모든 사람을 위한 지진 이야기

칠레, 네팔, 일본을 덮친 대지진들
그리고 백두산 이상 징후 ...
슬금슬금 다가오는 지진 위기!
한반도에도 초거대 지진이 닥쳐올지 모른다!

1518년 7월 2일 갑자기 지진이 있었다. 소리가 우레와 같았으며 천지가 동요했다. 건물이 위로 오르고 흔들렸다. 마치 작은 거룻배가 풍랑을 따라 위아래로 흔들리며 장차 전복하려는 것 같았다. 사람과 말이 놀라 쓰러졌으며 이로 인해 기절하는 자가 많았다. 성과 건물이 무너져 내렸으며, 나란히 있던 항아리가 서로 부딪쳐 깨지는 경우가 이루 헤아릴 수 없었다. (지진이) 혹은 그치고 혹은 일어나 밤새도록 그치지 않았다. 사람들이 모두 빈 마당에 나가서 압사당하는 것을 피했다. 이로부터 이러한 형세가 점차 없어졌으나 지진이 없는 날이 없었다가 마침 내(그)달이 끝나서야 그쳤다. 팔로(八路)가 모두 그러했는데, 전에 없던 드문 이상한 일이었다.
-무인년 지진에 대한 김안로(金安老)의 글

조선 중기 중종 때의 문신이요 척신으로 유명한 김안로가 남긴 지진 기록이다. 한반도는 오랫동안 대규모 지진이 발생하지 않아 지진 안전 지대로 여겨져 왔다. 하지만 김안로의 기록에서 볼 수 있는 것처럼 한반도에서 언제, 어느 날 갑자기 지진이 일어나 엄청난 피해를 불러올 수 있다. 최근 칠레와 네팔을 강타한 지진이나 몇 년 전 일본과 중국에 엄청난 인명, 재산 피해를 입힌 지진과 쓰나미가 다른 나라의 일이 아니라 바로 우리나라의 일이 될 수 있는 것이다.
그래서 그런지 최근 백두산 이상 징후, 한반도 동남단 양산 단층과 울산 단층의 이상 활동 징후 등의 기사가 신문 지면에 오르내리고 있다. 지구 과학적, 지진학적 관심이 새삼 고조되고 있는 것이다. 그러나 현실에서는 유언비어에 가까운 낭설과 소문만이 인터넷을 떠돌고 있고 지구 과학과 지진학에 확고한 기초를 둔 과학적 발언은 관계 요로에서만 유통되고 있는 게 현실이다.
이런 상황에서 한국 최고의 지진학 권위자에게 한반도의 지진 위기에 대해 물어 보면 어떨까? 이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 이기화 서울대 명예 교수의 『모든 사람을 위한 지진 이야기?는 바로 잠재된 지각 변동의 공포 속에서 정확한 정보에 목말라 있는 사람들에게 해갈의 기회를 줄 수 있는 책이 될 것이다.
이기화 교수는 한국 과학계 지진학 박사 1호이다. 캐나다의 빅토리아 지구 물리학 연구소에서 연구를 했고, 1978년 홍성에서 규모 5.0의 지진이 일어나 홍성 읍성이 무너지는 등 당시 통화로 5억 원 상당의 대규모 피해가 발생한 해 서울대에 교수로 부임해 척박한 한국 지구 과학계에 지진학이라는 새로운 학문을 심었고, 크게 키워 낸 한국 지진학의 태두(泰斗)라고 할 수 있다.
이기화 교수는 지진파 분석으로 한반도 지각 구조를 정확하게 밝혀냈고, 한반도 남단 양산 지역의 단층인 양산 단층이 활성 단층임을 밝혀냈다. 심지어 양산 단층이 규모 7 이상의 지진을 발생시킬지도 모를 에너지를 축적하고 있을 가능성에 대해서도 심층 연구해 경부 고속 도로가 가로지르고 원자력 발전소가 설치되어 있으며 중화학 공업의 중심지가 모여 있는 한국 경제의 대동맥이자 심장인 울산, 포항, 양산, 부산 등지의 지진 안정성에 대한 연구를 개척해 낸 한국 과학계의 원로이기도 하다.
『모든 사람을 위한 지진 이야기』는 바로 이 이기화 교수가 평생에 걸친 연구 성과를 정리해서 대중에게 소개하기 위해 저술한 과학 교양서이다. 지진학 역사에서 분기점이 된 1906년 샌프란시스코 지진에서 이야기를 시작해 지진파, 지진 현상, 지진 재해 등 지진학과 관련된 거의 모든 문제를 거의 모든 독자를 위해서 알기 쉽게 소개하고 있다. 그리고 한반도에서 일어난 지진들을 삼국사기 등 역사 기록을 바탕으로 정리해 한반도에서의 지진 발생 가능성을 치밀하게 추적하고 있어 한반도 지진 안전성에 궁금증을 가진 많은 독자들에게 필요한 정보를 제공할 것이다.

한반도는 지진 안전 지대인가!?
한국 지진학의 최고 권위자가 밝혀 주는 지진의 비밀

지진은 도처에서 작은 진동으로 시작했다. ?? 그러자 파괴적인 격렬한 진동이 어떤 곳에서는 커다란 소리보다 오히려 먼저 다른 곳에는 조금 뒤에 엄청나게 밀려왔다. 그리고 갑자기 다시 작은 진동으로 사라졌다.
- 로버트 맬리트

"기원전 1831년에 태산이 흔들렸다." 이것은 인류 역사상 최초의 지진 기록이다.
- 「중국 지진 목록, 기원전 1831년부터 기원후 1969년까지」

암석이 먼저 견딜 수 있는 한계보다 더 큰 탄성 변형을 받지 않고 깨어지는 것은 불가능하다. 이러한 탄성 변형이 급격히 일어나는 방법은 폭파나 아니면 그 하부 지각의 일부에 급격히 물질이 제거되거나 또는 축적되는 경우뿐이다. 지진이 화산 활동과 연관되어 발생하지 않음으로 지구상의 많은 부분이 서서히 변형되고 있으며 인접 지역에서 변형의 차가 암석이 견딜 수 있는 탄성 변형의 한계를 초과할 때 암석이 깨어진다는 결론을 내릴 수 있다.
- 헤리 라이드

지진학은 지구에 관한 물리적 현상을 취급하는 지구 물리학의 중요한 분야로 지진과 이에 연관된 현상을 연구하는 학문이다. 지진학은 지진 기록을 정량적으로 분석할 수 있는 지진계가 개발된 19세기 말부터 과학으로서 면모를 갖추게 된 상대적으로 젊은 과학이다. 그러나 지난 세기에 지진학이 과학 전반에 기여한 바는 경이롭다고 할 수 있다.
인간이 접근할 수 없는 반지름 6,371킬로미터의 지구 내부가 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구성되어 있음은 전적으로 지진파의 분석을 밝혀졌다. 또 20세기 지구 과학에 혁명을 불러온 판구조론도 지진학적 증거가 없었다면 정립될 수 없었을 것이다. 지진을 일으키는 단층 운동과 그 원인이 되는 지구조력의 작용도 지진파의 분석으로 규명할 수 있다. 이것은 지진학의 순수 과학적 측면이다.
응용적인 측면에서는 지각 상층부의 구조를 정밀하게 조사하여 석유 등 주요 지하 자원을 탐사하는 데 지진학이 절대적인 기여를 한다. 또 지진 활동과 지반 진동에 대한 연구는 공학자들로 하여금 각종 건조물들이 지진에 견딜 수 있도록 설계하는 내진 설계에 기본 자료를 제공한다. 전 세계가 지진의 공포로 뒤덮여 있는 지금, 지진학은 머나먼 나라의 이야기가 아니라 생존을 위한 우리의 필수 과학 교양인 것이다.
이기화 서울대 명예 교수의 이 책, 『모든 사람을 위한 지진학 이야기』는 순수 과학적으로서 놀라운 가치를 가지고 있을 뿐만 아니라, 응용 과학적으로도 무궁한 잠재력을 감추고 있는 지진학의 전모를 소개한다.
1906년 샌프란시스코 지진과 1960년 칠레 지진에 대한 연구로 본격화된 지진학의 역사뿐만 아니라 지진 발생 메커니즘을 밝혀내기 위한 지진학자들의 부단한 연구 과정, 그리고 지진학의 연구 성과를 응용해 지구의 내부 구조가 맨틀, 외핵, 내핵으로 이루어져 있음을 알아내기까지의 과정이 흥미진진하게 기술되어 있다. 또한 20세기에 일어난 과학 혁명 중 가장 놀란 것이었던 베게너의 대륙 이동설이 지진학과 얼마나 밀접하게 얽혀 있는지를 소상하게 소개하고 있다.
또한 많은 사람들이 관심을 가지고 있는 지진 예지, 또는 지진 예방의 연구에 대한 역사도 상세하게 소개하고 있다. 핵실험을 통해 인공 지진을 유발함으로써 지진 예지 기술을 연구했던 미국과 소련, 다양한 동물들의 본능까지 지진 예지에 응용했던 중국의 지진 예지 연구, 19세기 근대화 초기부터 치밀하게 연구 성과를 축적해 온 일본의 지진 예지 연구 등 다양한 지진 예지 연구의 성공과 좌절의 역사를 설명하고 있다.
지진학의 역사는 지구 구석구석을 남김없이 탐사한 것만으로는 모자란 듯 인간을 달에 보내고, 초대형 가속기로 대폭발 직후, 우주 창세의 비밀을 밝혀내고, 지구 표면을 송두리째 변형시키고 있는 인류가 자신의 발밑에서 어떤 힘이 꿈틀거리고 있는지 전혀 모르고 있음을 보여 주는 생생한 역사이기도 한 것이다.

아인슈타인은 "조물주의 뜻은 헤아릴 수 없지만, 나쁜 의도를 가진 것은 아니다."라고 이야기했다. 조물주의 뜻은 헤아릴 수 없을지도 모르지만, 우리는 지진의 원인과 발생 메커니즘은 헤아릴 수 있다. 어마어마한 파괴 에너지를 일시에 방출하는 지진을 막을 수 없을지도 모르지만, 언젠가 우리는 예측할 수도 있을 것이다. 지진학 같은 순수 과학에 대한 관심은 장래 있을지도 모르는 재해를 대비하는 데 어떤 형태로든 도움이 될 것이고, 현재 우리 발밑에서 일어나고 있는 물리적 과정을 조물주의 도움 없이도 정확하게 이해하는 데 나름의 역할을 할 것이다.
이기화 교수는 어린 학생들과 젊은 학생들이 지진학에 더 많은 관심을 가지도록 하기 위해서 이 책을 저술했다. 지진학의 역사, 지진학의 기본 원리, 한반도의 지진 문제를 이야기 식으로 풀어 썼을 뿐만 아니라 지진학의 핵심적인 원리를 「보론 지진의 물리학 특강」의 형식으로 별도 코너를 만들어 소개하고 있을 뿐만 아니라, 세계 역사에서 중요한 역할을 한 지진들의 기록과 한반도의 지각 구조를 분석하는 데 중요한 역할을 한 한반도의 역사 지진 기록과 근대 이후 지진계 등에 기록된 계기 지진 목록을 표로 만들어 「부록 표로 보는 지진의 역사」으로 첨부해 두었다. 앞으로의 지진학 연구에 필수적인 지침 역할을 할 자료들인 것이다.

누구도 해 주지 않았지만 한국인이라면
반드시 알아야 할 지진 이야기

일생의 가장 중요한 문제들은, 대부분의 경우, 실제로 확률의 문제일 뿐이다.
- 마르키 드 라플라스

지진들이, 크든 작든, 어떤 지역에서는 자주 발생하고 다른 지역에서는 드물게 발생하는 것은 잘 알려져 있다. 세계 각기 다른 지역에서 지진 발생 빈도를 정확히 나타내는 것은 여러 가지 목적으로 필요하다.
- 존 밀른

우리나라는 지난 1970년대 이후 급속한 산업화로 국가 경제의 규모가 급팽창하면서 원자력 발전소, 대규모 댐, 철도, 교량 등 주요 산업 구조물과 도시 내 고층 건물들이 급증하였다. 앞으로 한반도에서 대규모 지진이 발생할 경우 막대한 재산 피해와 인명 피해를 불러올 수 있다. 이러한 맥락에서 일반 대중을 위한 적절한 지진학 입문서의 저술은 국내 지진학계의 더 이상 미룰 수 없는 과제라고 생각되었다. 지진 재난에 대한 가장 합리적인 대책은 지진에 대한 국민의 지식과 이해를 증진시키는 것이기 때문이다. 이 책은 그러한 취지에서 저술되었다. -저자 서문에서

그러나 지진은 먼 나라나 이웃 나라의 이야기가 아니다. 사실 한반도 역시 지진 안전 지대가 아닐지도 모른다. 앞에서 인용한 김안로의 기록뿐만 아니라 『삼국사기』, 『삼국유사』, 『고려사』, 『조선왕조실록』에도 곳곳에서 지진 발생 기록이 나온다. 근대와 일제 강점기, 그리고 최근까지도 한반도와 그 주변 해역에서 규모 5 전후의 지진이 꾸준히 발생하고 있다.
지진학 분석에 따르면 규모가 1씩 늘 때마다 지진의 파괴 에너지도 10배씩 커지고 발생 간격도 1,000년씩 커지므로 한반도에서 규모 7 이상의 지진이 일어나기 힘들다고 하지만, 완벽하게 안전한 것은 아니다. 중생대에 일어난 대규모 지각 운동으로 형성된 한반도 곳곳에는 대규모 활성 단층이 숨어 있기 때문이다. 그중 대표적인 활성 단층이 경상북도와 경상남도를 가로지는 양산 단층이다.
1978년 홍성 지진 발생 직전 서울대에 부임한 이 책의 저자 이기화 교수는 지진파 분석으로 한반도 지각 구조를 사상 처음으로 밝혀내고, 한반도 지각 구조 형성의 지질학적 역사 역시 분석해 냈다. 홍성 지진으로 홍주 읍성이 무너지고 홍성의 시설과 건물이 파괴되는 등 실제 피해가 발생하자 한반도 지진 안전성에 대한 사회적 문제 의식이 높아졌다.
이기화 교수는 트렌치 조상 등의 지진학 연구 기법으로 한반도에 존재하는 지질 구조를 조사했고, 1983년 양산 단층이 활성 단층임을, 제4기(지질학적 시대 구분 단위로 258만 8000년 전부터 현재까지의 시기를 말한다.) 이후 지진 활동이 일어난 적이 있는 단층임을 발견해 냈다. 그리고 『삼국사기』 같은 역사 기록 속에 나온 지진들의 진도를 기록을 통해 추정하고, 양산 단층 지역에서 발생하고 있는 미소 지진(규모 3.0 이하의 지진)들의 발생 빈도 등을 분석해 총 연장 170킬로미터에 이르는 양산 단층이 한 번에 깨어질 경우 포항, 울산, 부산이 걸쳐 있는 양산 단층 일대에서 규모 7.8의 지진이 발생할 수 있다고 예측했다.
원자력 발전소와 초대형 제철소를 포함해 대규모 산업 단지와 고속 도로 등의 교통망이 밀집해 있으며 최대 600만 명의 인구가 모여 살고 있는 이 지역에서 규모 7.8의 대규모 지진이 발생할 경우 한국 사회가 입을 피해는 상상을 불허할 정도이다. 이기화 교수의 연구는 당연히 한국 지식 사회는 물론이고 재계와 정계, 그리고 관계의 뜨거운 관심을 불러일으켰고, 치열한 논쟁으로 이어졌다. 이어진 논쟁과 연구 조사 결과 이기화 교수의 주장대로 양산 단층이 활성 단층임이 분명해졌고, 대규모 지진을 발생시킬 수 있는 잠재력을 가진 지질학적 구조임도 명확해졌다.
그러나 다행히도 이기화 교수 등의 후속 연구를 통해 양산 단층이 세 구역으로 분할되어 있어 양산 단층 전체가 한 번에 깨어지는 일은 거의 일어날 수 없음이 밝혀졌다. 현재 학계에서는 규모 7.8 정도의 대규모 지진이 양산 단층 지역(울산 단층 포함)에서 발생할 가능성을 상당히 낮게 보고 있다. 그러나 지금도 이 지역에 건설되어 있는 원자력 발전소나 방사선 폐기물 처리장의 개폐를 둘러싸고 논쟁이 벌어질 때마다 이 문제가 재론되고 있다.
이 활성 단층 연구의 당사자이자 최고 권위자라 할 수 있는 이기화 교수는 이 치열한 논쟁적 연구의 과정을 이 책에서 담담하게, 그리고 치밀하게 기록하고 있다. 원자력 발전소 안정성과 지진 문제에 대해 논의하기 전에 반드시 읽어야만 하는 기록인 셈이다.

책을 시작하며 7

1장 | 지진학의 역사를 바꾼 두 번의 지진
1906년 샌프란시스코 지진과 1960년 칠레 지진 17

2장 | 지진이 일어날 때
지진 발생 시 일어나는 특이 현상들 39

3장 | 갈라진 대지의 틈
지진 발생 메커니즘 55

4장 | 대륙은 맨틀 위에 떠 있는 판
지진과 판구조론 75

5장 | 지진파의 파동 속에서
지진계와 지진의 관측 101

6장 | 양파 같은 지구
지진파가 밝혀낸 지구 내부 구조 모형 125

7장 | 지진의 크기는 어떻게 정할까
진도, 규모, 에너지 153

8장 | 끊임없이 꿈틀거리는 지구
전 세계의 지진 활동 169

9장 | 한반도는 안전한가
한반도의 지각 구조와 지진 활동 183

10장 | 숨겨진 지진원
한반도의 활성 단층 211

11장 | 지진은 예지할 수 있는가
지진 예지의 세계 227

12장 | 만약에 지진이 일어난다면
지진 재해 대응 249

보론 지진의 물리학 특강
1. 단층면해 271
2. 지진파의 속도 274
3. 지진파 도달 시간과 진앙 거리 277
4. 스넬의 법칙 279
5. 주시 곡선과 지구 내부 구조 281
6. 표면파 분산 분석 286
7. 지진 모멘트 290
8. 규모-빈도 관계식 292

부록 표로 보는 지진의 역사
1. 세계 주요 지진 297
2. 한반도 주요 역사 지진 303
3. 한반도 주요 계기 지진 307

참고 문헌 310 / 용어 해설 312 / 찾아보기 314 / 도판 저작권 319

이기화 저자 이기화는 1963년에 서울대학교 문리과대학 물리학과를 졸업하고 미국 피츠버그 대학교 대학원에서 박사 학위를 받았다. 1975년부터 1977년까지 캐나다 빅토리아 지구 물리학 연구소(Canada Victoria Geophysical Observatory) 연구원으로 재직했고, 1978년부터 2006년까지 서울대학교 교수로 재직했다. 현재 서울대학교 명예 교수이다.
1978년에 일어난 홍성 지진 이후 관심이 커진 첨단 지진학 연구 성과를 활용해 한반도의 지각 구조를 해명하고, 원자력 발전소 등 한국의 기반 산업 시설이 몰려 있는 양산 단층이 활성 단층임을 발견하는 등 한국 지진학의 역사를 이끌어 온 선구자이자산증인이다. 대한지구물리학회 1, 2대 회장, 명예 회장 등을 역임했고, 현재 한국지구물리·물리탐사학회 명예 회장이다. 과학기술부 장관상, 3·1 문화상 학술상 등을 수상했다. 저서로는 『한국의 지질학(Geology of Korea)』(공저), 『한국의 제4기 환경』(공저) 등을 저술했다.