몇 년 전 야근 중이던 어느 저녁, 갑자기 발바닥 아래가 묘하게 울리는 느낌이 들었습니다. 처음엔 복도에서 누가 뛰는 줄 알았는데, 천장에서 '두둑' 소리가 나더니 주변 직원들 표정이 일제히 굳었습니다. 포항 지진이었습니다. 그때는 그냥 무섭기만 했는데, 나중에 지진 과학을 제대로 들여다보고 나서야 그날 벌어진 일이 단순한 사고가 아니었다는 걸 실감했습니다.
판 구조론, 지진이 반복되는 이유
지진이 왜 특정 지역에서 반복되는지 이해하려면 판 구조론(Plate Tectonics)부터 짚어야 합니다. 판 구조론이란 지구 표면이 두께 약 100km의 거대한 암석 판 여러 개로 덮여 있으며, 이 판들이 지구 내부 열에너지에 의해 끊임없이 이동한다는 이론입니다.
태평양 한가운데 있는 중앙 해령에서는 매년 약 10cm씩 새로운 판이 만들어져 유라시아판 방향으로 밀려옵니다. 일본 열도 북쪽에서는 이 태평양판과 충돌하고, 도쿄 남쪽에서는 필리핀판이 연간 5~7cm 속도로 별도로 밀고 들어옵니다. 지구상에서 이렇게 여러 판의 경계가 한꺼번에 맞물리는 지역은 일본 정도가 유일하다고 봐도 무방합니다. 이탈리아 정도가 비슷한 상황에 해당할 뿐입니다.
저는 예전에 일본 출장 중 새벽에 작은 지진을 겪은 적이 있습니다. 저는 바로 긴장해서 잠에서 깼는데, 현지 직원들은 진동이 가라앉자마자 그냥 다시 자더군요. 당시엔 그 태연함이 문화 충격이었는데, 판과 판이 매일같이 충돌하는 땅에 사는 사람들에게 지진은 날씨 예보처럼 일상화된 현상이라는 걸 이제는 이해합니다.
연세대학교 홍태경 교수에 따르면 2011년 동일본 대지진은 단층면 길이 400km, 깊이 300km 규모로 쪼개지면서 발생했으며, 이 충격은 한반도에도 고스란히 전달되어 울릉도가 동쪽으로 약 5cm 이동하는 현상이 관측되었습니다(출처: 기상청).
응력 축적과 난카이 해곡의 위험
지진학자들이 지진 주기를 계산할 때 핵심이 되는 개념이 응력(Stress)입니다. 응력이란 판이 이동하면서 단층면에 쌓이는 힘, 즉 암석이 버티고 있는 내부 압력을 의미합니다. 영어로도 그대로 '스트레스'라고 부르는데, 이 응력이 임계점을 넘으면 단층이 한꺼번에 파열되면서 지진이 발생합니다.
태평양판이 매년 10cm씩 일정하게 이동한다는 사실은 응력이 쌓이는 속도 역시 일정하다는 뜻입니다. 쌓이는 속도가 일정하니 임계점에 도달하는 시점도 어느 정도 예측이 가능합니다. 이것이 지진 주기성의 과학적 근거입니다.
일본 난카이 해곡(Nankai Trough)은 바로 이 논리가 가장 극명하게 적용되는 지역입니다. 난카이 해곡이란 일본 열도 남서쪽 해저에 형성된 거대한 해구로, 필리핀판이 유라시아판 아래로 밀려 들어가는 경계 지점을 말합니다. 이 지역은 역사적으로 100~150년 주기로 대규모 지진이 반복되었는데, 난카이 쪽은 이미 500년, 도카이 지역은 170년 이상 지진이 발생하지 않고 있습니다. 주기를 이미 한참 넘어선 상태입니다.
지진 규모 체계도 여기서 짚고 넘어갈 필요가 있습니다. 모멘트 규모(Moment Magnitude Scale)란 단층면의 면적과 미끄러진 거리, 암석의 강도를 바탕으로 지진에서 방출된 에너지를 정밀하게 측정하는 척도입니다. 규모가 한 단위 올라갈 때마다 에너지는 약 32배 증가합니다. 즉, 난카이 해곡에서 예상되는 규모 9.0 지진이 방출할 에너지를 규모 7.0 지진으로 나눠서 해소하려면 규모 7.0 지진이 무려 1,000개 이상 발생해야 한다는 계산이 나옵니다.
일본 정부 지진조사연구추진본부의 발표에 따르면, 향후 30년 내 난카이 해곡 대지진 발생 확률은 현재 약 70~80%로 평가되고 있습니다(출처: 일본 지진조사연구추진본부). 30년 안에 80% 확률이라는 건 현실적으로 "반드시 난다"는 전제 아래 준비하는 것이 맞는 수준입니다.
제가 이 부분을 들었을 때 솔직히 등이 서늘해졌습니다. 포항 지진 때 바닥이 울리던 그 느낌이 갑자기 다시 생생하게 떠올랐거든요. 규모 5.8이었던 그 지진도 그 정도였는데, 규모 9.0이 발생한다면 어떤 상황이 벌어질지 가늠조차 하기 어렵습니다.
지진 과학이 우리에게 알려주는 핵심을 정리하면 다음과 같습니다.
- 응력은 판의 이동 속도에 비례해 일정하게 축적되며, 이 때문에 지진 주기성이 존재합니다.
- 규모가 한 단위 증가할 때 에너지는 32배 차이가 나며, 이 때문에 소규모 지진 다수로는 대지진의 응력을 해소하기 어렵습니다.
- 동일본 대지진 이후 한반도의 지진 발생 빈도가 두 배 이상 증가한 것이 실제로 관측되었습니다.
- 한반도 역시 1952년 평양 남서쪽에서 규모 6.3 지진이 발생한 기록이 있으며, 대형 지진으로부터 완전히 자유롭지 않습니다.
내진 설계, 우리가 실제로 할 수 있는 것
지진을 막을 수 있는 방법은 현재 기술로는 없다고 봐야 합니다. 판과 판의 충돌을 인위적으로 멈추는 것은 물리적으로 불가능하고, 응력을 인위적으로 배출하는 기술도 실용화 수준에 이르지 못했습니다. 그렇다면 인간이 현실적으로 취할 수 있는 조치는 결국 내진 설계(Seismic Design)로 수렴됩니다. 내진 설계란 지진 발생 시 건물이나 구조물이 지진동(地震動)에 견딜 수 있도록 구조 기준을 강화하는 설계 방식을 말합니다.
그런데 이 내진 설계 문제는 단순한 기술 문제가 아니라는 게 제가 이 주제를 들여다보면서 가장 인상 깊었던 부분입니다. 건물의 평균 수명이 70~80년인데 200~300년 주기로 찾아오는 지진까지 대비해야 하느냐는 비용 대비 효용 논쟁이 있습니다. "반드시 대비해야 한다"는 입장도 있지만, "내 수명 동안 그 지진이 안 올 수도 있는데 굳이 그 비용을 써야 하나"라는 시각도 나름의 논리가 있습니다. 저는 포항 지진을 직접 경험한 입장에서, 작은 규모에서도 그 순간의 공포는 상당하다고 생각합니다. 그 경험이 없는 분들은 위험을 과소평가하기 쉬울 수 있겠다는 생각도 들었습니다.
또 하나 인상적이었던 것은 2009년 이탈리아 라퀼라 지진 사례입니다. 당시 학자들이 '큰 지진이 날 가능성을 완전히 배제할 수 없다'는 사실을 명확하게 전달하지 못하고, 정치적 판단에 의해 "뚜렷한 징후는 없다"는 발표가 나간 뒤 규모 6.4 지진이 발생해 300명 이상이 사망했습니다. 이후 관련 학자와 공무원들이 과실치사로 기소되는 사태가 벌어졌습니다. 과학자의 역할은 불안을 잠재우는 것이 아니라 사실을 있는 그대로 전달하는 것이라는 교훈이 이 사건에서 나왔습니다.
지진 정보를 접할 때는 과학적 예측 데이터와 근거 없는 괴담을 구분하는 시각이 필요하다고 봅니다. "심해어가 출몰했으니 대지진이 온다"는 식의 이야기들은 인터넷에 넘쳐나지만, 심해어는 대지진이 없던 해에도 꾸준히 출몰한다는 점에서 신뢰하기 어렵습니다. 압전 현상(Piezoelectric Effect)처럼 단층면에 응력이 쌓일 때 전하 정렬이 일어나면서 생명체 행동에 영향을 줄 수 있다는 가능성이 연구되고 있긴 하지만, 아직 지진 전조 지표로 공식 채택된 것은 없습니다.
지진은 결국 지구가 살아있기 때문에 생기는 현상입니다. 지구 내부의 열이 식어 판의 이동이 멈추면 지진은 사라지겠지만, 동시에 지구 자기장도 소멸해 태양풍에 그대로 노출되는 상황이 됩니다. 지진을 안고 사는 것이 살아있는 지구에서 생존하는 조건인 셈입니다.
지금 당장 우리가 할 수 있는 가장 현실적인 준비는 거주하는 건물의 내진 등급을 확인하고, 지진 발생 시 행동 요령을 숙지하는 것입니다. 포항 지진 때 사무실에서 어쩔 줄 몰라 했던 그 기억을 떠올릴 때마다, 지식이 있었다면 조금은 덜 당황했을 거라는 생각이 듭니다. 지진 과학이 어렵다는 느낌이 드신다면, 일상적인 대화 속에서 판 구조론부터 차근차근 접해보시길 권합니다.
참고: 우리나라도 안전하지 않다?! 과학이 말하는 대지진의 경고 (feat. 홍태경 교수) [취미는 과학/ 47화 확장판] :
https://www.youtube.com/watch?v=onnEw2jz8Io&list=PLkKcqR2KGxgzqeKZo1Rx93kJFokuVkpye&index=44