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대서양 해저 능선에서 센서 네트워크로 입증.
균열의 전파 방향이 완전히 바뀌고 암석에서 초음속으로 가속되기도 한다.

바위 속의 초음속
지진 학자들이 단층이 깨질 때 방향과 속도의 비정상적인 변화를 관찰했다.

예상보다 더 역동적인 지진 파동은 암석에서 직선으로 전파될 뿐만 아니라 방향을 반전시킬 수도 있고 초음속으로 가속할 수도 있다. 이는 중앙 대서양 능선(Mid-Atlantic Ridge)의 해저 센서 네트워크에서 측정한 결과로 입증되었다.

이전에는 이론적으로만 예측되었던 이러한 방향과 속도 변화는 지진을 더 위험하게 만들 수 있으며 이제는 예측 및 모델에서 더욱 강력하게 고려되어야 한다고 전문 저널 "Nature Geoscience"의 연구자들이 설명했다. 

▲ Mid-Atlantic Ridge의 Romanche 단층은 지진으로 특이한 방식으로 파열되었다. © University of Kiel / Andreas Steinberg

샌프란시스코, 도쿄 또는 이스탄불 여부 :
세계의 일부 대도시 지역은 심각한 지진으로 위협을 받고 있기 때문에 문자 그대로 비상탈출 좌석(비행기 조종사가 비상시 탈출)에 앉아 있다. 가능한 한 정확하게 지진 전후 단층의 행동을 아는 것이 더욱 중요하다. 임페리얼 칼리지 런던 (Imperial College London)의 스테펜 힉스(Stephen Hicks)와 그의 동료들은 “어떻게 지진 균열이 암석에 퍼지는가는 잠재적으로 파괴적인 지하 진동에 큰 영향을 미친다”고 설명했다.

센서 네트워크는 지진의 역학을 보여준다.

문제는 많은 단층이 복잡하고 서로 얽혀있어서 지진 학자가 그러한 위치에서 지진 역학을 거의 해석할 수 없다는 것이다. 어찌하든 측정치가 이미 초 전단 현상을 나타내는 몇 가지 경우가 있다. 분열이 유발한 전단파보다 측면으로 빠르게 진행된다. 이로 인해 파동이 중첩돼 특별히 치명적인 피해를 입을 수 있다.

▲ Romanche Furrow 또는 Romanche Gap이라고도 불리는 Romanche Trench는 푸에르토 리코 해구와 South Sandwich Trench 다음으로 대서양의 주요 참호 중 세 번째로 깊은 곳이다. 적도 바로 북쪽의 대서양 중부 능선 (MAR)을 브라질과 서 아프리카 사이의 대서양에서 가장 좁은 부분에서 양분하며, 2 ° N에서 2 ° S, 16 ° W에서 20 ° W로 확장된다. 트렌치는 Romanche Fracture Zone의 활동에 의해 형성되었다. 그 일부는 Mid-Atlantic Ridge의 지각판이 화살표 방향으로 이동한다. 1883년 10월 11일 참호를 드러내는 소리를내는 선장 Louis-Ferdinand Martial이 지휘한 프랑스 해군함 La Romanche의 이름을 따서 명명되었다. 배는 최초의 국제 극지 해의 일부인 케이프 혼 근처에서 몇 달 동안 과학적 임무를 수행 한 후 프랑스로 왔다.

Mid-Atlantic Ridge의 지진은 파열이 얼마나 빨리 일어날 수 있는지와 그것이 발생할 수 있는 비정상적인 역학을 보여준다. 2016년 8월, 920km의 로망세-변환구역(Romanche Transform Zone)의 동쪽 끝에 진도 7.1의 지진이 발생했다.
해저 센서 네트워크는 지하 프로세스를 기록하고 Hicks와 그의 팀이 보다 자세한 분석을 수행할 수 있도록 했다.

암석에서 방향 변경

지진계 데이터는 특이한 것을 보여주었다.
암석의 균열이 처음에 초당 약 1km의 느린 속도로 동쪽으로 전파된 후 두 번째 단계에서 갑작스러운 변화가 이어졌다. “데이터를 바탕으로 균열의 전파방향이 완전히 바뀐다는 것을 처음으로 관찰할 수 있었다”고 Kiel 대학의 공동 저자 헨리떼 주드하우스(Henriette Sudhaus)가 보고했다.

▲ 음속을 통과하는 모습. McDonnell Douglas F/A-18 Hornet

균열은 이제 서쪽으로 퍼지고 속도가 빨라졌다.
암석에서의 이러한 방향 변화는 지금까지 이론적으로 설명되었지만 명확한 관찰은 없었다.
연구자들은 이러한 반전이 특히 넓은 단층 영역이나 그러한 영역에서 여러 단층 분기가 있을 때 가능하다고 추측한다.

지하의 초음속 원뿔

이 Romanche 지진의 또 다른 특징은 방향을 바꾼 후 암석의 균열이 초당 4~6km로 퍼졌다. 이를 통해 균열은 수퍼 전단 속도에 도달하고 이전에 생성된 더 느린 전단파를 추월했다.
이것은 지하에 일종의 초음속 원뿔을 만드는 오버레이로 이어졌다.

이 '마하 콘(Mach Cone, 뾰족한 물체가 음속 이상의 속도로 대기를 이동할 때 발생하는 원뿔모양의 충격파)'은 지진계 데이터에서 볼 수 있다.

두 가지 현상, 방향 변경 및 오버 슈트 속도는 함께 지진의 파괴력을 크게 증가 시킬 수 있는 비정상적이고 위험한 혼합을 형성한다. 그러나 지금까지 Hicks와 그의 팀이 설명하는 것처럼 현재 모델에서는 이를 고려하지 않았다.
연구진은 “역 균열 전파 가능성은 파괴 시뮬레이션에 거의 없으며 위험 평가에도 포함되지 않는다”고 말했다. 이러한 프로세스를 보다 면밀히 조사하고 향후 고려하는 것이 더욱 중요하다. (Nature Geoscience, 2020; doi : 10.1038 / s41561-020-0619-9)

출처 : Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

[더사이언스플러스] "Green Soul, Beautiful Science" 

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