[지진] 경이로운 지구와 인간

지구의 과학 - 지구 메커니즘의 상세 도해 ㅣ 뉴턴 하이라이트 Newton Highlight 30
일본 뉴턴프레스 엮음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2009년 11월

뉴턴하이라이트 시리즈는 비주얼 갑,  최강이다.

과학 분야에 궁금한 것이 있을 때 한권씩 구입하곤 하는데, 이번 지진 읽기의 마지막은 뉴턴하이라이트 <지구의 과학>이다. 대륙이동성, 판구조론 등이 비주얼로 드러나고, 다른 책에서 언급된 지진파 토모그패프도 비주얼로 보여주니 한결 이해하기 쉽다. (아래 페이지)에서 보여주듯이 플룸이 생성되는 모양이나, 지구 내부의 대류현상을 이해할 수 있다.

<지구의 과학>은 위성에서 바라본 지구의 다양한 모습을 보여준다. 구름의 모습, 모래바람 등 위성에서 보여준 그림에 더해 맹그로브 숲이 만든 수로의 모습과 거대한 파도 모습은 하나의 작품같다.

 

지구 내부의 대류현상과 공기의 대류가 만들어내는 라니냐, 엘니뇨 등도 흥미롭다.

 

지구는 경이롭다. 지구자기력은 태양폭발로 부터 지구를 보호하기도 하고, 대기와 해양의 대류로 지구의 온도가 적절히 유지된다. 지구내부에서는 맨틀의 대류에 의해 판이 움직이고 있다.

 <지구의 과학>은 단순히 지구가 어떻게 운영되고 있는지를 보여주는데 그치지 않는다. 이런 지구위에서 살고 있는 생명체 중의 하나인 인간에 대한 우려를 담아낸다.

"우선 백악기 시대 중반 무렵에 대양 판의 확대 속도가 증가해, 약하고 가벼운 해저가 넓어졌다. 그래서 부력에 의해 해저가 상승 함으로써 해수면이 상승해 육지의 저지대 부분이 얕은 바다가 되었다. 얕은 바다에서는 석유의 원료가 되는 식물 플랑크톤 등이 광합성을 해서 많이 번식했다. 이 식물 플랑크톤의 사체를 세균이 분해하느라고 산소를 소비해 바다는 산소 결핍 상태가 되었다. 그래서 식물 플랑크톤의 사체가 충분히 산화되지 않은 채 해저에 퇴적되어 마침내 땅 속에서 석유가 되었다.”

18세기에 산업 혁명이 일어난 이래 인류는 급속도로 화석 연료를 소비하고 있다. 몇억 년 분량의 식물 플랑크톤이 광합성으로 비 축해 놓은 것을 지구상에 사는 수많은 생물의 일종에 지나지 않는 인류가 20세기 후반과 21세기 전반이라는 극히 짧은 기간에 모조리 사용하려는 것이다. (128쪽)

인간은 지구의 자원을 소비하는데 그치지 않고, 지구의 운영체계 자체에 깊숙히 개입하고 있다. 지구에서 있어온 여러차례의 멸종속에서도 지구는 다양성을 근거로 새로운 생명체들이 다시 지구를 채워왔다. 그러나 지금의 지구는 인간과 가축에 의해 다양성이 훼손되고 있다. 과연 지구의 미래는 어떻게 될까.

현재 일어나고 있는 생물 멸종의 나쁜 점은 생물이 멸종된 다음에 인간과 가축이 들어선다는 점이다. 지구 역사에서 볼 때 대량 멸종의 경우, 멸종으로 인해 비어 있는 니치(생태적 지위 또는 생태계 에서 차지하는 역할)를 대체하는 생물이 반드시 등장해, 생물의 다양화가 더욱 진행되었다. 공룡 등의 대형 파충류가 멸종된 백악기 말의 사건에서 포유류는 큰 타격을 받지 않고 살아남았고, 신생대에 들어와서는 큰 발전을 이룩했던 것이다.

그런데 현재 일어나고 있는 멸종에서는 비게 된 생태적 지위나 생태계 중에서 차지하는 역할을 인간과 가축이 메우고 있다. 때문에 생명 탄생 이래 40억 년이 걸려 쌓아 올린 생물의 다양성이 지금 상실되려 하고 있다. 더욱이 그것은 지구 역사상 최대 규모의 것이다 (130쪽)

[지진] 양산단층은 활성단층, 양산단층이 깨어났다

 '200km 지진벨트' 양산단층 잠 깼다 http://www.hani.co.kr/arti/society/society_general/761354.html

전문가들은 이번 지진의 원인을 멀리는 한반도 주변의 지각운동에서부터 가까이는 2011년 동일본대지진에서 찾고 있다. 우리나라에는 중생대 대륙 충돌과 신생대 한반도와 일본의 분리에 이르기까지 일련의 지구조운동 과정에 ‘단층의 나라’라고 할 정도로 많은 단층들이 형성됐다. 한반도 주변에는 인도와 아시아대륙 간의 충돌에 의한 동서 방향 압축력과 필리핀판의 북쪽으로의 이동에 의한 북북서 방향의 압축력이 작용하고 있다. 이 힘이 축적되면 기존 단층들이 움직여 지진이 발생할 수 있다. 손문 부산대 지질환경과학과 교수는 13일 “동일본 대지진을 일으킨 에너지가 구마모토 지진, 울산 앞바다 지진, 경주 지진을 잇따라 일으키고 있는 것 같다. 지하의 지진파가 움직일 때 서쪽에 있는 지각을 약하게 만들었을 수 있다”고 했다.

<모든 사람을 위한 지진이야기>에서는 지진이 활성단층에서 발생하는데, 우리나라의 양산단층이 활성단층임을 1980년대에 밝혀낸다.

 ☞ 양산단층을 가다

한반도는 중생대의 격렬한 지각 변동을 통해 지각이 심하게 교란 되고 깨어져 다수의 단층들이 생성되었고, 또 주요 지질 구조의 경계 도 깨어졌다. 한반도 내에서 발생한 대규모 역사 지진들의 진앙은 중생대에 생성된 대규모 단층들과 깨어진 주요 지질 구조의 경계와 잘 일치한다. 이것은 이 지질 구조들이 활성 단층임을 지시하고 있다. 신생대에 들어서는 백두산과 추가령 지구대 그리고 한반도 남해와 동해에서 화산 활동이 발생하면서 지각이 깨졌다. (216)

양산 단층은 경상 분지 내 부산에서 양산, 경주, 포항 영해로 이어지는 총 연장 약 170킬로미터의 대규모 단층이다. 경상 분지는 중생대 대보 조산 운동에 이어 백악기에 한반도 남동부에 생성된 육성 퇴적물, 화산 쇄설암과 화산암으로 구성된 퇴적 분지이다. 경상 분지에 다수의 단층 들이 존재하고 있으며 이들은 불국사 변동으로 생성되었다고 여겨진다. 이 단층 중에서 가장 두드러진 단층이 양산 단층이며 이 단층에서 약 25킬로미터의 우수 주향 이동이 발생했다. (217)

현재 양산 단층 주변에는 고리, 월성, 울진에 20여 기의 원자력 발전소가 건설되어 운영 중이다. 역사 지진 연구에 따르면 양산 단층에 서 수정 메르칼리 진도(MMI) 계급 VIII-IX의 지진들이 수회 발생 했다고 추정된다. 이것은 이 활성 단층에서 미래의 어느 시점에 최소한 이 정 도의 지진이 발생할 가능성을 시사한다. 단 그 시기가 언제이고 어느 지점에 서 발생할지는 정확한 추정이 어렵다. 이러한 맥락에서 이 단층의 지진 위험은 실로 중차대한 문제라고 할 수있다. 이 활성 단층의 지진학적 특성에 관 한연구는 그 중요성을 아 무리 강조해도지나치지 않을 것이다. (224-225쪽, 모든 사람을 위한 지진이야기)

경주 여진 많은 이유는? "젊은 양산단층에서 발생해서"http://www.hani.co.kr/arti/society/society_general/761934.html

  한반도는 고생대에 낭림·경기·영남지괴 등 3개의 땅덩어리가 합쳐져 생성됐다. 이때 사이사이에 임진강습곡대와 옥천습곡대가 끼어들었는데, 오대산 지진이나 영월 지진은 이 경계지점에서 발생했다. 반면 경주 지진의 원인인 양산단층의 경우 마이오세 초기 한반도가 일본과 붙어 있을 당시만 해도 판 경계부의 활동지대에 위치해 있었다. 1500만년 전께 동해를 사이에 두고 일본이 완전히 떨어져 나간 뒤에야 양산단층은 판 경계부에서 벗어날 수 있게 됐다. 홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수는 “양산단층대에 모량·동래단층 등 많은 단층이 존재한다는 것은 과거에 암반들이 많이 파쇄됐고 구조가 취약하다는 것을 말해준다”고 했다.

  경주 지역의 지질구조는 여진의 지속 기간에도 영향을 미치고 있다. 손문 부산대 지질환경과학과 교수는 “200㎞에 이르는 양산단층대에는 눈에 띄는 단층 말고도 이름 없는 단층들이 수없이 많다. 규모 5.8이면 지하에서 단층이 7㎞ 정도 깨진 것으로 본다. 나머지 해소되지 않은 응력이 주변에 자극을 주면서 여진이 이어지는 것이다. 경우에 따라서는 1년 넘게 갈 수도 있다”고 말했다. 홍태경 교수도 “일반적으로 규모가 커지면 여진의 빈도수나 규모, 지속 시간이 함께 늘어나는 경향이 있지만 같은 규모라도 지속 시간이 다를 때가 많다. 경주 지진의 경우 주향이동단층의 가로방향(횡적방향)보다 세로방향(수직방향)이 길어 빈도수와 지속 기간이 상대적으로 클 수 있다”고 말했다.

<10억년전으로 시간여행>에서는 한반도 형성사를 보여준다.

중한랜드와 남중랜드의 충돌로 동아시아 대륙의 땅덩어리는 엄청난 변화를 겪게 되었다. 이 충돌과정에서 고생대 이전의 암석들은 복잡한 습곡과 단층에 의한 변형과 변성의 역사(송림조산운동)를 겪었으며, 충돌대 주변을 따라 만들어진 작은 규모의 퇴적분지에 대동누층군이 쌓였다. 대동누층군의 암석은 대부분 충적선상지와 호수에서 쌓인 퇴적암인데, 이들 암석은 쌓이면서 계속 충돌에 의한 압력을 받아 쌓임과 동시에 계속 변형을 받았다. 이 무렵, 새롭게 태어난 동아시아 대륙의 동쪽에서는 고태평양판이 동아시아 대륙 밑으로 밀려들어가면서 활발한 화성 활동을 일으켰다. 이 화성활동 시기에 분출한 화산암의 기록은 잘 남겨져 있지 않지만, 한반도 곳곳에 드러나 있는 쥐라기 화강암들에서 당시 판구조 운동의 위력을 엿볼 수 있다. 중한랜드와 남중랜드가 완전히 합쳐진 것은 쥐라기에 이르러서이며, 그 이후에는 새롭게 만들어진 유라시아판과 고태평양판(Izanagi판으로 불림)의 움직임에 따라 땅덩어리의 모습이 바뀌어갔다. ...신생대에 한반도 주변에서 일어났던 가장 중요한 사건은 동해의 탄생이다. 3000만 년 전 무렵, 한반도 동쪽에 있던 땅덩어리의 일부가 아시아 대륙으로부터 떨어져 나가면서 동해가 탄생하였고, 현재의 일본열도 도 만들어졌다. 이를 판구조적 관점에서 설명하면, 일본열도는 화산호이며, 동해는 배호분지라고 말할 수 있다. 동해가 점점 확장되면서 동해에 바닷물이 들어오기 시작한 것은 약 2300만 년 전의 일이었다. 동해의 확장은 약 2000만 년 동안 지속되다가 지금으로부터 1200만 년 전에 이르렀을 때, 필리핀해판과 태평양판이 북쪽으로 미는 힘에 의하여 확장을 멈추고 지금은 수축의 단계에 접어든 것으로 알려져 있다. 그러므로 한반도가 현재의 모습을 갖추게 된 때는 불과 2000만 년 전이라고 말할 수 있다. (197-198쪽, 10억년 전으로의 시간여행)

[지진] 옛날 한반도는 어떤 모습이었나

10억 년 전으로의 시간 여행 - 지질학자, 기록이 없는 시대의 한반도를 찾다
최덕근 지음 / 휴머니스트 / 2016년 2월

<내가 사랑한 지구>라는 책에서 지구의 지질을 설명했던 저자는 <10억년 전으로의 시간여행>이라는 책을 통해 한반도가 만들어진 과정을 설명한다.

책은 총 네 개의 챕터로 되어 있다. 세번째 챕터까지는 저자의 연구과정이 스토리이다. 그리고 마지막 챕터는 지금까지의 연구결과로 한반도의 지질구조를 설명한다.

저자는 처음 꽃가루 화석으로 한반도를 연구하려 했지만, 생각보다 연구는 힘들었다. 그 과정에서 삼엽충을 만나고, 삼엽충을 통해 한반도를 연구한다.

나는 원래 우리나라에 공룡이 살던 시절의 꽃가루 화석을 연구하여 1억 년 전 우리나라의 모습을 알아내려고 하였다. 하지만 불행인지 다행인지 1억 년 전 우리나라의 경상도지방에 흩날렸던 꽃가루는 너무 심하게 파괴되어 그 흔적을 찾기가 어려웠다. 1986년 서울대학교에서 교육과 연구를 시작하면서 이전에는 한번도 생각해 본 적이 없던 강원도 태백산 분지의 5억 년 전 암석을 연구해야 했다. 여러 번의 시행착오 끝에 나는 삼엽충을 나의 새로운 연구대상으로 선택하였고, 삼엽충은 나를 완전히 새로운 세계로 안내하였다. 1억 년 전으로 가는 타임머신을 기다리고 있던 나는 엉겁결에 5억 년 전 세계로 가는 타임머신을 타게 되었다. (63-64)

태백, 영월지역에서 저자와 연구팀은 수많은 삼엽충을 만난다. 어떤 히말라야 지역과 동일한 삼엽충 화석이 발견되기도 하고, 암석의 시기를 알 수 있는 삼엽충을 발견하기도 한다.

삼엽충 글립타가스투스는 4억 9700만 년 전 무렵 세계 곳곳의 바다를 떠돌며 살았던 생물이다. 그래서 이 삼엽충은 우리 나라뿐만 아니라 중국, 오스트레일리 아, 시베리아, 유럽, 남북아메리카, 남극대륙 등 거의 모든 대륙에서 발견된다. 게다가 이들은 짧은 기간(수10만 년 정도) 살다가 갑자기 사라졌기 때문에 이 화석이 발견되는 지층들은 거의 같은 시대에 쌓였다고 말할 수 있다. 지질학에서는 이처럼 짧은 기간에 넓은 지역에 걸쳐서 살았던 생물을 표준화석이라고 부르며, 매우 중요하게 여긴다. 어떤 지역을 조사할 때 표준화석을 찾으면 기준이 되는 시각을 알 수 있기 때문이다. 

이제 영월에서 글립타그노스투스를 찾았기 때문에 영월지역의 암석을 연구하는 데 가장 중요한 열쇠 하나를 얻은 셈이다. 글립타그노스투스는 4억 9700만년 전에 살았던 생물이므로 영월 일대의 암석이 대부분 5억년 전 무렵에 쌓였음을 알게 되었다. (62)

그리고 빙하층을 설명하는 지층을 발견해 7억년 전 한반도를 그려낸다. 한반도는 하나의 땅덩어리가 아니었다. 북중국과 연결된 땅덩어리에 남중국과 연결된 땅덩어리가 밀고 들어와 생긴 것이다.

오늘날 지구에는 수많은 생물들이 다양한 환경에서 살고 있다. 적도 부근의 열대우림, 북극과 남극의 얼음 속, 태평양 깊은 바다, 그리고 섭씨 100도를 넘는 뜨거운 온천물 속에도 생물들은 살고 있다. 생물의 종류는 지역에 따라 크게 다르다. 같은 바다에서도 장소와 수심에 따라 사는 종류가 다르다. 옛날에도 지역이나 수심에 따라 사는 생물들의 내용이 달랐을 것이다. 따라서 이와 같은 생물분포의 특성을 잘 이해하면, 수만 년 전 또는 수억 년 전의 지구 모습을 그리는 일이 가능하다. 

지금 우리 한반도는 아시아 동쪽 끝자락의 중위도 지방에 자리하고 있다. 하지만 그동안의 연구에 의하면, 5억 년 전에는 우리나라 땅덩어리가 적도 부근에 있었던 것으로 알려져 있다. 내가 연구해 왔던 삼엽충 화석도 이러한 결론을 지지해 준다. 그런데, 당시 우리 땅덩어리는 지금과 같은 반도의 모습이 아니라, 크게 두 부분으로 나뉘어 대부분은 북중국과 연결되어 있었고, 한반도의 중부지역은 남중국과 한 덩어리를 이루고 있었다. (70)

지금의 한반도 모양이 형성된 것은 약 2,000만년 전이다.

중한랜드와 남중랜드의 충돌로 동아시아 대륙의 땅덩어리는 엄청난 변화를 겪게 되었다. 이 충돌과정에서 고생대 이전의 암석들은 복잡한 습곡과 단층에 의한 변형과 변성의 역사(송림조산운동)를 겪었으며, 충돌대 주변을 따라 만들어진 작은 규모의 퇴적분지에 대동누층군이 쌓였다. 대동누층군의 암석은 대부분 충적선상지와 호수에서 쌓인 퇴적암인데, 이들 암석은 쌓이면서 계속 충돌에 의한 압력을 받아 쌓임과 동시에 계속 변형을 받았다. 이 무렵, 새롭게 태어난 동아시아 대륙의 동쪽에서는 고태평양판이 동아시아 대륙 밑으로 밀려들어가면서 활발한 화성 활동을 일으켰다. 이 화성활동 시기에 분출한 화산암의 기록은 잘 남겨져 있지 않지만, 한반도 곳곳에 드러나 있는 쥐라기 화강암들에서 당시 판구조 운동의 위력을 엿볼 수 있다. 중한랜드와 남중랜드가 완전히 합쳐진 것은 쥐라기에 이르러서이며, 그 이후에는 새롭게 만들어진 유라시아판과 고태평양판(Izanagi판으로 불림)의 움직임에 따라 땅덩어리의 모습이 바뀌어갔다. ...

신생대에 한반도 주변에서 일어났던 가장 중요한 사건은 동해의 탄생이다. 3000만 년 전 무렵, 한반도 동쪽에 있던 땅덩어리의 일부가 아시아 대륙으로부터 떨어져 나가면서 동해가 탄생하였고, 현재의 일본열도도 만들어졌다. 이를 판구조적 관점에서 설명하면, 일본열도는 화산호이며, 동해는 배호분지라고 말할 수 있다. 동해가 점점 확장되면서 동해에 바닷물이 들어오기 시작한 것은 약 2300만 년 전의 일이었다. 동해의 확장은 약 2000만 년 동안 지속되다가 지금으로부터 1200만 년 전에 이르렀을 때, 필리핀해판과 태평양판이 북쪽으로 미는 힘에 의하여 확장을 멈추고 지금은 수축의 단계에 접어든 것으로 알려져 있다. 그러므로 한반도가 현재의 모습을 갖추게 된 때는 불과 2000만 년 전이라고 말할 수 있다. (197-198)

꽃가루 화석으로 시작해 삼엽충으로 넘어가면서 저자는 10억년 한반도의 역사를 그려낸다. 한반도 곳곳을 찾아다니며 발견한 증거들로 그려낸 한반도 땅의 역사는 그와 함께한 연구진들의 쉼없는 발걸음으로 그려낸 역사다. 그 과정이 이 책 한권에 고스란히 담겨있다.

책 곳곳에서 저자의 지질학에 대한 사랑을 느낄 수 있는데, 그중에 핵심은 지질학이 다양한 생각에 대한 열린 학문이기 때문이다.

지질학의 매력은 다양한 생각을 허용하는 점이다. 지질학은 관찰한 사실을 바탕으로 과학적 논리를 전개해 나가는 독특한 학문이다. 그러므로 다양한 답이 나올 수 있다. 수학이나 물리학처럼 답이 하나인 경우는 드물다. 사실 답(또는 참)은 하나이겠지만, 우리가 알고 있는 지식의 한계 때 문에 다양한 답을 인정할 수밖에 없다. 과학은 참을 알아내어야 하는 속성이 있지만, 현재 우리가 행하는 과학적 활동의 대부분은 참에 접근해 가는 과정이라고 말할 수 있다. 어떤 경우에는 참에 도달하고도 자신이 참에 도달했는지 모를 때도 있을 것이다. 먼 훗날 우리의 후손들이 우리들의 연구결과에 대해서 이러한 점에서 옳고 저러한 점에서 틀렸다고 평가할 것이다. 지금 우리가 선배 학자들의 연구내용을 가지고 왈가왈부하는 것처럼......(74-75)

[지진] 지질학의 역사를 한권에

내가 사랑한 지구 - 판구조론, 지질학자들이 밝혀낸 지구의 움직임
최덕근 지음 / 휴머니스트 / 2015년 4월

지금은 지구 아래에 핵이 있고, 그 위로 맨틀이 있고, 지각이 있다는 것이 정설이다. 초기에는 하나의 큰 대륙에서 지금의 모습이 되었고, 또 오랜 시간이 지나면 지금의 대륙과 해양은 다른 모습일 것이다.

대륙이 이동한다는 생각은 100년 쯤 전에 베게너라는 기상학자가 이야기했다. 배게너는 남아메리카와 아프리카의 지도가 맞아떨어진다는 사실에서 시작해서 대륙이동설을 이야기했다. 물론 그가 단순히 지도만 맞춰본 것이 아니다. 그는 지도를 맞춰보는데서도 단순히 지도가 아니라 대륙붕 지도로 맞춰보려고 했다. 뿐만 아니라 지질한, 고생물학, 고기후학을 모두 검토했다. 브라질의 편마암지대와 아프리카의 편마암지대가 연결되고, 남아프리카의 케이프산맥과 아르헨티나의 산맥이 연결되었다. 그리고 페름기의 파충류(메소사우루스) 화석은 브라질과 아프리카에서만 발견되었다.

그렇지만 그의 생각은 받아들여지지 않았다. 일단 당시의 생각은 지구는 식어가면서 수축하고 있다고 봤고, 전체를 고체로 보았기 때문에 지각이 움직인다는 것을 인정할 수 없었다. 그 뿐만 아니라 전공이 아니라는 것이 큰 이유였다.

베게너의 이론이 받아들여지지 않았던 가장 큰 이유는 아마도 그가 해당 분야의 전문가가 아니었기 때문이었을 것이다. 베게너는 지질학자도 아니었고, 고생물학자도 아니었으며, 무엇보다 생물학자가 아니었다. 그럼에도 불구하고, 그의 대륙이동설은 지질학, 고생물학, 고기후 지구물리학 등 여러 분야에 걸친 내용을 다루었고, 지질학 분야에서 오랫동안 정설로 여겨오던 육교 이론을 뒤집는 파격적인 가설이었다. 지질학 분야에서 보았을 때 베게너는 명백한 이단아였다. (132쪽)

대륙이동설이 큰 반향을 일으키지 못했지만, 그로부터 40여년 후 해양에서 기존 생각을 뒤짚는 연구결과가 나온다. 바다에서 큰 해령(산맥)이 발견되는데, 대서양 한가운데 S자 모양의 큰 해령이 남극, 오스트레일리아를 거쳐 지구 전체에 연결되어 있었다. 그리고 고지도에 나타나는 지구자기장이 얼룩말 모양의 특성을 가지고 있었다. 자기장극이 백만년마다 바뀌고, 해저가 1년에 3.5cm씩 이동한다면, 딱 들어맞는 설명이었다. 그리고 수심 900미터로 남아메리카와 아프리카를 연결하니 딱 들어맞았다. (아래 그림 4-9)

드디어 1960년대 이르러서 대륙이동이 기정사실화된다. 물론 그 과정에서 논문이 거부당하는 일 들이 있었다.

여기에서 우리는 학문을 하는 자세에 있어서 불편한 속성을 엿보게 된다. 일반적으로 과학은 객관적인 입장에서 문제에 접근할 것이라고 생각 한다. 원론적인 면에서 그것이 분명 올바른 태도이다. 하지만 실제에 있어서는 많은 연구자들이 편견을 가지고 연구에 임하는 것을 볼 수 있다. 예를 들면 라몬트 지질연구소의 분위기는 지구의 겉부분이 움직인다는 데 부정적이었던 반면, 영국의 케임브리지대학교 사람들은 대륙이동이나 해저확장의 개념을 적극적으로 받아들였다. 여기에서 누가 옳고 그름 을 따지기에 앞서 두 진영 모두 나름대로의 편견을 가지고 연구를 진행 했다는 것은 분명했다. 결국 과학도 인간이 하는 일이고, 따라서 개인이 겪는 경험이나 교육적 배경이 한 과학자의 연구 성향에 중요한 영향을 미침을 알 수 있다. (195)

대륙이 이동한다는 것이 받아들여진데는 지구물리학의 발전도 큰 역할을 했다. 지구의 아래에 지진파의 속도가 달라지는 결과가 나왔고, 지각 아래 높은 온도에 의해 지각이 녹아 있는 연약권이 있다고 받아들여졌다. 즉, 지각이 이동을 할 수 있는 이론적 바탕이 마련이 된 것이다.

대부분의 중요한 과학 이론이 그러하듯이 판구조론도 어느 한 사람의 획기적인 아이디어에서 나온 것이 아니었다. 1950년대와 1960년대 지구과학의 다양한 분야에서 찾아낸 과학적 자료들을 논리적으로 설명하려는 학자들이 경쟁적으로 노력한 결과로 판구조론이 탄생하였다. (202)

판이론에서 보면 지구는 몇 개의 판으로 이루어졌다. (아래 그림 5-1) 인도판이 유라시아판을 밀고 들어가 히말라야 산맥을 만들었고, 지구에서 가장 깊은 마리아나 해구는 태평양판과 필리핀판이 충돌하는 곳이다. 

판구조론에 의하면 판들은 서로 상대적으로 움직인다. 느린 곳은 1년에 수 밀리미터에서 빠른 곳은 1년에 10센티미터 이상을 이동한다. 암석권의 판들은 축구공의 껍질처럼 빈틈없이 지구의 표면을 감싸고 있다. 따라서 어느 한 판이 움직이면 그 움직임은 반드시 주변에 있는 다른 판에 영향을 준다. 예를 들면, 현재 남아메리카판이 아프리카판으로부터 멀어짐에 따라 대서양이 점점 넓어지지만, 반면에 태평양에서는 해령에서 새로운 해양지각이 생성되는 속도보다 해구 아래로 섭입하여 사라지는 속도가 더 빠르기 때문에 태평양의 넓이는 줄어든다. 따라서 지구 전체적으로는 균형을 이루고 있다. (211-218쪽)

그리고 이 판은 지금도 계속 움직이고 있다. 홍해가 대표적으로 새로 생긴 열곡대로 약 3백만년 전 바닷물이 들어오기 시작했고, 나중에는 대양처럼 커질 것이다. 마찬가지로 아프리카 서쪽, 소말리아판이 서로 멀어지고 있다. 홍해처럼 곧 바닷물이 들어오게 되고, 소말리아 판은 아프리카에서 떨어져 나갈 것이다. 미국 캘리포니아의 샌안드리아스는 5천만년 후면 아메리카에서 떨어져 알라스카와 충돌할 것이다.

최근에는 지진파를 이용해 지구내부를 3차원적으로 들여다보는 지진파토모그래피로 지구 내부의 모습을 그리고 있다. 하부 맨틀에서 상승하는 부분이 있음을 알게 되었고, 맨틀이 조금 더 복잡하다는 사실이 알려졌다.

판 구조론의 발전으로 판 경계에서 지진, 화산이 빈발하는 것을 알게 되었다. 그러나 여전히 지구를 어떻게 움직이는 지는 알지 못한다. 아직도 지구에 대해서 알아야 할 것이 많다.  

 

[지진]에 대해 한권만 읽는다면

모든 사람을 위한 지진 이야기 - 한국인이라면 미리 알아야 할 지진학 열두 강좌
이기화 지음 / 사이언스북스 / 2015년 9월

책의 뒷 페이지를 보면 한반도가 지진의 안전지대가 아니었음을 알게 된다. 지진규모 6이상의 지진이 역사에 다수 등장한다. 오래되긴 했지만 경주, 울산지역에서의 지진도 빈번했다. 그럼에도 한반도는 지진의 안전지대로 생각되었고, 이를 바탕으로 원자력발전소가 건립되었다.

그러나 저자는 1980년대 양산단층이 활성단층이라는 것을 밝혀낸다. 양산단층은 부산에서 양산, 경주, 포항으로 이어지는 단층으로, 지진이 발생할 수 있는 활성단층이라는 것이다.

양산 단층은 경상 분지 내 부산에서 양산, 경주, 포항 영해로 이어지는 총 연장 약 170킬로미터의 대규모 단층이다. 경상 분지는 중생대 대보 조산 운동에 이어 백악기에 한반도 남동부에 생성된 육성 퇴적물, 화산 쇄설암과 화산암으로 구성된 퇴적 분지이다. 경상 분지에 다수의 단층 들이 존재하고 있으며 이들은 불국사 변동으로 생성되었다고 여겨진다. 이 단층 중에서 가장 두드러진 단층이 양산 단층이며 이 단층에서 약 25킬로미터의 우수 주향 이동이 발생했다. (217쪽)

단층은 지각의 약한 부분이므로 지구조력이 지속적으로 작용하면 결국 여기에서 지층이 깨지며 지진이 발생하게 된다. 이처럼 지진이 발생하는 단층을 활성 단층(active fault)이라 한다. 단층이라고 해서 모두 활성 단층인 것은 아니다. 지표면에 드러나 있는 대부분의 단층에서 지진이 발생하지는 않는다. 국지적으로 작용하는 응력이 오래전에 사라졌거나 아니면 지하수의 침투로 화학 작용이 일어나 파열면이 아물어 들었기 때문이다. 이러한 단층에서는 더 이상 지진들이 발 생하지 않게 되며 이러한 단층을 비활성 단층(inactive fault)이라 한다. (66쪽)

 양산 단층이 활성 단층이라는 나의 연구 결과는 이 원자력 발전소들의 지진 안전성 문제와 연관되어 학계 및 산업계에 큰 충격을 주었다. 만약 양산 단층이 활성 단층이라면 이 단층이 비활성 단층이라는 전제하에 설계된 주변 원자력 발전소들의 내진 설계는 원천적으로 재검토되어야 하는 문제가 제기된다. 따라서 이 문제에 관한 뜨거운 논쟁이 시작되었다. 시간이 지날수록 양산 단층이 활성 단층이라는 주장이 힘을 얻게 되었다. (9-10쪽)

책은 지진에 대한 종합서이다. 지진발생 매커니즘에 대한 설명에서부터 지구의 움직임인 판구조론, 한반도 지층구조 그리고 지진의 측정 및 대응방안까지를 모두 다루고 있다.

지진은 지구의 운동과 관련된다. 20세기 초 까지도 과학자들은 뜨거운 지구가 식어가면서 표면이 쭈글어드는 것이 산맥 등 지형을 형성한다고 봤다. 하지만 기상학자인 베게너는 남아메리카와 아프리카 대륙이 들어맞고, 서로 다른 대륙에서 같은 화석을 증거로 원래 하나였던 초 대륙이 이동했다는 이론을 제기했다. 하지만 그 이동의 역학을 설명하지 못해 과학자들에게 웃음꺼리가 되었다. 이 후 해양연구 - 퇴적물이 깊게 쌓였을것이라 생각했지만 예상보다 적은 퇴적물과 열곡을 중심으로 점차 컨베이어 벨트 처럼 이동한 결과-를 통해 해저확장설이 나오는 등 대륙이동에 대한 증거는 계속되었지만 그 움직움의 근원을 설명하지 못했다. 그러다 지진파의 속도가 달라진다는 점에서 지각 아래 있는 맨틀이 단단한 고체상태가 아니라는 것을 밝혀낸다. 지각이 맨틀위에서 움직이는 것이었다. 그리고 이는 판구조론으로 설명이 되고, 판과 판이 만나는 지점에서 지진과 화산이 빈발하게 되는 이유를 설명한다.

태평양판과 북아메리카 판의 경계인 미국서부 샌안드리어스 단층대, 유파시아판과 작은규모인 북아나톨리아판이 만나는 터키, 인도판과 유라시아판이 만나는 히말리야 지역(히말라야 산맥은 매년 0.5cm씩 솟아오른다), 2000년대 초반 대규모 쓰나미를 야기시킨 유라시아판과 오스트레일리아 판의 경계 지역 등은 대표적인 대규모 지진이 발생하는 지역이다.

그러면 한반도는 어떻게 봐야 할까.

 판구조론의 견지에서 보면 한반도는 유라시아판 내부에 위치하며 태평양판이 북아메리카판과 유라시아판 밑으로 북서 방향으로 섭입하는 일본 해구에 가깝다. 깊은 지진과 약간 깊은 지진 이 유라시아판 밑으로 섭입하는 태평양판의 베니오프 지진대를 따라서 동해에서 발생한다 백두산의 화산 활동도 이 베니오프 지진대와 연관되어 있다고 보는 학자도 있다. 동해 동쪽 끝에서 발 동쪽 끝에서 발생하는 지진 들은 유라시아판과 북아메리카판의 경계에서 발생하는것들이다. (190-192쪽)

한반도 내의 대다수 주요 단층들이 중생대 지각 변동을 통해 생성되었기 때문에 이 단층들과 주요 지질 구조의 경계가 현재까지 지속적으로 활성 단층으로 남아 있는 것이라 여겨진다. 중생대의 격렬한 지각 변동이 한반도의 지각을 심하게 교란해 새로운 단층들을 생성했을 뿐만 아니라 주요 지질 구조의 경계를 깨트렸다고 보인다. 한반도 북동부에서 지진 활동 빈도가 낮은 까닭은 이 지역이 다른 지역 에 비해 지각 변동의 영향을 덜 받은 것에 기인한다고 여겨진다. (198쪽)

한반도는 중생대의 격렬한 지각 변동을 통해 지각이 심하게 교란 되고 깨어져 다수의 단층들이 생성되었고, 또 주요 지질 구조의 경계 도 깨어졌다. 한반도 내에서 발생한 대규모 역사 지진들의 진앙은 중생대에 생성된 대규모 단층들과 깨어진 주요 지질 구조의 경계와 잘 일치한다. 이것은 이 지질 구조들이 활성 단층임을 지시하고 있다. 신생대에 들어서는 백두산과 추가령 지구대 그리고 한반도 남해와 동해에서 화산 활동이 발생하면서 지각이 깨졌다. (216쪽)

잘은 모르겠지만, 한반도가 지진의 안전지대가 아니라는 것은 생각할 수 있다. 안전하다는 가정하에 내진설계된 원전의 안전성을 재검토해야 하는 것이다. 특히 양산단층의 시작점인 해운대는 초고층 건물들이 밀집해 있는 지역이다. 그런데 매립지다. 인공매립지는 지진파가 증폭될 수 있다고 한다.

대부분의 보통 건조물은 빌딩 코드의 지침에 따라 구조상의 손상을 최소화하도록 내진 설계한다. 그러나 대규모 댐, 교량 고가 도로 해양 석유 시추 시설, 고층 건물, 원자력 발전소 등은 지진 발생 후에도 그 기능이 유지되도록 더 전문적인 내진 설계가 필요하다. 특히 원자력 발전소를 포함해 발전소는 운전자나 대중에 위해를 주지 않고 지속적으로 전력을 공급할 수 있도록 설계되어야 한다. 병원은 지진 발생 후 부상자들의 치료를 담당할 수 있어야 하고, 학교는 많은 학생 들이 밀집해 있으므로 특별한 고려가 요구된다. 

특정한 부지의 지반 진동에 고려해야 할 중요한 사항이 부지 효과 (site effect)이다. 부지 효과는 부지의 지질 조건에 따라 지반 진동이 크게 영향을 받는 현상을 말한다. 지반 진동은 최근에 쌓인 퇴적물이나 인공 매립지 같은 연역한 토양층에서, 특히 이 층들이 침수되었다면, 견고한 암반에 비해 몇 배나 더 증폭된다. 빠른 속도 로 기반암을 통과한 지진파가 낮은 속도의 지표 토양층에 도달하면 운동 에너지를 보존하기 위해서 그 진폭이 증대하게 된다. 그러나 이 효과는 지진파의 에너지가 기반암에 비해 토양층에서 더 많이 흡수되므로 부분적으로 상쇄된다. 또 지진파의 주기가 특수한 값을 가질 때 토양층이 공명해 그 진폭이 증대하는 현상도 발생한다. (261)

지진을 미리 알 수 있다면 좋겠지만, 그렇지 못하다. 지진 전조현상이라고 이상한 현상들이 소개되지만, 전조현상이 없는 지진도 있었다.

엄밀한 의미에서 지진 예지는 지진이 발생하기 수일 내지는 수년 전에 그 발생 지점, 시간 및 규모를 어떤 한계 내에서 지정하는 것을 의미한다. 지난 수십 년 동안 미국 일본 러시아 중국에서 지진을 예지하는 방법을 찾으려고 많은 노력을 했으나 지금까지 그 결과는 실망스러운 것이었다. 비록 몇 번의 지진 예지가 부분적으로 성공한 경우가 있었으나 신뢰할 만한 지진 예지가 가능하다는 확신을 가질 수는 없었다. 

지진 예지가 어려운 이유는 지구 내부에 존재하는 복잡한 활성 단층의 구조와 이에 작용하는 응력의 분포를 정확하게 파악하기 어렵기 때문이다. 이 문제를 지하가 아니라 지표에서 지질 조사나 지구 물리 관측을 통해 해결해야 하기 때문에 어려운 것이다. 일기 예보의 경우는 대기 중에 여러 관측 기구를 띄워 기압 온도, 풍향 풍속 습도 등을 직접 측정할 수 있으나 지진 예지의 경우는 지구 내부에 관측 기구를 설치하는 것이 어렵다. 뿐만 아니라 단층에서 시작한 작은 규모의 파열이 확대되어 지진으로 발달하는 지진 발생 메커니즘에 대한 불충분한 이해도 지진 예지를 어렵게 만들고 있다. (244쪽)

물론 자연의 힘은 대한하다. 하지만 인류 역시 지진을 통해 지진피해를 최소화할 방법을 지속적으로 찾아왔다. 이는 지진을 대하는 인류의 합리적인 생각과 행동 때문이었다. 2016년 한반도 남부에서 발생한 지진에 대한 정부의 태도는 합리적으로 보이지 않는다. 무조건 안전하다는 말만 앵무새처럼 되뇌이는데, 인류는 아직 지진에 대해 모르는 것이 많다. 그러니 지금이라도 안정성을 확보해야 할 것이다.