지진은 왜 일어날까? – 지구 내부 구조와 판의 움직임

지구가 흔들리는 이유, 지진의 첫걸음 이해

지진 뉴스가 들려올 때마다 많은 사람이 같은 질문을 떠올린다. 지진은 왜 일어날까. 땅이 단단하다고 느끼지만, 실제로 지구는 끊임없이 움직이며 에너지를 주고받는 거대한 시스템이다. 지구 내부는 크게 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 나뉘는데, 이 중에서 지진과 가장 직접적으로 관련된 부분은 가장 바깥쪽의 얇은 껍질인 지각과 그 아래의 상부 맨틀이다. 이 두 층이 함께 단단한 판처럼 움직이기 때문에 이를 판 또는 리소스페어 판이라고 부른다. 사람 눈에는 보이지 않지만 이 판들은 해마다 수 센티미터씩 조금씩 이동하며 서로 부딪히고 비껴 지나가고 갈라지면서 엄청난 힘을 축적한다. 지진은 바로 이 힘이 더 이상 버티지 못하는 순간, 한 번에 방출되며 나타나는 현상이다. 따라서 지진을 이해하려면 먼저 지구 내부 구조와 판이 어떻게 움직이는지를 함께 살펴볼 필요가 있다.

 

 

 

지구 내부 구조와 판의 움직임

지구 중심부에는 매우 뜨거운 철과 니켈이 녹아 있는 외핵과 단단한 내핵이 자리 잡고 있다. 그 위에는 두꺼운 맨틀이 둘러싸고 있는데, 이 맨틀의 깊은 부분에서는 높은 온도 때문에 바위가 완전히 고체도, 완전히 액체도 아닌 점성 있는 상태로 존재한다. 이 맨틀 안에서는 뜨거운 물이 끓을 때처럼 대류가 일어난다. 뜨거운 물질은 위로 올라가고 식은 물질은 아래로 내려가면서 거대한 순환 흐름을 만든다. 이 흐름이 바로 지표 가까이에 있는 단단한 판들을 밀고 당기는 힘이다. 판이 움직이는 속도는 손톱이 자라는 속도와 비슷할 정도로 느리지만, 판과 판이 만나는 경계에서는 이 느린 움직임이 오랫동안 쌓이며 엄청난 응력, 즉 변형시키려는 힘을 만들게 된다. 판이 부딪히는 수렴 경계, 서로 반대 방향으로 미끄러지는 보존 경계, 벌어지는 발산 경계 등 경계의 종류에 따라 지각이 받는 스트레스의 양상도 달라지고, 그 결과로 나타나는 지진의 특성도 달라진다. 결국 지진은 지구 내부에서 계속 공급되는 열 에너지가 맨틀 대류를 통해 판을 움직이고, 그 판이 서로 상호작용하며 생기는 응력이 갑자기 해소되는 과정이라고 이해할 수 있다.

 

단층과 탄성 반발, 지진이 시작되는 순간

판의 경계나 그 주변에는 단층이라고 불리는 약한 면이 많이 발달해 있다. 단층은 지각이 서로 다른 방향으로 비틀리거나 밀려나면서 생긴 균열과 같은 구조다. 판이 움직이면서 단층을 따라 양쪽 지각 덩어리에는 끊임없이 힘이 가해진다. 하지만 암석은 어느 정도까지는 고무줄처럼 버티며 탄성 변형을 한다. 이때 겉으로는 조용해 보여도 바위 내부에는 긴장이 차곡차곡 쌓이고 있다. 어느 순간 이 힘이 암석이 견딜 수 있는 한계를 넘으면, 억눌려 있던 단층이 갑자기 미끄러지듯 움직이며 축적된 에너지를 한 번에 방출한다. 이를 탄성 반발이라고 부른다. 이때 바위가 튕겨 돌아가는 과정에서 사방으로 퍼져 나가는 에너지가 바로 지진파다. 지진파에는 가장 먼저 도달하는 종파인 P파, 그 뒤를 따르는 횡파인 S파, 그리고 지표를 따라가는 표면파 등이 있다. P파와 S파의 도달 시간 차이를 분석하면 지진이 일어난 위치와 깊이를 계산할 수 있다. 일반적으로 지진이 시작된 실제 위치를 진원이라 부르며, 그 바로 위 지표상의 지점을 진앙이라고 한다. 뉴스에서 자주 나오는 진앙은 사람들에게 체감되는 위치를 알려주기 위한 표현이다.

 

판 경계에서의 지진과 예외적인 지진들

대부분의 큰 지진은 판과 판이 만나는 경계에서 집중적으로 발생한다. 예를 들어 해양판이 대륙판 아래로 들어가는 섭입대에서는 해양판이 깊이 끌려 들어가면서 강한 마찰과 응력이 발생해 규모가 큰 지진과 쓰나미를 자주 일으킨다. 태평양을 둘러싼 이른바 불의 고리 지역이 대표적인 예다. 또한 대륙판이 서로 밀어붙이는 곳에서는 거대한 산맥이 형성되고, 그 주변 단층에서는 반복적으로 강한 내륙 지진이 발생한다. 그럼에도 모든 지진이 판 경계에서만 일어나는 것은 아니다. 판 내부에서도 오래된 단층이나 암석의 약한 부분을 따라 응력이 재분배되면서 예기치 않은 지진이 나타나기도 한다. 이런 경우는 지질 구조를 파악하기 전까지 상대적으로 위험성을 간과하기 쉽다. 또 인근 지역의 큰 지진이 주변 응력 상태를 바꾸어 다른 단층을 자극하는 연쇄 효과도 나타난다. 수도권이나 내륙 도시처럼 인구가 밀집된 지역에서 이런 지진이 발생하면 규모가 상대적으로 작더라도 사회적 피해는 크게 확대될 수 있다. 따라서 판 구조와 단층 분포를 이해하는 일은 과거와 현재의 지진을 설명하는 데 그치지 않고, 앞으로의 위험을 평가하는 데도 필수적인 과정이다.

 

지진이 알려 주는 지구 행성으로서의 얼굴

지진은 인간에게 두려운 재난이지만, 지구 입장에서 보면 자연스러운 에너지 순환 과정의 한 모습이다. 뜨거운 내부가 식어 가는 과정에서 생기는 열의 이동, 그로 인해 움직이는 판, 단층을 따라 반복되는 파괴와 재구성은 모두 지구가 활동적인 행성이라는 사실을 보여 준다. 지진이 전혀 없는 행성이라면 내부가 거의 식어 버렸거나 판이 더 이상 움직이지 않는 죽은 행성에 가까울지도 모른다. 물론 이것이 재난의 피해를 가볍게 여기게 만들어서는 안 된다. 다만 지진을 단순한 공포의 대상이 아니라, 지구 내부에서 어떤 일이 벌어지고 있는지를 알려 주는 창으로 바라볼 필요가 있다. 뉴스에서 진원 깊이, 규모, 단층 종류 같은 정보가 나올 때, 그 배경에 있는 지구의 구조와 판의 움직임을 떠올리면 현상을 더 차분하게 이해할 수 있다. 지진의 원리를 알고 나면, 위험에 대한 대비도 보다 현실적으로 계획할 수 있다. 지구가 어떻게 숨 쉬고 움직이는지를 이해하는 일은, 같은 행성 위에서 살아가는 존재로서 스스로를 지키는 가장 기초적인 지식이 된다.