공합니다. 규모 1 지진은 약 6온스의 TNT에 해당하는 에너지를 방출하고, 규모 8 지진은 약 600만 톤의 TNT에 해당하는 에너지를 방출합니다.

규모 대 강도

규모는 진원에서 방출된 에너지를 설명하는 단일 숫자이므로, 그 자체로 특정 도시나 건물이 얼마나 강하게 흔들렸는지는 설명하지 않습니다. 특정 위치에서의 흔들림의 심각도는 대신 USGS가 수정된 메르칼리 강도 척도와 같은 강도 척도를 사용하여 설명합니다. 이는 로마 숫자로 표현되며 진앙으로부터의 거리, 지진의 깊이, 지역 지질을 포함한 요인에 따라 달라집니다.