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- 지난 20년간 마르마라 지역에서 발생한 지진의 진행 양상과 단층 패턴을 분석
- 북아나톨리아 단층대 따라 발생한 지진과 축적된 응력이 점점 더 이스탄불 방향으로 이동
- 북아나톨리아 단층은 도시에서 남쪽으로 불과 20km 떨어진 곳에 있다
- 추가적인 지진 및 측지 관측소를 설치하고, 해상 광섬유 센서 시스템을 구축해야

이스탄불: 지진이 점점 가까워지고 있다
지진학적 분석 결과, 대도시에 심각한 위험이 닥쳤다.

지각 시한폭탄:
터키의 대도시 이스탄불의 지진 위험이 고조되고 있다. 지구과학자들은 학술지 '사이언스'에 발표한 논문에서 다음 지진이 이미 도시를 강타할 수 있다고 경고했다. 이들의 분석에 따르면 북아나톨리아 단층대를 따라 발생하는 지진과 축적된 응력이 점점 더 동쪽, 즉 이스탄불 방향으로 이동하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 다음 지진은 도시 바로 남쪽 마르마라해에서 발생할 가능성이 높다. 이 지역에서는 짧고 아직 움직이는 단층 구간 바로 뒤에 완전히 고착된 판 경계 구간이 이어진다. 

▲ 수백만 명의 인구가 거주하는 터키의 대도시 이스탄불은 지진 위험에 매우 취약하다. © Explora2005/ Getty Images

이스탄불은 지진 화약고 위에 앉아 있는 것과 같다. 유라시아판과 아나톨리아판이 서로 미끄러지듯 움직이는 북아나톨리아 단층은 도시에서 남쪽으로 불과 20km 떨어진 곳에 있다. 그러나 이스탄불 남쪽 마르마라해 아래에서는 두 판이 고착되어 응력이 점점 더 축적되고 있다. 따라서 이 지역에서 대규모 지진이 발생할 가능성이 매우 높다고 여겨진다.

마르마라해 핫스팟

포츠담에 있는 헬름홀츠 지구과학센터(GFZ)의 파트리시아 마르티네스-가르손(Patricia Martínez-Garzón) 연구원과 동료들은 "마르마라 단층은 현재 유럽 전체에서 가장 큰 지진 위험 지역"이라고 설명했다. 이것은 2025년 4월, 단층 바로 서쪽에서 발생한 규모 6.2의 지진으로 가장 최근에 입증되었다. 이 지진은 이 지역에서 60년 만에 가장 강력한 지진이었다. 지난 15년 동안 마르마라 단층을 따라 규모 5 이상의 지진이 총 4차례 발생했다.

▲ 이스탄불은 마르마라 해를 가로지르는 북아나톨리아 단층의 한 갈래 위에 자리 잡고 있다. © Mikenorton/ CC-by-sa 3.0

그렇다면 이스탄불에 미치는 위험은 어느 정도일까? 마르티네스-가르손 연구원과 그녀의 연구팀은 이를 더 자세히 조사했다. 이를 위해 지난 20년간 마르마라 지역에서 발생한 지진의 진행 양상과 단층 패턴을 분석했다. 또한, 연구진은 지진 데이터를 이용해 2025년 4월 지진 발생 당시 에너지, 여진, 응력이 어떻게 전파되었는지 분석하고, 이를 해당 지역의 이전 지진들과 비교했다.

지진 진원, 이스탄불로 이동

결과적으로 연구진은 "지난 15년간 규모 5 이상의 지진이 뚜렷하게 동쪽으로 이동하는 것을 관찰했다"며, "이는 시간이 지남에 따라 지진 규모 증가와도 관련이 있다"고 보고했다. 이는 마르마라 단층이 서쪽에서부터 점진적으로 파열되고 있으며, 단층대가 이스탄불에 점점 더 가까워지고 있음을 시사한다.

▲ 그림 1. 단층 분절 거동 및 지진 활동 진화. (A) 마르마라 주단층(MMF)을 따라 나타나는 단층 분절과 그 미끄러짐 거동, 그리고 2006년 이후 이 지역에서 발생한 규모 5 이상의 지진. 단층을 따라 그려진 파란색, 주황색, 빨간색 선은 각각 서서히 미끄러지는 분절, 전이 분절, 고착된 분절을 나타낸다. 노란색 빈 원은 지진 반복 발생 클러스터의 중심을 나타내며, 원의 크기는 클러스터 내 반복 발생 횟수로 표시된다(22, ). 분절 약어는 다음과 같다: GS: 가노스 분절; TB: 테키르다그 분지; WH: 서부 고지대; CB: 중앙 분지; KB: 쿰부르가즈 분지; AS: 아브실라르 분절; PI: 프린스 제도. 위쪽을 향한 삼각형은 서로 다른 네트워크 및 기관의 지진 관측소를 나타낸다. 굵은 검은색 선은 1999년 규모 7.4 이즈미트 지진의 파열을 나타낸다. 점선 원은 규모 6.2 지진 진앙으로부터의 거리를 나타낸다. 회색 상자는 B-D에 표시된 영역을 나타냅니다. (B~D) 두 기간 동안 MMF를 따라 발생한 규모 2.5 이상의 지진의 공간 분포(참고문헌 (52, 53) 및 AFAD의 카탈로그). (B) 2007년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지, (C) 2013년 1월 1일부터 2020년 12월 31일까지, (D) 2021년 1월 1일부터 2025년 5월 3일까지. 녹색 별은 해당 기간 동안 발생한 규모 5 이상의 지진의 진앙을 나타낸다. 두 개의 주황색 화살표는 본문에서 논의된 잠재적인 불안정 영역을 나타낸다. (C, D)에서 파란색 점은 이전 기간의 지진 활동을 나타낸다. (출처:Progressive eastward rupture of the Main Marmara fault toward Istanbul / Science / 11 Dec 2025)

지진학자들은 명확한 패턴을 발견했다. 2011년과 2012년에 발생한 두 차례의 지진에서, 마르마라해 서쪽의 아직 서서히 이동하는 판 경계면의 일부가 먼저 파열됐다. 그러나 파열된 부분 바로 동쪽의 약 10km 길이의 구간은 한동안 지진 활동이 없었다. 2019년에 바로 이 구간이 파열되면서 다음 지진을 유발했다.

다음 지진의 위협은 어디에 있을까?

우려스러운 점은 2025년 4월에 발생한 가장 최근의 지진 역시 마르마라 단층을 따라 약 15km 길이의 "지진 활동이 잠잠한 지대"를 남겼다는 것이다. 연구팀은 "이는 이전에 관찰된 패턴을 반영하는 것"이라고 밝혔다. 그들에 따르면, 현재 지진 활동이 잠잠한 이 구간이 다음 지진의 진원지가 될 가능성이 있다. 이번에는 이 잠잠한 지대가 이스탄불 남쪽의 고착된 단층 구간 바로 앞에 남아 있는, 서서히 움직이는 마지막 구간을 포함하고 있다.

▲ 그림 2. 2025년 규모 6.2 마르마라 지진의 동쪽 방향 파열 전파 및 여진 발생 순서. (A) 본진 진앙으로부터 방위각에 따른 여진 발생 횟수(1주일). (B) 규모 6.2 지진의 진앙 및 여진 분포(AFAD 카탈로그). 위쪽 삼각형은 진앙으로부터 50~100km 거리에 위치한 광대역 지진계를 나타내며, 패널 C에서 사용되었다. 각 관측소는 P파 첫 번째 펄스의 지속 시간에 따라 색상으로 구분된다(패널 C 참조). (C) 정규화된 반경 방향 변위와 P파 첫 번째 피크의 지속 시간. 아래 영역은 (A)와 같이 지속 시간에 따라 색상으로 구분. 파형은 P파 첫 번째 도달 시간에 따라 정렬되었다. (출처:Progressive eastward rupture of the Main Marmara fault toward Istanbul / Science / 11 Dec 2025)

독일 지구과학 연구센터(GFZ)의 공동 저자인 마르코 본호프(Marco Bohnhoff)는 "따라서 마르마라 단층에서 발생할 다음 강력한 지진은 이스탄불 서쪽의 남은 단층 구간이나, 이스탄불 남쪽의 완전히 고착된 프린스 제도 단층 구간에서 발생할 가능성이 높다"며, "이는 규모 6 정도의 지진이거나, 그보다 더 큰 지진을 유발하는 전조가 될 수 있다"고 말했다. 고착된 단층 구간에 축적된 긴장은 최소 규모 7 이상의 대지진을 일으킬 수 있을 정도다.

최근 지진은 오히려 이러한 긴장을 증가시켰다. 본호프는 "마르마라 단층은 매우 위험한 상태라고 봐야 한다"며, "4월 지진은 긴장을 완화하는 데 거의 도움이 되지 않았다"고 말했다.

동쪽으로 향하는 더 강한 진동

여기서 끝이 아니다. 마르티네스-가르손 연구팀의 분석에 따르면, 마르마라 단층을 따라 발생한 이전 지진들의 에너지는 대칭적으로 전파되지 않았다. 오히려 2025년 4월 지진은 동쪽으로 더 짧고 강력한 지진파를 발생시켰다. 연구진은 "이러한 방향성 패턴은 지반 운동과 그 방향으로의 피해 가능성을 증폭시킨다"고 설명했다.

▲ 이스탄불 남서쪽 마르마라 단층에서 발생한 지진들: 녹색 별은 규모 5 이상의 중규모 지진을, 원은 여진을 나타냅니다. 시간 순서대로 보면 단층의 동쪽 이동을 알 수 있다. © Patricia Martínez-Garzón

이는 다음 대지진의 진동 또한 주로 동쪽, 즉 이스탄불 방향으로 전파될 가능성이 높다는 것을 의미한다. "이번 연구 결과는 마르마라 단층이 활성화되어 이스탄불 남쪽의 고착된 프린세스 제도 구간을 향해 동쪽으로 이동하고 있음을 보여준다"고 마르티네스-가르손은 말했다. "이것이 언제 대지진이 발생할지를 알려주는 것은 아니지만, 단층의 어느 부분이 점점 더 심각한 스트레스를 받고 있는지를 보여준다.“”

"모니터링 확대가 필수적"

이번 연구 결과는 이스탄불 대도시에 심각한 위험이 도사리고 있음을 확인시켜 준다. 따라서 이스탄불의 지진 위험 평가를 이에 맞춰 조정해야 한다고 연구팀은 강조했다. 동시에 해당 지역의 실시간 모니터링을 확대해야 한다. 마르티네스-가르손 연구팀의 동료들은 "이 해저 단층을 따라 모니터링 시스템을 강화하는 것이 무엇보다 중요하다"고 강조했다.

이를 위해서는 해저에 추가적인 지진 및 측지 관측소를 설치하고, 해상 광섬유 센서 시스템을 구축해야 한다. 또한, 시추공 지진계를 추가로 설치하면 미세한 지하 움직임을 더욱 효과적으로 감지할 수 있다. 이러한 유형의 첫 번째 심도 측정소는 2024년 마르마라해 남쪽 해안의 카피다그 반도에 설치됐다.

참고: Science, 2025; doi: 10.1126/science.adz0072
출처: Science, GFZ 헬름홀츠 지구과학센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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