판 구조론 - 판의 경계에서 발생하는 지진

앞서 포스팅에서는 판의 경계에서 서로 다른 마그마가 어떻게 만들어지는지에 대하여 서술해 보았다. 이번에는 판의 경계에서 발생하는 지진에 대하여 다루어 볼 계획이다.

 

1. 지진의 발생원리

지진은 교과서에서도, 인터넷 다른 곳에서도 자세하게 잘 다루어지고 있다. 지진이란것을 정의하자면, 지층에 탄성한계 이상의 응력(힘)이 가해질 경우, 지층이 끊어지며 누적된 에너지가 방출되는 것 이라고 정의하고 있다. 이걸 좀더 쉽게 설명하면 지층을 쭉 잡아당기다가, 지층이 버티지 못하고 끊어지면 땅이 흔들리게 된다는 것이다. 고무줄을 잡아당기다가 끊어지면 고무줄이 빠르게 흔들리는것과 비슷하다. 단지 고무줄이 아니고 땅일 뿐이다.

<변형정도와 응력의 관계(출처 : https://darkwing.uoregon.edu/~drt/Classes/201_99/Rice/Seismology.html)(내용번역)>

그럼 탄성한계 이하의 힘이 작용하면? 안끊어진다. 다시 원래상태로 돌아오기도(탄성변형 영역)하고, 이보다 좀 더 강하게 힘이 작용하면 영구적으로 변형이 발생한 채로 지진은 발생하지 않는다. 위 그래프를 예로들면, z 보다 작은 응력에서는 탄성변형, 다시말해 응력이 사라지면 지층은 원래상태로 돌아온다. X₁만큼의 힘이 작용하면 연성변형, 즉 힘이 다시 사라지면 점선을 따라 내려가 X에서 Y만큼의 영구적인 변형이 발생한다.

 

  균열이 발생하는 지점 F 이상의 응력이 작용할 때 지층이 끊어지며 누적된 에너지가 방출된다. 에너지는 매질을 통해 파동의 형태로전달되며, 이때문에 땅이 흔들리는 것이다. 

<지진의 발생원리 ( 출처 : https://slideplayer.com/slide/4843567/)>

처음의 그래프와 위 그림을 함께 보면 더욱 이해가 쉽다. 만약 그래프의 z 점 이하로 힘이 작용하면 지층은 1→2로 변한다. 다시 힘이 사라지면 1로 돌아가게 된다. z이상 F 이하의 수준으로 힘이 작용하면 마찬가지로 2번처럼 변했다가, 힘이 사라지면 1번 상태로는 되지 못하고 1번과 2번 사이 정도로 약간의 변형이 발생한채로 지층이 굳어버린다. 습곡과 같은 상태를 생각하면 된다.

F점 이상의 응력에서 3번과 같이 지층이 파괴되고, 4번의 형태로 영구적으로 남게된다.

 

지진파 에너지가 방출된 근원지점을 진원, 이 지진파가 최초로 지표면에 도달한 지점을 진앙이라고 한다. 보통 지표면에 가장 먼저 도달하는 곳은 당연히 진원의 수직 위 방향이기 때문에 진앙은 진원의 수직 윗쪽에 위치한다. 그런데 만약 진원과 진앙 사이에 지층 밀도가 다소 복잡하게 분포한다면, 꼭 진앙이 진원의 수직 위가 아닐수도 있다.

<진원과 진앙(출처 : zum 학습백과)>

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2. 판 구조론에서 설명하는 지진

  본 글에서는 지진을 깊이에 따라 천발지진, 심발지진으로 구분하여 설명하고자 한다. 천발지진은 진원이 100km 이내로 비교적 진원이 얕은 지진을, 심발지진은 진원이 100km보다 깊은 지진을 말한다. 규모가 크고 큰 피해를 일으키는 지진은 거의 대부분 천발지진이다. 심발지진에서는 큰 규모나 큰 피해가 잘 나타나지는 않는다. 발생 빈도도 천발지진이 압도적으로 높다. 심발지진이 잘 발생하지 않는 이유는 지진의 발생원리를 생각하면 쉽다. 지진은 땅이 끊어져야 발생하는 것인데, 깊은 곳은 쉽게 말해 땅이 끊어지기 어렵다는 소리다. 강한 응력이 작용하기도 어렵고(압력이 고르게 너무 높아서) 정말 깊은 곳은 부분 용융상태로, 땅이 쭉쭉 늘어날 뿐 단단하지 못하다.

 판의 경계에는 발산형 경계, 수렴형 경계, 보존형 경계가 있다. 여기서는 각 경계의 의미를 다루지는 않는다. 어떤 지진이 발생하는지만 알아볼 것이다.

경계의 종류	지진의 유형
발산형 경계	천발지진
수렴형 경계	천발지진, 심발지진
보존형 경계	천발지진

 1) 발산형 경계

발산형 경계에서는 천발지진만이 나타난다. 그렇다면 왜 천발지진만 발생하고 심발지진은 없는 것인가? 다시 지진이 발생하는 원리를 생각하면 쉽다. 발산형 경계역시 깊은 곳은 땅이 끊어지기 어렵다는 것인데, 발산형경계는 뜨거운 맨틀물질이 지표면까지 상승하는 곳이다. 특히 연약권의 물질이 올라오는데, 연약권은 상대적으로 단단하지 못한 물질이 많다. 쉽게 말해 물렁물렁하단 소리다. 지진이 발생하려면 땅이 끊어져야 하는데 조금만 깊이 내려가도 물렁물렁한 물질이 올라오는 해령과 같은 곳에서는 당연히 땅이 잘 안끊어지고, 때문에 천발지진만 발생하는 것이다.

 2) 수렴형 경계

수렴형 경계는 발산형 경계와는 달리 차가운 물질이 지하 깊은 곳까지 내려가기 때문에 땅이 잘 끊어질 수 있다. 따라서 천발지진은 물론 심발지진도 가능하다. 다만 대륙과 대륙이 충돌하는 경우는 조금 다르다. 대륙과 대륙이 충돌하는 경우, 상대적으로 밀도가 조금 더 높은 땅이 아래로 내려가기는 하는데, 이때 지각은 밀도가 매우 낮아 거의 들어가지도 못하고, 때문에 하강속력이 굉장히 느리다. 때문에 지진이 발생하면 거의 대부분 천발지진만 발생하게 된다.

 

3) 보존형 경계

보존형 경계도 발산형 경계와 마찬가지로 천발지진만 발생한다. 이곳은 판과 판이 어긋나기만 하는 곳이다. 해령 인근 해양지각 지역은 지층의 두께가 얇고, 변환단층이 깊은 곳까지 형성되어있지 못하다. 조금만 깊이 내려가면 바로 상부맨틀이 시작되는 곳이다. 때문에 깊은 곳에서는 아예 응력이 발생하지 않는다. 따라서 보존형 경계에서도 천발지진만이 발생한다.

 

3. 마치며...

사실 판의 경계에 따라 어떤 지진이 발생하는지를 따져 보기는 했는데, 심발지진이라는 것 자체가 거의 맨틀깊이에서나 발생하는 지진으로 굉장히 희소하고 특이한 지진이다. 지구에서도 수렴형경계에서 마그마가 발생하는 영역인 베니오프대에서만 발생한다. 따라서 해령이나 변환단층에서는 왜 심발지진이 안생기느냐를 따지기 보다는 왜 특이하게 해구에서만 심발지진이 생기느냐를 따지는것이 좀 더 바람직하다는 생각도 든다. 이상으로 3가지 경계에서 지진이 발생하는 형태가 다른 이유를 알아보았다. 발산 천발, 수렴 천발 심발, 보존 천발이라고 맹목적으로 외우기 보다는 지진 발생원리와 함께 왜그런지를 생각해 보면 좀 더 재미있지 않을까?

판 구조론 - 판의 경계에서 마그마가 생성되는 원리

위의 링크는 판의 경계에서 발생하는 마그마의 원리에 대하여 포스팅한 내용입니다. 지진과 함께보면 좋습니다.

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