[EUREKA] 美 듀크대학, 지진 예측하는 새로운 계산 모델 개발
수정일 2020년 02월 19일 수요일
등록일 2020년 02월 19일 수요일
암석을 통해 지표면 밑에서 발생하는 일을 예측하는 모델이 개발됐다(사진=위키미디어 커먼스)
 

지진을 예측할 수 있는 획기적인 모델이 개발돼 기대를 모은다. 여러 유형의 암석에서 지진의 초기 기계적 행동을 예측하는 방식이다.

미국 듀크대학 엔지니어들이 개발한 이번 모델은 지표면 아래에서 지진이 어떻게 시작되느냐에 바탕을 두고 있다. 보이지 않는 마찰 강하를 통해 지진을 예측한다. 연구는 학술지 네이처 커뮤니케이션에 발표됐다.

미국지질조사국에 따르면, 기상 시스템과 달리 지진을 예측할 수 있는 과학적인 방법은 아직 개발되지 않았다. 임박한 지진을 정확하게 예측할 방법도 없다. 다만 지질학자와 전문가들이 할 수 있는 최선의 방법은 지진 가능성을 파악하는 것이다. 과학적 자료를 통해 곧 다가올 지진의 확률 정도를 계산하는 것이다. 지진 징후가 지표에서 발견되지 않더라도, 미리 대중에게 경고할 수는 있다.

과학으로 단일 지진을 예측하지 못하는 이유는 시간과 위치, 규모라는 3가지 요소가 규정돼있기 때문이다. 어떤 장치나 기구도 지진이 발생하기 전에 정확한 날짜나 시간, 위치 및 크기 등에 대한 자료를 제공할 수 없다. 대부분 예측은 대략적인 추정치인 데다 특정 국가의 어떤 지역 혹은 특정한 달의 어느 시점 등에 국한된다.

기상학자의 경우 정보를 수집할 시간이 충분해, 허리케인 같은 기상 시스템을 예측할 수 있다. 보통 허리케인은 저기압 지역으로 시작해 이동 패턴을 보이는데, 전문가들은 대기 조건을 이용해 폭풍이 닥칠 위치와 강도를 예측할 수 있다.

이런 가운데 듀크대학팀은 새로운 계산 모델을 개발, 지표면 밑에서 벌어지는 초기의 기계적인 행동으로 지진을 예측할 수 있도록 했다. 여러 종류의 암석에서 작업을 수행해 인간이 지하에서 관찰할 수 없는 현상을 파악할 수 있도록 한 것이다.

듀크대학 토목 및 환경공학 연구원 아드리앙 라테즈는 "지진은 지하 깊은 곳의 단층선을 따라 발생한다"며, “극한 조건이 화학반응과 위상전이를 일으켜 서로 충돌할 때 암석 사이의 마찰에 영향을 미친다”고 설명했다. 

모델은 최소 30년간 연구자들이 활용했던 실험을 기반으로 개발됐다. 30년 전 당시 지진을 시뮬레이션한 기계는 두 개의 암반 디스크의 밀림과 비틀림 현상을 학습하도록 설계됐다. 기계의 압력은 평방인치당 최대 1,450파운드에 이를 수 있다. 압력은 태평양 지각판의 초당  0.00000000073m의 지질 기준보다 더 빠른 초당 1m의 속도로 이동할 수 있다. 다만 이 같은 고압으로 인해 암반 디스크가 녹아버리는 경향이 강했다.

한 쌍의 암반 디스크가 서로 밀리기 시작하면 마찰을 가하면서 충돌한다. 암석 중 하나가 마찰력을 잃어버리면 저항도 사라지면서 갑작스러운 움직임이나 지진이 발생하게 된다. 이것이 마찰 강하다. 듀크대학의 모델은 마찰 강하를 추적하기 위해 결함 이동 중 동시에 발생하는 모든 복잡한 기계적 프로세스의 에너지 균형을 고려하게 된다.

연구팀은 먼저 암반 디스크의 연삭 실험을 여러 번 진행했다. 다음으로 모든 종류의 암석 약화에 대한 열의 영향력을 통합시켰는데, 광물 분해나 나노입자 윤활, 암석 용해 등이 이러한 영향에 해당된다. 이후엔 모델을 적용해 기계적 거동과 마찰 강하를 분석했고, 마지막으로 마찰 손실을 예측하기 위한 계산을 수행했다.

그 결과, 계산 모델은 전체 결함 속도 범위에서 마찰 강하를 정확하게 예측했다. 시뮬레이션에서 설정된 모든 유형의 암석에서도 마찰 강하를 정확하게 예측했다. 이는 대부분 시나리오에 적용하는 데 무리가 없다는 것을 보여준다. 

보험정보연구소는 전 세계가 지진을 예측할 수 있는 효과적인 도구가 필요하다고 설명했다. 1980~2018년, 지진으로 가장 큰 피해를 입은 국가는 일본이다. 

지난 2018년 일본에서는 두 번의 강력한 지진이 발생했는데, 첫 번째 지진은 17억 달러(2조 228억 원) 이상의 피해를, 그리고 두 번째는 9억 3,500만 달러(1조 1,123억 6,950만 원)의 피해를 초래했다. 미국 역시 7.0 규모의 강진으로 1억 5,000만 달러(1,784억 5,500만 원) 이상의 피해를 입었다.

2017년에는 멕시코에서 2주가 안 되는 간격으로 두 차례 강력한 지진이 발생했다. 9월 19일 발생한 첫 번째 지진으로 최소 216명이 사망했으며, 두 번째 지진은 90명의 목숨을 앗아갔다.

이택경 기자 ra@gmail.com
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