지진이야기(3)

구조이야기 스물 다섯,  지진 이야기(3)

지진은 어떻게 일어날까? 지진의 원인을 알려면은 먼저 지구의 지질학적인 면에서 지구의 구조를 알아야 한다. 지구는 크게 지구를 이루는 중심부에 니켈과 철로 이루어진 핵으로 되어 있으며 ,그 주위를 용해암으로 되어 있는 액체 상태의 맨틀로 구성되어 있다. 그 위를 여러 갈래로 갈라진 지각으로 되어 있다. 이 지각판들이 서로 맨틀 위에서 서로 부딪치거나 밀면서 움직이게 된다. 그 결과 단층 지역에 따라 움직이게 되어 변형을 일으키게 되며, 변형을 일으키지 않으면 구속된 부분이 견딜 수 있을 때까지 응력을 축적하게 된다.
더 이상 견딜 수 없게 되면 축적된 막대한 에너지가 발생하게 되는데 이것에 의하여 지각이 파괴를 일으키며 지진을 일으키게 된다. 이러한 것들은 지구의 표면이 아닌 지각의 깊은 곳에서 일어나게 되는 데 지점을 진원(focus)라 하며, 이 지점과 지구의 중심부를 이은 선상의 지표면을 진앙(epicenter)라 한다. 이 진원으로부터 진동이나 지진의 파장을 만들어 내어 , 이 진동으로 인하여 가까이 있는 구조물에 영향을 끼치게 된다. 현재까지는 이러한 지각의 운동이 지진을 일으키는 원인이라고 학자들은 의견을 모으고 있으며 이러한 이론을 판구조론(plate tectonics)이라 한다.
지진의 진동은 두 가지의 파장을 일으키게 되는데 먼저 지각을 압축시키는 파장인 p파는 지각을 압축하는 방향의 파이며 속도가 빠른 파이다. 또 다른 파는 s파인데 이것은 지각의 전단을 일으키는 파이며 , p파의 속도보다 반정도가 느린 파이다. 이러한 지진의 진동에 의한 파의 성질에 의하여 각 지역에 설치한 지진기록계에 도달한 시간과 거리에 의하여 지진의 발생한 위치를 알게 되며, 또한 p파와 s파의 도착시간과 s파의 진폭에 의하여 지진의 크기(규모)를 알 수가 있게 된다.
이러한 지진으로 인한 피해는 4가지의 형태로 나타나게 된다. 첫째로는 단층 지역의 지반의 수평 또는 수직의 형태로 나타나는 지반의 미끄러짐이다. 이것은 지역적으로 매우 제한적이나 피해사례에 있듯이 수백 킬로미터에 걸쳐 일어 날 수도 있다. 두 번째로는 산사태, 침하, 그리고 지반의 액상화 형태로 나타나는 지반파괴이다. 액상화 상태의 흙은 산사태를 일으킬 수 있으며, 액상화에 의한 지반의 진동과 지반의 침하의 형태로 나타날 수 있다. 세 번째는 해저지진에 의한 해일인 쯔나미(tsunamis ,일본말의 바닷가의 마을이라는 의미의 "쯔"와 파도라는 의미의 "나미"에서 유래)는 해저 바닥에서 지반의 갑작스런 이동에 의해서 일어나게 되는데 쯔나미는 긴 진동주기를 가지며 아주 속도가 빠른 진동 특성을 가지고 있다. 바다 가운데에서는 잘 관측되지는 않지만 그 파장이 육지에 닿게 되면 속도가 증가되고 높이가 증가되어 바닷가 마을에는 커다란 피해를 가져 올 수 있다, 네 번째는 내진 설계에 있어 고려해야 할 지반의 진동이다. 지반의 진동에 의하여 구조물은 자기의 동적 특성에 의하여 반응하는 것이 달라지게 되는데 그 구조물의 동적 특성을 알아내어 지진의 진동에 대하여 견딜 수 있게 설계하는 것이 구조 기술자의 몫이라 하겠다. 구조물의 동적 특성이라는 것을 간단하게 이야기 할 수는 없지만 간략하게 이야기한다면  구조물은 자기 자신의 중량이 다르며 중량이 무거운 것이 지진에 대하여 약하게 되며, 또한 건물의 횡력에 의한 저항력(강성)의 크기에 따라 다르며 , 구조물이 놓이게 되는 지반에 따라 달라지게 되며, 고층구조물은 그 자신의 고유주기가 길어 긴 진동주기를 가지는 지진에 더욱 취약하게 될 것이며 저층구조물은 짧은 고유주기를 가지며 짧은 진동주기를 가지는 지진에 약할 것이다. 그리고 구조물을 축조하게 되는 재료에 따라 더욱 더 지진의 영향이 달라지게 될 것이다.