지진의 영향과 피해
지진이 발생하면 여러 현상이 발생한다. 이렇게 지진으로 발생한 피해를 한데 묶어 지진재해라고 부른다. 줄여서 진재(일본어: 震災しんさい 신사이[*])라고도 한다. 큰 것을 대진재라고도 부른다.
지진 재해는 지진 그 자체에 기인하는 1차 재해와 부수적으로 발생하는 2차 재해로 나뉜다. 1차 재해는 강한 지진동에 의한 지표나 지하 구조물의 파괴, 지반의 붕괴, 해일로 인한 가옥이나 선박의 유실·파괴 등이 있다. 또한 2차 재해에는 화재, 수도, 전기, 가스, 통신망의 파괴, 생활물자 유통망의 파괴로 인한 생활의 혼란 등을 말한다. 도시의 경우 2차 재해 특히 석유화학공장, 자동차의 연료, 건물의 연료 화재에 의한 비중이 커진다. 이 경우의 대책은 주로 도시 내에 있는 발화원을 줄이고 건물밀집지역의 방재작업이 원활하도록 하고, 도시 설계 당시부터 방재도시로 설계하는 것이다.
오늘날의 지진재해 대책의 특징은 1차 재해의 경감 및 2차 재해의 억지에 그 역점을 두고 있다. 대지진이 발생하면 가옥이 파괴되거나 손상되고, 지면에는 균열이 생기며, 또한 모래같은 땅에서 물이 분출하는 '분사현상' 등이 일어난다. 또한 산사태 등도 발생하여 큰 피해를 가져온다. 지진대와 화산대는 거의 일치해 지진으로 인한 충격으로 화산이 폭발하면 화산재구름이 하늘을 덮치는 등 피해가 속출한다. 특히 위험한 것은 지진에 따라 일어나는 화재로서 지진 그 자체에 의한 피해보다 불에 의한 피해가 훨씬 크다. 건축물의 피해에 관해서는 지진공학이란 특별한 공학부분이 있어서 그 대책을 연구하고 있으며, 내진 건축법이 고안되고 있다. 지진학이나 지진공학의 지식을 이용하여 지진재해를 경감시키는 것을 진재대책이라고 한다.
지진으로 발생하는 여러 현상에는 다음이 있다.
흔들림과 지반 파열
흔들림과 지반 파열은 지진으로 발생하는 주로 건축물과 기타 단단한 구조물에 여러 심각한 손상을 입히는 피해이다. 한 지역에서 흔들림으로 인한 피해 심각성은 지진의 규모, 진원과의 거리, 지역적, 지질학적, 지형적 조건 등등 여러 가지 복잡한 조건의 조합으로 달라지며 이 조건으로 파동의 진폭이 증폭되거나 감소될 수 있다. 지반의 흔들림은 최대 지반 가속도(PGA)로 계산한다.
특정 지역의 지리적, 지질학적, 지구조론적 조건 때문에 약한 규모의 지진에서도 지표면에 강한 흔들림이 느껴질 수 있다. 이런 현상을 지역적, 국지적 증폭 현상이라고 말한다. 이런 증폭 현상은 보통 단단한 깊은 토양에서 부드러운 얉은 토양으로 지진파가 전달되면서 퇴적물의 전형적인 지질학적 특성으로 지진 에너지가 한 곳으로 모이면서 발생한다. 예를 들어 1995년 일본에서 일어난 한신·아와지 대진재를 일으킨 효고현 남부 지진 당시에는 진도7을 감지한 지역이 기다란 띠 모양으로 생겨났다. 강한 진동을 느낀 지역이 띠 모양으로 생겨난 이유는 진원역을 만든 단층이 부드러운 지반인 오사카평야에 한신칸을 향해 직선 모양으로 뻗어 있었고 롯코산지와 오사카평야의 경계부에서 지진파가 간섭이나 증폭 현상을 일으켰기 때문이다. 이 때 발생한 강한 진동을 느낀 띠 지역은 진앙에서 약 30 km 떨어진 지점까지 이어졌다.
지반 파열은 단층의 흔적을 따라 지구의 표면이 눈에 띄게 부서지고 변위가 생기는 현상으로 대지진의 경우 수 미터에 해당하는 지반 파열이 발생할 수 있다. 지반 파열은 댐, 교량, 원자력 발전소와 같은 대형 구조물에게 있어서 가장 큰 위협이며 구조물의 수명 내에 지반이 파열될 수 있는 모든 단층을 식별하기 위해 기존에 알려진 단층을 전부 지도화하는 과정이 중요하다.
토양액상화
토양액상화란 물에 모래와 같은 입자상을 띈 물질이 포화되면 일시적으로 그 강도를 잃고 고체에서 액체로 성질이 바뀌는 현상이다. 토양액상화는 건물이나 다리와 같은 단단한 구조물도 액상화가 되어버린 퇴적물, 땅 아래로 기울어지거나 가라앉게 만들 수 있다. 예를 들어 1964년 알래스카 지진 당시 광범위한 토양액상화 현상이 발생하여 많은 건물이 땅 속으로 가라앉다 붕괴되는 현상이 일어났다.
인적 피해
지진은 사망 및 부상자 발생, 도로와 교량의 손상, 전반적인 재산 피해, 건물 붕괴 또는 불안정화 등 다양한 인적, 물적 피해를 가져다 줄 수 있다. 또한 지진이 지나간 이후 여파로 전염병의 유행이나 기타 질병 감염, 기본적인 필수품 부족, 공황발작과 같은 정신적 충격, 생존자들의 집단 우울증, 보험료 상승 등 다양한 2차 피해를 입을 수 있다.
산사태
지진은 산사태라는 지질학적으로 큰 위협을 가하는 사면의 불안정화를 일으킬 수 있다. 특히 산지에서 지진이 발생할 경우 구조 작업을 진행하는 동안에도 산사태의 위협을 받아 2차 피해가 이어질 수 있다.
화재
지진으로 전력망이나 가스관이 손상되어 화재가 발생할 수 있다. 여기에 수도관이 파열되거나 압력을 상실할 경우 한번 화재가 시작한다면 진압하기 매우 어려워질 수 있다. 예를 들어 1906년 샌프란시스코 지진 당시에는 지진 자체의 사망자보다는 지진 이후 발생한 화재로 인한 사망자가 더 많았다.
지진해일 (쓰나미)
쓰나미는 해저에서 지진이 발생했을 때 대량의 물이 급작스럽게 움직이면서 발생하는 초장주기, 초장파 해파이다. 열려 있는 대양에서는 쓰나미 파도간 거리는 100 km가 넘을 수 있으며 파도의 주기는 5분에서 1시간 이상까지 다양하다. 이런 쓰나미는 수심에 따라 다르지만 시속 600-800 km의 속도로 이동한다. 지진이나 해저 산사태로 발생한 큰 쓰나미는 수 분 안에 해안가 지방을 덮칠 수 있다. 또한 쓰나미는 대양을 지나 수천 km 떨어진 다른 대륙까지도 이동할 수도 있고 이런 거대한 쓰나미를 일으킨 지진은 몇 시간 후에는 쓰나미가 덮쳐 아주 먼 해안 지역도 파괴될 수 있다.
일반적으로 규모 M7.5 이하의 지진은 쓰나미를 일으키지 않지만, 간혹가다 섭입대의 지진의 경우 간혹 M7.5 이하 규모의 지진에서도 쓰나미가 관측된 사례가 있다, 대부분의 거대하면서 피해가 큰 쓰나미는 규모 M7.5 이상의 지진에서 발생하였다.
홍수
지진의 2차적 영향으로 댐이 영향을 받아 파괴되면 홍수가 발생할 수 있다. 또한 지진으로 산사태가 일어나 천연댐이 만들어진 후 이 천연댐이 붕괴하여 홍수가 발생할 수 있다.
예를 들어, 타지키스탄의 사레즈호는 고대 지진으로 만들어진 산사태 댐(천연댐)인 우소이댐이 만들어져 형성된 지역이다. 이 댐이 붕괴할 경우 심각한 피해를 입을 수 있는데 향후 지진이나 기타 원인으로 우소이댐이 붕괴한다면 약 5백만명이 홍수 피해를 입을 수 있다.
지구물리학적 영향
큰 지진으로 인해 지구가 자유진동을 하면서 지구의 자전축, 자전 주기, 모양 등이 영향을 받기도 한다. 이론적 모델에 따르면 2004년 수마트라섬 지진으로 인해 북극점은 동경 145도 방향으로 약 2.5cm 이동했다. 또한 지구의 편평도가 100억 분의 1 정도 감소하면서 지구의 자전 속도가 약간 빨라졌고, 결국 하루의 길이는 2.68마이크로초만큼 짧아졌다고 알려졌다.
2010년 칠레 지진에서는 하루의 길이가 1.26마이크로초만큼 짧아졌으며 지구의 자전축도 8cm가량 움직였다고 알려졌다. 또한 땅이 움직이면서 콘셉시온은 도시 전체가 서쪽으로 3.04m 이동했다는 사실이 정확한 GPS 측정을 통해 알려졌다. 칠레의 수도인 산티아고는 서쪽으로 거의 24cm가량 움직였으며, 심지어 콘셉시온에서 1,350km 떨어진 아르헨티나의 부에노스아이레스도 4cm가량 이동했다. 이러한 이동의 결과 칠레의 영토는 1.2km2 증가했다고 추정된다.
동일본 대지진에서는 혼슈가 동쪽으로 2.4m 움직였으며, 지구의 자전축은 대략 10~25cm 움직였을 것으로 추정된다. 또한 지구의 자전 속도는 약 1.8마이크로초/일 빨라졌다. 지진 이후 초기에는 혼슈의 태평양 연안 일부가 1m가량 가라앉기도 했으나 약 3년이 지나고 다시 솟아 오르며 원래 높이를 회복하기도 했다. 일본 북동부 일부는 북아메리카 대륙과 2.4m 정도 가까이 이동하였으며 이로 인해 일본 대륙 일부가 이전보다 넓어졌다. 이때 진앙과 가까운 지역일수록 크게 변화를 겪었다.
그러나 이러한 지구 자전축의 변화 등은 너무 작아서 눈에 띄는 기후 변화를 일으킬 수는 없다. 실제로 지구 대기와 해양의 질량이 변하면서 지구 자전축은 매년 일상적으로 39인치(약 99.06cm) 움직여, 지진에 의한 변화보다 훨씬 크게 변하고 있다.
세계의 주요 지진활동
지진이 일어나는 장소를 조사해 보면 지진은 그 진앙의 분포로 보든 진원의 깊이로 보든 지각 또는 상부 맨틀(mantle)의 일정한 부분에 집중적으로 일어나는 일이 많다. 이를 지진소(地震巢)라 한다. 가령 일본의 동북지방의 지진소는 크고 두꺼우며, 맨틀 상부에 위치하고 있다. 이에 반하여 서남 일본의 지진소는 작고, 지표에서 30∼40km 깊이에 있다.
옛날부터 지진이 일어나기 쉬운 곳은 띠모양으로 분포한다는 생각이 있어서 이를 지진대라고 한다. 세계적으로는 환태평양 지진대(環太平洋地震帶)라는 태평양 둘레의 지진대가 유명하다. 일본 부근의 지진 분포를 잘 조사한 결과, 띠모양을 이룬다기보다는, 지진소(地震巢)로서 한 덩어리가 되어 있다고 생각하는 것이 옳음이 밝혀졌다. 그러므로 일본 부근에 관해서는 지진대라는 생각은 낡은 생각이다.
세계에서 일어난 대규모 지진의 진앙을 지도로 그리면 특정 선 위의 지역에서 집중적으로 지진이 나타남을 볼 수 있는데, 이 지역이 환태평양 조산대(전 세계 천발지진이 방출한 에너지의 75.4%를 차지)와 알프스-히말라야 조산대(전 세계 천발지진이 방출한 에너지의 22.9%를 차지)이며 판 구조론적으로 이 두 지역은 전 세계의 지진이 가장 많이 집중된다. 앞에서 언급한 두 조산대와 함께 신기 조산대가 가장 지진 활동이 활발하며 세계 지진 활동의 절대다수를 차지한다. 그 밖에 유럽 서부와 아시아 북부 등에 있는 고기 조산대에서도 비교적 많은 지진이 발생한다.
이렇게 지진이 자주 발생하는 지역을 조산대 또는 지진대(화산 활동을 강조할 경우 화산대라 부르기도 함)이라고 부르며 조산대인 지역은 암반의 이동도 활발하고 지진도 활발하게 발생한다. 하지만 지진 활동을 기록한 오른편의 지도는 어디까지나 일정 기간 동안 발생한 지진을 기록한 것으로 "지진이 얼마나 발생하기 쉬운가"를 나타냈기 때문에 지도에서 지진이 적은 국가(캐나다, 러시아, 브라질, 아프리카 대륙 내 국가 등)에서 절대 지진이 발생하지 않다고 말할 수 없으며, 지구상 어느 지역에서도 지진이 발생할 수 있다.
발생했던 주요 지진
역사상 사상자가 가장 많았던 지진은 1556년 1월 23일 명나라 섬서성에서 일어났던 산시 대지진이다. 이 대지진으로 83만명 이상이 사망했다고 기록되어 있다. 당시 지진이 발생한 지역은 요동이라고 부르는 황토 언덕을 깎아 만든 주택을 지어 살았기 때문에 지진으로 황토가 무너지면서 많은 사람들이 목숨을 잃었다. 20세기에서 사상자가 가장 많았던 지진은 1976년 7월 28일 발생한 규모 M7.6의 탕산 지진으로 24만명에서 65만 5천명이 사망하였다.
인류 역사상 지진계로 관측한 규모가 가장 큰 지진은 1960년 5월 22일 발생한 규모 M9.5의 칠레 발디비아 지진이다. 칠레 지진 당시 방출한 지진 에너지는 북아메리카에서 가장 큰 규모의 지진이었던 1964년 3월 27일 미국 알래스카주 프린스 윌리엄 해협에서 일어난 M9.2의 알래스카 지진 당시 방출한 지진 에너지보다 2배나 많았다.
한국의 지진 중 1978년 계기 관측 시작 이후 발생한 지진 중 규모가 가장 큰 지진은 2016년 9월 12일 발생한 규모 M5.8의 2016년 경주 지진이다. 한반도 전역을 포괄할 경우 1944년 12월 19일 한국-중국 국경 신의주 지역에서 발생한 규모 M6.6-6.8의 1944년 한국-중국 국경 지역 지진이 가장 큰 규모의 지진이다.
주요 지진대와 활단층
방재상 지진을 일으킬 가능성이 높은 활성단층은 많은 주목을 받는다. 대한민국에서도 약 200만년 이내 지질 활동을 했던 단층을 조사하고 있으며, 현재까지 다수의 단층이 보고되어 있다. 미국에서도 캘리포니아주에서 UCERF3이라는 모델로 활단층 활동과 그 지진위험도를 분석하고 있다. 일본에서도 수백 개의 주요 활성단층의 위치와 지진 발생 간격, 예상 지진 규모 등을 조사, 발표하고 있다. 하지만 활단층이 없는 지역에 새로운 단층이 발생할 수도 있으며, 흔적이 침식 작용으로 거의 보이지 않아 찾을 수도 없는 경우가 있다. 이 때문에 활단층 조사를 중심으로 한 지진 방재에 대한 비판도 존재한다.
아래는 지구상에 존재하는 주요 지진대(활단층, 해구, 해분, 지구대 등)의 목록이다.
주요 활단층
- 양산 단층(대) - 한국의 단층. 2016년 경주 지진을 일으킨 것으로 추정되었음.
- 이토이가와-시즈오카 구조선 - 일본의 단층.
- 주오 구조선 - 일본의 단층. 일부 세그먼트가 2016년 구마모토 지진을 일으킴.
- 샌앤드레이어스 단층 - 미국 캘리포니아주의 단층. 1906년 샌프란시스코 지진을 일으킴.
- 북아나톨리아 단층 - 튀르키예의 단층. 1999년 이즈미트 지진을 일으킴.
- 동아나톨리아 단층 - 튀르키예의 단층. 2023년 튀르키예-시리아 지진을 일으킴.
주요 해구, 해분, 섭입대
- 페루-칠레 해구 - 칠레의 해구. 1960년, 2010년 칠레 지진을 일으킴.
- 중앙아메리카 해구 - 중앙아메리카 태평양 연안의 해구. 1985년 멕시코시티 지진을 일으킴.
- 캐스케이디아 섭입대 - 미국 워싱턴주 해역의 해구. 1700년 케스케이디아 지진을 일으킴.
- 알류샨 해구 - 미국 알래스카주의 해구. 1964년 알래스카 지진을 일으킴.
- 쿠릴-캄차카 해구 - 일본 홋카이도와 러시아 쿠릴 열도의 해구. 1952년 도카치 해역 지진을 일으킴.
- 일본 해구 - 일본 도호쿠 지방의 해구. 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진을 일으킴.
- 난카이 해곡 - 일본 남부 지방의 해구. 난카이 해곡 거대지진을 일으킴.
- 자바 해구 - 인도네시아의 해구. 2004년 인도양 지진해일을 일으킴.
지진 예측 및 예보
지진 예측
지진 예측이란 지진학의 한 분야로, 미래의 지진이 언제, 어디서, 어떤 규모로 발생할 지 특정 한계선을 가지고 예측하는 일을 목표로 한다. 미래에 지진이 일어날 위치와 시각을 예측하기 위해 수많은 방법이 고안되었다. 하지만 지진학자들의 수많은 노력에도 불구하고 아직까지 과학적으로 재현 가능한, 특정 달이나 특정 날에 일어날 지진을 예측하는 방법은 존재하지 않는다.
지진 예보
보통 예보(Forcasting)는 예측(Prediction)의 하위 분야로 간주하지만 지진학계 내에서는 지진 예보와 지진 예측을 서로 구분한다. 지진 예보란 수 년 혹은 수십 년에 걸쳐 특정 피해를 가져다 줄 지진의 주기와 그 규모를 추정하는 일을 포함해 전반적인 지진위험도의 확률적 분석을 수행하는 일이다. 이해가 잘 된 단층의 경우 향후 수십년 내에 세그먼트의 에스페리티가 파괴될 확률을 추정할 수 있다. 예를 들어, 일본 국토지리원에서는 단층의 규모에 따라 활단층을 A급 활단층에서 C급 활단층으로 구분하며, 일본 지진조사연구추진본부에서는 지진 발생 위험도에 따라 S급 위험도서부터 X급 위험도로 구분하여 각 단층에서 발생할 수 있는 지진의 규모와 발생 주기를 추정한다.
지진관측망이 발달하면서 지진의 발생 빈도를 통계학적으로 분석할 수 있게 된 결과, 지진의 발생 빈도와 그 규모의 관계는 구텐베르크-릭터 법칙을 따른다는 사실이 밝혀졌다. 따라서 통계 데이터로 나오는 소규모 지진의 발생빈도를 바탕으로 보다 큰 규모의 지진의 발생 확률을 계산할 수 있고, 행정 기관의 방재계획에서 이런 확률론적 지진 예보를 사용한다. 하지만 규모가 큰 지진일수록 발생 확률이 낮아지기 때문에 장기적인 발생 확률을 계산할 수밖에 없고 언제 발생할지를 예측할 순 없다. 또한 지진이 구텐베르크-릭터 법칙을 따른다는 말은 지진의 규모가 무작위적으로 결정된다는 의미이며 이는 정확한 지진 예측은 불가능하다는 의미이다.
발생한 지진을 즉시 감지해 진동이 느껴질 지역에 경보를 발령하고 대비할 수 있도록 준비하는 지진경보체계도 존재한다. 하지만 이는 지진이 발생한 직후 그 지진을 감지해 진앙과 약간 먼 지역에 진동이 도달하기 전에 경보를 발령해 지역 주민들이 대비하고 피해를 최소화하여 미리 준비할 수 있도록 하는 안전 관리 체계에 속한다.
지진 대비
건물과 기타 구조물에 대한 지진의 영향을 예측하고, 지진으로부터 안전한 구조물을 설계하여 지진의 피해를 최소화하는 학문으로 지진공학이 있다. 기존에 이미 건설된 구조물은 내진 보강을 통해 건물의 내진성을 높일 수 있다. 또한 지진보험으로 건물주는 지진으로 인한 손실 위험에 재정적 보호를 받을 수 있다. 정부나 기타 조직은 위험을 완화하고 지진 피해를 대비하기 위해 비상 관리 체계를 도입할 수 있다.
건물의 지진위험도를 계산하고 피해를 줄이기 위한 운영을 계획하는데 인공지능(AI)을 사용할 수 있다. 예를 들어 이고르 전문가 시스템의 경우 석조건물의 내진 평가와 내진성 보강을 위한 건물 리모델링 작업 계획 설계를 도와주는 이동식 실험실로 구축할 수 있다. 이 전문가 시스템은 리스본, 나폴리, 로도스 등 유럽권에서 건물의 내진 평가에 사용하고 있다.
기업에서는 지진의 위험관리나 사업 연속성 관리(BCM) 등을 통한 업무 연속성 대책이나 경제적 영향의 대책을 고려하여 지진 대비를 진행하기도 한다. 보험업계나 주요 기업을 중심으로 지진 피해 위험도를 미리 산정하는 지진 PML이라는 업무관리기법을 도입하기도 한다.
각 개인들도 온수기를 각자 구비하고 누군가를 다치게 할 수 있는 무거운 물건들을 고정시키며 공공 대피소를 미리 알아두고 흔들림이 시작되면 어떤 행동을 취해야 하는지 교육을 받는 등으로 지진에 대비할 수 있다. 특히 큰 수역(강 하구, 바닷가 등)에 거주하는 주민들은 지진 시 발생할 수 있는 쓰나미에도 대비해야 한다.
지구 이외 천체의 지진
지구 외의 다른 천체에도 지구의 지진에 해당하는 지각 변동과 흔들림 현상이 관측된다.
달에서 발생하는 지진은 '월진'(Lunarquake)라고 부르며 1969년부터 1977년까지 총 8년간 흔들림을 관측하였다.
2019년 미국 항공우주국(NASA)의 화성 지질 탐사 착륙선인 인사이트에서 화성에서 발생하는 지진인 이른바 화진(Marsquake) 현상을 관측하였다.
문화에서의 지진
현대 대중문화에서 지진은 1995년 고베나 1906년 샌프란시스코 같이 거대한 대지진으로 대도시가 아비규환이 되는 모습을 위주로 그려진다. 소설에서 같은 가상의 지진은 갑작스럽게 예고 없이 덮치는 경향이 많다. 이 때문에 지진을 다룬 문학은 주로 재난과 함께 시작하며 지진 직후 발생한 혼란과 상황에 대해 다루며 대표적인 고전 문학 작품으로 《한낮의 짧은 산책》(1972년), 《레그드 엣지》(1968년), 《애프터쇼크: 뉴욕의 지진》(1999년) 등이 있다.
현대 영화에서는 지진으로 직접적으로 고통받는 가족과 사랑하는 사람들에게 발생할 수 있는 실제 트라우마에 대한 인간의 심리적 반응을 조명하는 방식으로 보여준다. 재난 정신건강 대응 연구에서는 지진과 같은 대규모 자연재해로 인한 가족 및 주요 지역사회 구성원의 상실, 가정과 친숙한 환경의 상실, 생존을 유지하기 위해 필수적인 물자와 서비스의 상실 등 다양한 상황을 인식할 필요가 있다고 강조한다.
현대 영화에서 지진을 소재로 한 작품에는 1971년 샌페르난도 지진에서 영감을 받아 만들어진 《대지진》(1974년), 고마쓰 사쿄의 《일본 침몰》(1973년), 롤란트 에머리히의 《2012》(2009년)[284] 등 다양한 작품이 있다.
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