지진, 경고 신호가 있다!
GPS 분석으로 강력한 떨림 직전 변위의 미묘한 증가 확인

지금까지 지진은 예측할 수 없는 것으로 간주되었지만, 이제 연구자들은 가능한 조기 경고 신호를 식별했다. 전 세계적으로 100건의 강력한 지진에 대한 GPS 측정 데이터가 제안한 것처럼 지진이 발생하기 약 2시간 전에 진원 아래에서 미묘하지만, 기하급수적으로 변위가 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나 이 조기 경고 신호는 너무 약해서 지금까지 개별 위험 영역에 대해 거의 측정할 수 없었다. 연구팀이 사이언스에 보고한 것처럼 이제 더 나은 측정 네트워크로 변경될 수 있다. 

▲ 지금까지 지진이 언제 어디서 발생할지 예측할 수 없었다. 명확하게 측정 가능한 징후가 부족했다. pixabay

전 세계적으로 백만 명이 넘는 인구가 거주하는 많은 도시는 심각한 지진 위험에 처한 것으로 간주된다. 이스탄불, 로스엔젤레스 그리고 샌프란시스토 등의 도시들은 강한 지진으로 방출될 위험이 있다. 억눌린 긴장이 있는 활동적인 지각 단층에 직접 놓여 있다. 그러나 이것이 정확히 언제, 어느 시점에 일어날지는 불분명하다. 하층토의 장력에서 파쇄대 상호 작용, 장거리 지진 효과에 이르기까지 다양한 요인이 이러한 가능성에 영향을 미치기 때문이다. 따라서 지금까지 지진은 예측할 수 없는 것으로 간주되었다.

이것은 바뀔 수 있다. "지난 10년 동안 강한 지진이 단층에서 지진 운동의 느린 단계로 시작된다는 가정에 대한 지지가 증가했으며, 이는 증가된 마이크로 지진과 관련이 있다"고 코트다쥐르 대학의 Quentin Bletery와 Jean-Mathieu Nocquet는 설명했다. 암석이 부서지기 직전에 인접한 판의 가장자리가 서로 천천히 이동하여 최악의 상황이 발생하기 며칠에서 몇 시간 전에 미세 지진이 증가한다. 그러나 실제로는 식별하기가 매우 어렵다. 지금까지 지진학자들은 몇몇 강한 지진에서만 눈에 띄는 흔들림을 감지할 수 있었다. "느린 내진 변화와 관련된 미시 지진은 다른 시간에도 발생하며 대부분 경우 강한 지진이 따르지 않는다"고 연구원은 보고했다. 따라서 단층을 따라 지속적으로 약한 흔들림에서 실제 경고 신호를 읽는 것은 거의 불가능하다.

GPS 측정은 움직임 추세를 보여준다

Bletery와 Nocquet는 이제 이 조기 경고 단계의 대체 지표를 찾기 위해 글로벌 데이터 세트로 전환했다. 여기에는 진도 7 이상의 강력한 지진 약 90건의 GPS 측정 데이터가 포함됐다. 영향을 받는 단층을 따라 5분 간격으로 GPS 센서에서 데이터를 수집했다. 연구원들은 3천 개가 넘는 GPS 센서의 데이터를 사용하여 해당 지진이 발생한 지난 48시간 동안의 경향과 이상 현상을 찾았다. 언뜻 보기에 명확한 징후는 식별되지 않았지만 약간의 경향이 있었다. "지진 전 2시간 동안 모든 이벤트의 종합 평가는 긍정적인 추세를 보여준다"고 팀은 보고했다. 지진의 최종 초점 영역의 수평 이동은 이벤트 직전에 약간 증가했다. 다음으로, 배경 소음을 줄이기 위해 연구원들은 각각 1.5시간의 누적 블록에서 지반 이동의 크기를 조사했다. 

강력한 지진 이전의 마지막 데이터 블록은 이전 이틀 동안의 이동 평균보다 거의 두 배 높은 이동을 나타냈다. Bletery와 Nocquet는 "이 마지막 데이터 포인트가 우연히 가장 높았을 가능성이 0.2%다"며 "마지막 23개 데이터 블록에서도 꾸준히 증가하는 것을 발견했다"고 보고했다. 이에 따르면 수평 지반 이동은 지진 전 마지막 날에 점진적으로 증가한 다음 2시간 전에는 기하급수적으로 증가했다.

연구원들에 따르면 이것은 강력한 지진 직전에 특징적인 지하 이동이 있음을 확인시켜준다. 맞물린 판 경계의 이 느린 움직임은 단층이 깨지기 전에 증가한다. "우리의 접근 방식은 파손되기 전에 변위가 2시간 동안 기하급수적으로 가속되는 것을 보여준다"고 그들은 설명했다. "우리가 GPS를 사용하여 만든 이러한 관찰은 훨씬 더 길고 전조가 되는 과정의 끝을 표시할 수 있다.”

아직 충분히 민감하지 않은 측정 네트워크

이것이 확인되면 사상 처음으로 대지진 경보 신호를 발견할 수 있다. 이것이 지진 발생 몇 시간 전에만 감지될 수 있더라도 피해 지역에 있는 사람들에게 안전한 곳으로 이동할 수 있는 귀중한 시간을 제공할 것이다. 연구에 참여하지 않은 버클리 캘리포니아 대학의 지진학자 롤란트 뷔르그만(Roland Bürgmann)은 "그러면 사람들이 'The Big One'에 대비할 수 있도록 경고를 발령할 수 있다"고 말했다.

Bletery와 Nocquet도 인정한 것처럼 전체에 심각한 결함이 있다. 지금까지 GPS 측정 네트워크의 해상도와 밀도는 개별 결함 변위의 미묘한 증가를 감지하기에 충분하지 않았다. 그들의 연구에서도 여러 강한 지진의 데이터 세트가 함께 추가되었을 때만 신호가 나타났다. 과학자들은 "현재 측정 장비의 성능으로는 개별 지진에 대한 사전 경고 슬라이드를 식별할 수 없다"고 말했다. 그러나 연구원들은 이것이 가까운 장래에 바뀔 수 있다고 확신한다. GPS 측정망이 확대되면 향후 대지진 사전경보가 가능할 수 있다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.adg2565)
출처: 미국과학진흥협회(AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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