가라앉는 바닷속 거대 해산, "지진 영향"

가라앉는 바닷속 거대 해산, "지진 영향"

함예솔

승인 2020.04.09 23:55

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바다 밑에도 산이 있다는 사실 알고 계셨나요? 태평양과 대서양의 심해저에는 해저 위로 고도 1,000m 이상 높게 솟아있는 해산(sea mount)가 존재하는데요. 대부분 현무암으로 이뤄져 있고 가파른 사면과 작은 정상부를 가지고 있다고 합니다.

 

섭입대(Subduction zone)는 판이 다른 판 아래로 가라앉는 지역을 말합니다. 그래서 이곳은 세계에서 가장 크고 강력한 지진을 발생시키는 곳입니다. 그런데 이 섭입대에 해산이 끌려들어가면 강력한 지진을 발생시키는 장을 마련할 뿐만 아니라 그 지진을 약화시키기도 한다고 합니다. 해당 연구는 <Nature Geoscience>에 게재됐습니다.

Turanganui Knoll은 국제해당탐사프로그램( International Ocean Discovery Program)의 시추 현장이었던 뉴질랜드 연안의 해산이다. 출처: Andrew Gase/National Institute of Water and Atmospheric Research.

섭입하는 해산 잘 보면 지진 예측할 수 있다

 

이러한 발견은 과학자들이 섭입하고 있는 해산 주변 지역을 더 유심히 살펴볼 필요가 있다는 걸 의미합니다. 왜냐하면 이는 향후 미래에 지진이 어디에서 발생할 가능성이 가장 높은 곳인지 이해하고 예측하는 데 도움을 줄 수 있기 때문입니다.

 

이번 연구의 공동저자이자 텍사스대학교 지구물리학연구소(University of Texas Institute for Geophysics,UTIG) 책임자인 Demian Saffer은 "섭입하고 있는 해산의 앞에 있는 지면은 부서지기 쉽고 강력한 지진을 만들 수 있는 반면 그 뒤에 남아있는 물질은 부드럽고 약해서 응력이 더 부드럽게 방출될 수 있다"고 전했습니다. 참고로 지진은 지구 내부에서 오랜 기간 축적된 에너지가 갑작스럽게 방출되며 지표를 흔드는 현상입니다. 지층에 쌓인 응력에너지를 지층이 더 이상 버틸 수 없을 때 지층은 단층을 따라 균열이 일어나고 지진이 발생하게 되는거죠.

 

연구원들은 컴퓨터 모델을 이용해 섭입대에 만들어진 해구로 해산이 가라앉을 때 어떤 일이 발생하는지 시뮬레이션했습니다. 이 모델에 따르면 해산이 해구로 가라앉을 때 지면의 앞쪽 부분은 부서지기 쉽기 때문에 천천히 전진하며 물을 짜내고 다져지는데요. 그 뒤에는 해산은 부드럽고 젖어있는 침전물을 남겨놓습니다. 섭입되는 판에서 힘이 축적되기 때문에 단단하고 깨지기 쉬운 암석은 강한 지진의 근원이 되는데요. 반대로 해산 뒤에 있는 약하고 젖어있는 침전물은 이러한 지진이나 여진을 약화시킬 수 있습니다.

 

해저 곳곳에서 해산은 발견되지만 섭입이 발생하는 엄청난 깊이는 섭입되는 해산을 연구하거나 이미징하는 걸 어렵게 만듭니다. 그래서 지금까지 과학자들은 해산이 섭입대에서 발생하는 지진에 규모나 방식에 있어 어떤 영향을 미치고 있는지 확실히 알지 못했습니다.

연구진은 섭입대에서 얻은 샘플 데이터와 해산 주변의 암석 샘플 데이터를 이용했다. 2000년 일본 근해에서 뚫은 코어샘플. 출처: Demain Saffer

본 연구에서는 섭입하는 해산의 컴퓨터 시뮬레이션을 하고, 지구의 응력과 주변 물질 내의 유체 압력 사이의 복잡한 상호작용을 포함해 주변 암석과 침전물에 미치는 영향이 무엇인지 연구하며 문제를 해결했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션에 넣을 실제 데이터는 일본 근해에서 이뤄진 과학 해양 시추를 통해 섭입대에서 채취한 암석 샘플에서 얻었습니다.

 

연구원들은 이 컴퓨터 모델 결과가 그들을 완전히 놀라게 했다고 밝혔는데요. 그들이 예측한 지진의 거동이 실제 지진의 거동과 일치했기 때문입니다.

동일본 대지진 쓰나미가 휩쓴 후. 출처: Fotolia

약해진 암석이 남겨진 해산의 뒤쪽 부분의 물질들이 거대한 지진을 축소시킬수도 있지만 연구원들은 이것이 슬로우 슬립(slow slip)으로 알려진 지진의 한 종류의 주요한 요인이 될 수 있다고 합니다. 참고로 슬로우 슬립(slow slip)이란 지각판의 경계면이 서서히 움직이는 현상으로 2011년 동일본 대지진을 일으킨 원인으로 지목되고 있습니다. 일본 대지진 당시 일본 해양의 북미판과 태평양판이 이루는 경계부에서 슬로우 슬립으로 단층이 30~50m 움직였고 이로 인해 지진과 쓰나미가 발생했다고 합니다. 이러한 슬로우 슬립의 느린 움직임은 독특하다고 하는데요. 며칠, 몇주 심지어 몇 달 간 전개되기 때문입니다.

조이데스레절루션(JOIDES Resolution)호는 섭입대에서 해산의 충돌이 충돌할 때 무슨 일이 있었나 데이터를 제공한다. 출처:Joshu Mountjoy

이번 연구는 해산과 같은 지각의 지질 구조가 지진활동 전체 범위에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대해 입증한 결과입니다. 뉴질랜드 지질연구소(GNS Science)와 UTIG의 연구원인 Laura Wallace는 "모델 예측은 해산과 관련된 작은 지진과 여진이 일어나고 있는 뉴질랜드에서 우리가 보고 있는 것과 잘 일치한다"고 말했습니다.

 

이번 연구를 이끌었던 캐나다의 국립지질조사소(Geological Survey of Canada)의 Tian Sun는 "우리는 여전히 지진 활동의 패턴을 더 잘 이해하기 위해 고해상도의 지구물리영상과 해상 지진 감시가 필요하다"고 말했습니다.

 

##참고자료##

 

Sun, Tianhaozhe, Demian Saffer, and Susan Ellis. "Mechanical and hydrological effects of seamount subduction on megathrust stress and slip." Nature Geoscience 13.3 (2020): 249-255.

 

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