지구의 심부에서 일어나는 “모르는 지진”의 세계지도가 처음으로 완성

지구의 맨틀에서 발생하는 드문 지진의 분포를, 이 정도 스탠포드 대학의 연구자들이 처음으로 전구 맵으로서 체계적으로 나타냈다. 지진 발생 메커니즘의 근본적인 해명을 향한 새로운 단서가 될지도 모른다.

 

지진은 지구의 지각에서의 변형이 단층으로 해방되는 것으로 일어난다는 것이 오랜 상식이었다. 그런데 최근, 지각의 한층 더 심부에 퍼지는 맨틀 중에서도 지진이 발생하고 있는 것이 조금씩 밝혀지고 있다. 이 맨틀 지진에 대해 세계적인 분포를 처음으로 체계적으로 나타낸 맵이 이렇게 완성되었다 .

 

“대륙의 맨틀 지진이 실제로 일어나고 있는 장소나 빈도는 지금까지는 분명히 알지 못했습니다 . "이 새로운 데이터 세트를 통해 맨틀 지진이 발생하는 메커니즘을 다양한 각도에서 찾을 수 있습니다."

원 등의 연구팀은 1990년 이후에 발생한 459건의 대륙 맨틀 지진을 독자적인 지진파 해석 방법을 이용하여 특정했다. 그 분포를 지도상에 그려낸 결과 남아시아의 히말라야 산맥 지하와 북극권 남쪽에 위치한 베링 해협 부근에 특히 밀집한 집중역이 있는 것으로 나타났다고 한다. 이 전구 맵은 지금까지 단편적으로 밖에 포착되지 않았던 맨틀 지진의 연구에 확실한 출발점을 가져다주는 것이다.

 

경계면 위아래로 다른 지진

지구의 내부 구조를 이해하는 데 빼놓을 수 없는 것이 ‘모호로비치치 불연속면(모호면)’이라는 개념이다. 이것은 차갑고 부서지기 쉬운 성격을 지닌 지각과 그 아래에 퍼지는 고온의 고밀도 맨틀 경계를 나타냅니다. 맨틀은 지구 내부의 대부분을 차지하는 두꺼운 암석층으로, 그 깊이는 2,900km 정도에 이른다. 화산의 마그마를 낳는 것과 동시에, 플레이트의 운동을 구동하는 역할의 일단을 담당하고 있다.

 

대륙에서 지진의 대부분은 지표에서 약 10-30km의 깊이, 즉 모호 표면 위의 지각 내에서 발생합니다. 예외는 가라앉는 대역으로, 무거운 해양 플레이트가 가벼운 대륙 플레이트 아래에 잠입할 때 수백 킬로미터의 심발 지진이 일어날 수 있다. 그러나 이와는 별도로 침몰대에서 멀리 떨어진 대륙의 지하, 모호면보다 약 80km(50마일) 이상 깊은 장소에 기원을 가진 지진이 지진계에 포착될 수도 있다.

지난 10년간 맨틀 지진의 증거는 쌓여 왔지만 실제로 확인하는 것은 결코 쉽지 않았다. 그 발생 빈도가 지각 지진의 약 100분의 1로 추정되는 데다가 원격지에서의 관측 데이터가 불충분했기 때문이다. 관측기술의 제약도 겹쳐 '정말 맨틀에서 지진이 일어나고 있는가'라는 근본적인 의문이 연구자들 사이에 오랫동안 해결되지 않고 있었다.

"지진은 단층에서 왜곡이 해방되는 것으로 일어날 것으로 생각되고 있습니다만, 특정 장소에서 지진이 일어나는 이유나 근본적인 메커니즘은 아직 충분히 파악되지 않았습니다. "「맨틀 지진은, 통상의 지각 지진을 넘은 지구 내부의 구조를 탐색하기 위한 새로운 어프로치를 가져옵니다」

 

지진파가 말하는 진원의 깊이

맨틀 지진과 지각 지진을 확실히 구별하기 위해, 원과 클렌펠러는 2종류의 지진파를 비교하는 수법을 독자적으로 개발했다. 하나는 맨틀 최상부의 「리드」라고 불리는 층을 전해주는 「Sn파(리드파)」, 다른 하나는 지각을 효율적으로 전파하는 고주파 진동의 「Lg파」이다.

 

지진이 발생하면 이 두 종류의 파도는 각각 다른 경로로 지구 내부로 퍼져 간다. 그 에너지비를 측정함으로써 진원이 지각과 맨틀 어느 쪽에 있는지를 판정할 수 있다는 구조다.

연구팀은 이번 세계 각지의 지진 관측망에서 얻은 46,000건 이상의 데이터를 해석하고 지각 두께 등의 정보도 가미한 데다 459건의 대륙 맨틀 지진을 특정했다. 다만 히말라야 산맥 북측 티베트 고원 등 관측망이 수박한 원격지에서 데이터가 충실하면 이 숫자는 더욱 늘어날 가능성이 높다고 연구자들은 지적하고 있다.

맨틀 지진의 검출 방법이 확립되어 카탈로그가 충실한 지금, 앞으로는 이러한 드문 지진을 일으키는 트리거의 해명에 나설 예정이라고 한다. 지각 지진으로부터 전해진 지진파가 방아쇠가 되어 여진으로서 발생하는 케이스나, 침몰한 지각 슬라브가 맨틀 내의 열 대류(열에 의해 물질이 순환하는 현상)에 의해 움직여 일어나는 케이스가 생각된다.

이번에 확인된 대륙 맨틀 지진은 지표에 도달할 때까지 감쇠하기 때문에 지상에서의 흔들림이나 피해를 일으키는 일은 거의 없다. 그러나, 그 발생 장소나 거동을 해명할 수 있으면, 일상적으로 위험을 수반하는 얕은 지진의 메카니즘을 이해하는 단서가 될 수 있다.

 

"대륙 맨틀 지진은 지각과 상부 맨틀 모두에서 발생하는 지진 사이클의 일부일 수 있습니다."라고 원은 말한다. "이러한 계층이 하나의 시스템으로 작동하는 방식을 이해하고 싶습니다."

지구의 심부에서만 들리는 목소리에 연구자들은 듣기 시작한 곳이다.