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[연구뭐하지] 홍태경 교수_연세대학교 '지진학및지구물리학연구실' | 서울 한복판에 600m 구멍을 뚫고 있는 이유! 지진으로 이런 것까지..?

연세대학교 지진학 및 지구물리학 연구실은 스스로를 '고독한 승부사들의 집합소'라 정의합니다. 눈에 보이지 않는 지구 내부의 현상을 과학적 근거로 증명하고 사람들을 설득하는 과정이 외롭고 치열하기 때문입니다. 이곳의 연구는 단순히 지진을 관측하는 데 그치지 않고, 지진계를 활용해 경제 활동을 분석하거나 태풍을 감지하는 등 그 경계를 끊임없이 확장하고 있습니다. 지진계 하나로 세상의 모든 진동을 읽어내려는 이들의 시도는 현대 과학의 새로운 가능성을 열어주고 있습니다. 최근 연구실은 머신러닝 기술을 도입하여 미소 지진을 정밀하게 탐지하는 데 주력하고 있습니다. 지진파에서 P파와 S파를 구분해내고 이를 통해 지진의 발생 위치와 규모를 정확히 파악하는 과정입니다. 특히 인구 밀집도가 높은 서울 지역을 대상으로 강한 지진이 발생했을 때의 피해 규모와 지반 운동을 예측하는 연구도 병행하고 있습니다. 이는 대도시의 안전을 확보하고 잠재적인 지진 재해에 대비하기 위한 필수적인 기초 자료가 됩니다. 도심 지역은 자동차와 지하철 등 인간 활동으로 인한 소음이 심해 미소 지진을 관측하기가 매우 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 연구실은 연세대학교 부지 지하 300m와 600m 깊이에 시추공 지진계를 설치하는 대규모 공사를 진행 중입니다. 지표면의 잡음이 최소화되는 깊은 땅속에 관측소를 구축함으로써 수도권의 지진 활동을 더욱 정밀하게 감시할 수 있게 됩니다. 이러한 심부 관측 사례는 세계적으로도 드물어 학계의 큰 관심을 받고 있습니다. 지진학의 영역은 지각 변동을 넘어 기상 현상과 외계 행성 탐사까지 뻗어 나갑니다. 태풍이 이동하며 발생하는 지진 잡음을 분석하면 태풍의 강도와 경로를 추적할 수 있으며, 남극의 빙하가 녹으며 발생하는 진동을 통해 기후 변화를 연구하기도 합니다. 나아가 화성에 설치된 지진계 자료를 분석하여 그곳의 바람이나 폭풍 같은 환경 정보를 얻는 것도 가능합니다. 지진파라는 도구는 지구를 넘어 우주의 신비를 풀어나가는 강력한 열쇠가 되고 있습니다. 지진학은 제2차 세계대전 당시 잠수함 탐지 기술에서 시작되어 핵실험 감시와 자원 탐사를 거치며 비약적으로 발전해 왔습니다. 수학과 물리를 기반으로 지구의 물리적 거동을 해석하는 이 학문은 이제 인간의 안전과 편의를 위한 실용적인 학문으로 거듭나고 있습니다. 연구실은 지진학의 지평을 넓히는 것을 소명으로 삼고, 미래의 연구자들이 이 넓은 무대에서 마음껏 역량을 발휘하기를 기대합니다. 보이지 않는 진동 속에서 진실을 찾는 여정은 계속될 것입니다.

홍태경

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지구환경과학

[연구뭐하지 - 번외] 홍태경 교수 _ 지진을 통해서 경제 성장 정도도 추측할 수 있다?

조선왕조실록을 비롯한 역사서에는 한반도의 지진 기록이 상세히 남아 있습니다. 조선시대에만 1,600회 이상의 지진이 기록되었으며, 그중에는 규모 7에 달하는 강력한 지진도 포함되어 있습니다. 특히 수도권 지역에서 발생한 것으로 추정되는 지진들은 당시 서울에 상당한 피해를 입혔던 것으로 보입니다. 이러한 역사적 기록은 한반도가 결코 지진의 안전지대가 아님을 시사하며, 과거의 기록을 바탕으로 미래에 발생할 수 있는 지진 가능성을 면밀히 검토해야 할 필요성을 제기합니다. 최근 정부 주관으로 수도 서울에서 발생 가능한 최대 지진을 연구하는 사업이 시작되었습니다. 연구팀은 서울 전역의 중고등학교와 협력하여 운동장 한편에 총 60개의 지진계를 설치하고 지난 3년간 정밀 모니터링을 수행해 왔습니다. 관측 결과, 수도권 일대에서 예상보다 많은 미세 지진이 발생하고 있음이 확인되었습니다. 이는 역사서 속의 기록이 단순한 과거의 사건이 아니라, 현재와 미래에도 충분히 재현될 수 있는 실질적인 위협임을 과학적으로 뒷받침하는 중요한 데이터가 되고 있습니다. 자연 지진은 단층이 파괴되면서 발생하기 때문에 2Hz 이하의 저주파 에너지가 많이 포함되는 반면, 인위적 진동은 2Hz에서 20Hz 사이의 고주파 에너지가 주를 이룹니다. 또한 발생 깊이에서도 큰 차이가 납니다. 인위적 진동은 지표면 근처 100m 이내에서 발생하지만, 한반도의 자연 지진은 주로 지하 5km에서 15km 사이의 깊은 곳에서 시작됩니다. 이러한 물리적 특성 차이는 지진의 원인을 정확히 판별하는 핵심 기준이 되며, 도심 속의 복잡한 진동 속에서도 순수 지진파를 찾아내게 합니다. 서울 시내에 설치된 지진계를 활용한 관측망은 평균 1km 내외의 매우 촘촘한 간격을 유지하고 있습니다. 이렇게 좁은 간격으로 관측망을 구축하면 세 개 이상의 관측소에서 동시에 신호를 포착할 수 있어, 지진의 정확한 발생 위치와 규모를 신속하게 파악할 수 있습니다. 지진학의 영역은 이제 지구를 넘어 화성으로까지 확장되었습니다. 화성 착륙선에 탑재된 지진계는 화성의 지각 구조와 기상 현상을 파악하는 데 기여하고 있으며, 전 세계 지진학자들은 화성에서 전송된 데이터를 공유하며 행성의 내부 비밀을 밝혀내고 있습니다. 지진학은 최근 경제학적 지표를 예측하는 도구로도 활용되며 그 지평을 넓히고 있습니다. 인간의 활동이 활발해지면 지진계에 잡히는 지진계 잡음도 증가한다는 점에 착안하여, 지난 20년간의 데이터를 분석한 결과 지진계 잡음과 국가별 경제성장률 사이에 밀접한 상관관계가 있음이 밝혀졌습니다. 특히 코로나19 팬데믹 기간 동안 위축된 경제 활동이 지진계 잡음 감소로 실시간 반영되는 것을 확인했습니다. 이는 공식 통계가 나오기 전이라도 지진 데이터를 통해 실시간으로 경제 상황을 예측할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었습니다.

홍태경

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[강연] 명종대왕을 반성케 한 지진 (1) _ 홍태경 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 5강 | 5강 ①

지진은 예고 없이 찾아와 막대한 인명과 재산 피해를 남기는 자연재해입니다. 1995년 일본 고베 대지진은 내진 설계의 중요성을 일깨워준 결정적인 계기가 되었습니다. 당시 5,500여 명의 희생자가 발생했지만, 이를 통해 강화된 내진 성능은 훗날 2011년 동일본 대지진 당시 건물 붕괴로 인한 피해를 최소화하는 밑거름이 되었습니다. 지진은 그 자체로 비극이지만, 과거의 아픈 경험을 철저히 분석하고 대비함으로써 미래의 더 큰 재앙을 막을 수 있다는 교훈을 우리에게 남깁니다. 인류 역사상 가장 끔찍한 인명 피해를 기록한 지진들은 상상을 초월하는 규모와 파괴력을 보여줍니다. 1976년 중국 탕산 지진은 공식적으로만 25만 명 이상의 목숨을 앗아갔으며, 2004년 수마트라 대지진은 규모 9.1의 강력한 에너지로 거대한 쓰나미를 일으켜 인도양 전역에서 28만 명을 희생시켰습니다. 특히 수마트라 대지진은 한반도 전체 길이에 달하는 1,200km의 단층이 단 500초 만에 쪼개지는 거대한 지각 변동을 일으켰으며, 이는 지진이 지닌 가공할 위력을 여실히 보여주는 사례입니다. 지진의 위험성은 단순히 발생 빈도에만 비례하지 않습니다. 2010년 아이티 지진은 규모 7.0이었음에도 불구하고 31만 명이라는 기록적인 사망자를 냈습니다. 이는 지진이 자주 발생하지 않는 지역일수록 대비가 소홀해져 한 번의 충격에도 치명적인 피해를 입을 수 있음을 시사합니다. 평상시 안전하다는 착각이 오히려 더 큰 재앙을 부르는 셈입니다. 따라서 지진이 드문 지역이라 할지라도 잠재적인 위험을 간과하지 않고 철저한 내진 설계와 대응 체계를 갖추는 것이 무엇보다 중요합니다. 지진이 발생하는 근본적인 원인은 지구 내부의 거대한 열에너지에 있습니다. 이 열은 지각판을 이동시키고, 판 경계부에서 막대한 에너지가 축적되게 만듭니다. 환태평양 지진대와 같은 판 경계부는 지진이 빈번하고 규모도 크지만, 한반도와 같은 판 내부 지역은 에너지가 쌓이는 속도가 상대적으로 느립니다. 하지만 에너지가 천천히 쌓인다고 해서 안전한 것은 아닙니다. 단지 지진이 발생하기까지의 주기가 길 뿐, 언젠가는 축적된 힘이 한꺼번에 분출되며 강력한 지진으로 이어질 수 있기 때문입니다. 지진을 정확히 이해하기 위해서는 인간의 수명을 훨씬 뛰어넘는 긴 시간의 기록을 살펴봐야 합니다. 동일본 대지진이나 중국 쓰촨성 지진은 수백 년에서 수천 년 만에 발생한 사건으로, 불과 수십 년 정도의 현대적 관측 기록만으로는 그 위험성을 온전히 예측할 수 없습니다. 우리나라도 1978년 이후의 짧은 관측 기록에 의존해 지진 안전지대라고 단정해서는 안 됩니다. 과거 역사 속 지진 기록을 면밀히 분석하고 연구함으로써, 보이지 않는 곳에서 서서히 쌓이고 있는 지각의 힘이 언제, 어느 정도의 크기로 나타날지 대비해야 합니다.

홍태경

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 명종대왕을 반성케 한 지진 (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 5강 | 5강 ④

지진학 연구의 핵심은 정확한 관측 자료를 생산하고 이를 토대로 사회적 안전망을 구축하는 데 있습니다. 한국지질자원연구원과 같은 전문 기관은 지진계를 통해 수집된 데이터를 분석하여 내진 설계의 기초 자료를 제공하며, 북한 핵실험과 같은 국가적 안보 상황에서도 중요한 정보를 가장 먼저 파악하는 역할을 수행합니다. 이러한 연구는 단순히 자연 현상을 기록하는 것을 넘어, 지진 조기 경보 시스템을 고도화하고 주요 국가 시설물의 대응 능력을 강화하는 실질적인 기술 개발로 이어져 국민의 안전을 지키는 밑거름이 됩니다. 국내 원자력 발전소의 안전성에 대한 우려는 후쿠시마 원전 사고 이후 더욱 높아졌습니다. 하지만 한국의 원전은 일본의 노후 원전과는 구조적으로 큰 차이가 있습니다. 우리나라는 가압경수로 방식을 채택하여 냉각 여유도가 높고 방사성 물질을 가두는 격납 건물이 훨씬 크게 설계되었습니다. 또한 후쿠시마 원전 사고를 교훈 삼아 해안 방벽을 높이고, 전원 상실에 대비한 이동형 발전기와 수소 폭발을 방지하는 수소 재결합기를 설치하는 등 다각적인 보강 조치를 완료했습니다. 원자로가 안정적으로 정지될 수 있는 시스템을 갖추는 것이 원전 안전의 핵심입니다. 활성단층 인근의 원전 건설에 대한 불안감도 존재하지만, 원전 부지는 선정 단계부터 엄격한 단층 조사를 거칩니다. 활성단층이 부지 내에서 발견되면 건설 허가가 나지 않으며, 인근 단층에서 발생할 수 있는 최대 지진 규모를 평가하여 내진 설계에 철저히 반영합니다. 최근에는 한국형 원전의 내진 설계 기준을 규모 7.0 수준인 0.3g까지 상향 조정하여 주요 시설뿐만 아니라 부수적인 계통 시설물까지 보강하고 있습니다. 이는 예상치 못한 강진이 발생하더라도 원전의 구조적 건전성을 유지하고 사고를 미연에 방지하기 위한 지속적인 노력의 일환입니다. 과거의 지진 기록을 과학적으로 분석하는 작업은 미래의 재난을 대비하는 데 중요한 단서가 됩니다. 조선왕조실록과 같은 역사 사료에 기록된 피해 상황을 정량화하여 당시의 지진 규모를 추정하며, 이를 공학적으로 검증하기 위해 당시의 건축 구조물을 재현하여 진동대 실험을 진행하기도 합니다. 이러한 시뮬레이션은 역사 속 지진이 현대의 구조물에 미칠 영향을 예측하게 해줍니다. 특히 최근 발생한 경주 지진의 정밀한 기록들은 향후 역사 지진 기록을 토대로 한 과학적 평가의 신뢰도를 높이는 데 매우 귀중한 자료로 활용될 것입니다. 지진학의 영역은 이제 지각의 흔들림을 측정하는 수준을 넘어 다양한 사회적 분야로 확장되고 있습니다. 테러 사건이나 선박 사고 발생 시 지진파 분석을 통해 정확한 발생 시각과 충격 에너지를 역산하여 사건의 진상을 규명하는 데 기여합니다. 더 나아가 외계 행성에 지진계를 설치하여 행성 내부 구조를 파악하거나 기후 변화를 연구하는 데도 활용됩니다. 지진계에 기록되는 미세한 잡음조차도 바람의 방향과 속도를 알려주는 중요한 정보가 되어, 행성 탐사와 환경 연구 등 과학의 지평을 넓히는 데 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 지진 조기 경보 시스템은 파괴력이 큰 S파가 도착하기 전, 속도가 빠른 P파를 먼저 감지하여 수 초에서 수십 초의 골든타임을 확보하는 기술입니다. 우리나라도 규모 5.0 이상의 지진에 대해 신속하게 정보를 전달하는 서비스를 시행 중이며, 이를 더욱 고도화하기 위해 관측망 확충과 연구 개발에 힘쓰고 있습니다. 일본의 사례처럼 오경보의 가능성을 사회적으로 어느 정도 용인하고 제도적으로 뒷받침하는 분위기가 형성된다면, 더욱 신속하고 과감한 지진 조기 경보 시스템을 구축하여 지진 발생 시 인명과 재산 피해를 최소화할 수 있는 대응 시간을 충분히 벌 수 있을 것입니다. 원전 사고라는 만약의 상황에 대비하여 정부는 백색, 청색, 적색의 3단계 비상 대응 체계를 운영하고 있습니다. 방사성 물질의 확산 범위에 따라 단계별로 대응하며, 특히 적색 비상 시에는 주민들을 신속히 대피시키는 소개 조치가 매뉴얼에 따라 이루어집니다. 전국에 설치된 방사선 감시기는 실시간으로 데이터를 공개하여 국민들이 직접 확인할 수 있도록 돕습니다. 또한 기류 분석을 통한 방사능 확산 예측 시스템인 아톰(ATOM)을 활용해 과학적이고 체계적인 주민 보호 대책을 수립함으로써, 비상 상황에서도 당황하지 않고 피해를 최소화할 수 있는 체계를 갖추고 있습니다.

선창국, 정승영, 홍태경

카오스재단카오스강연

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