풍계리 핵실험의 인공 지진파와 자연 지진파

종파 P파가 횡파 S파보다 우세

저주파 음파로 먼 곳까지 감지

세계 각지에서 실험 지진 감지

자연 지진, 

S파가 큰 진폭으로 관측

지진 세기가 미약한 경우

'공중 음파' 발생 여부로도 확인

지진의 규모, 매그니튜드(Magnitude) 

지진 에너지의 크기를 숫자로 나타낸 것으로 약자는 M으로 사용한다. M이 1증가하면 에너지는 30배가 되고, 2 증가하면 에너지는 30x30배가 된다. 예를 들어 M 8.5 정도가 되면 지구상에서 일어나는 최대급의 지진이라 할 수 있는데, 이 에너지는 10만 kw발전소가 약 100년 걸려서 발전하는 전력에 상당한다. M6정도라도 일본 히로시마에 투하된 원자폭탄과 같은 에너지이다. 이번에 풍계리 핵실험의 지진 규모는 지역에 따라서 M 4.8~5.1이 측정됐다. 

진도(震度, Seismic Intensity)

0-7까지 8단계로 나누어 발표하지만, 진도를 정할 장소에서 계기를 사용해 재는 것이 아니고 몸으로 느낀 동요의 강도, 물체의 흔들림 정도, 피해 상황에 따라 판단하는 것이다

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    6일 오전 북한 함경북도 풍계리 핵실험장 인근에서 발생한 인공지진은 지진파의 특성이 자연지진과 확연히 다른 것으로 나타났다.

이날 일어난 지진은 제주도 오등동에 있는 관측소에서도 오전 10시 33분~35분까지 진동이 감지됐으며, 유럽지중해지진센터(EMSC)와 미국지질조사국(USGS), 중국지진센터 등은 인공지진의 규모가 5.1에 이른다고 밝혔다.

핵실험으로 인한 인공지진은 자연지진과 달리 초동(초기 진동)이 압축적으로 나타나고 횡파인 S파에 비해 종파인 P파가 우세한 것이 특징이다. 반대로 자연지진은 축적된 에너지가 단층 운동으로 방출되기 때문에 진폭이 큰 S파가 큰 진폭으로 관측된다.

핵실험이 진행될 때 이 같은 지진이 발생하는 이유는 핵폭발로 발생한 에너지 중 약 1% 이하의 에너지가 탄성 에너지로 변하며 지진파 형태로 빠르게 퍼져나가기 때문이다. 지진파의 속도는 지구 내부 물성에 따라 좌우되지만 3~7㎞/s로 빠르게 퍼져나간다. 지진이 발생한지 얼마 되지 않아 제주도는 물론 세계 각지 관측소에서 지진 발생 여부를 알아낸 것도 이 때문이다.

 

여러 지진관측소에서 탐지한 지진파의 도달시간 정보를 종합하면 핵실험 발생위치를 역으로 계산할 수 있다. 이론적으로는 지진파 도달시간으로부터 핵실험 발생위치와 시간을 정확히 계산할 수 있으나, 현실적으로는 지진파의 전달 속도에 영향을 미치는 지구의 구조를 정확히 알지 못하기 때문에 어느 정도 오차가 발생한다.

하지만 지진의 세기가 미약할 경우 P파와 S파를 이용한 구분이 어려울 수 있다. 이럴 때는 ‘공중음파’가 명확한 핵실험의 증거가 될 수 있다. 공중음파는 지진의 세기가 미약한 중소규모의 자연지진에서는 나타나지 않기 때문이다.

자연지진과 달리 지하에서 일어난 핵폭발은 대기 중으로 압력변화를 급격하게 일으켜 20㎐ 이하의 저주파 음파를 만들어낸다. 귀로는 들을 수 없는 저음의 소리이지만 저주파수 특성상 전파 과정에서 에너지 감쇠가 잘 일어나지 않기 때문에 아주 먼 거리까지도 전파될 수 있다.

 

1883년 인도네시아 크라카토아 화산폭발, 1908년 시베리아 운석폭발, 2013년 러시아 운석폭발 등 자연현상에서 발생한 공중음파가 전 세계 기압계에서 관측된 사례는 공중음파의 장거리 전파특성을 보여주는 예다.

동아사이언스 이우상 기자 idol@donga.com

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