역대 가장 깊은 지진, 6년 전 日서 일어났다 (美 연구)

지금까지 가장 깊은 곳에서 일어난 지진은 6년 전 일본 오가사와라 제도 인근에서 발생한 것이라는 연구 결과가 나왔다.

미 애리조나대 등 연구진은 2015년 5월 30일 오가사와라 제도 인근에서 지진이 발생했을 때 일본 지진계 네트워크가 수집한 데이터를 분석해 진원의 깊이가 약 751㎞에 달했다고 밝혔다. 당시 지진의 규모는 최대 7.9(미국 기준)로, 진앙지는 오가사와라 제도 서쪽 앞바다였다.

과학자들은 이와 같은 심발지진이 지표로부터 약 300~700㎞ 깊이 범위에서 발생해 이보다 깊은 곳에서 일어날 가능성은 낮다고 여겼다. 하지만 오가사와라 지진이 일어났을 때 깊이는 751㎞에 달하고 그 부근에서 여진이 계속 일어났다는 것이다.

대부분의 지진은 지표부터 몇십 ㎞ 이내인 지각과 상부 맨틀 사이에서 일어나지만, 당시 지진은 온도와 압력이 너무 강해 암석층이 휠 만큼 하부 맨틀에도 영향을 줬다. 보도에서는 진원의 깊이가 약 678㎞에 이른다고 전해졌지만, 이번 연구로 그 깊이는 최대 73㎞ 더 깊어졌다.

미 지진학자 더글러스 윈스 워싱턴 세인트루이스대 교수는 “이번 결과는 하부 맨틀에서 지진이 일어났다는 점을 보여주는 가장 명확한 증거”라고 내셔널지오그래픽에 말했다. 윈스 교수는 이 연구에 참여하지는 않았다.

하부 맨틀은 지구 맨틀의 아래쪽 액체 부분으로 그 밑에는 핵이 있다. 그리고 하부 맨틀의 윗부분은 상부 맨틀로 이는 지각과 맨틀 일부로 이뤄진 암석권과 부분 용융 상태의 연약권, 그리고 암석 상태로 지진파의 속도가 변하는 전이대로 이뤄져 있다. 하부 맨틀과 맨틀 전이대의 경계선에 관한 정확한 깊이는 세계적으로 다르지만, 평균적으로 660㎞인 것으로 알려졌다.

2015년 오가사와라 지진과 같은 심발지진은 매우 드물게 일어나며 그 흔들림은 진앙 위의 지표 부근보다 먼 곳에서 잘 느낄 수 있다.

‘글로벌 센트로이드 모멘트 텐서’(GCMT) 데이터베이스에 따르면 1976년부터 2020년까지 기록된 중간 규모의 지진 5만6832회 중 70㎞(상부 맨틀)보다 깊었던 지진은 18%에 불과했다. 300㎞ 이하 깊이의 지진은 이보다 더 적은 4%도 안 되는데 이 깊이는 일반적으로 심발지진인지를 확인하기 위한 경계선으로 사용된다.

심발지진은 깊은 곳에 원인이 있어도 지각과 상부 맨틀에서 일어난 지진만큼 큰 피해를 주지는 않는다. 하지만 2015년 하부 맨틀에서 일어난 지진의 원인은 여전히 수수께끼에 쌓여 있다.

지진은 해양판과 대륙판이 충돌할 때 상대적으로 무거운 해양판이 가벼운 대륙판 밑으로 밀려 들어가는 섭입대에서 일어난다는 점을 잘 알려진 사실이다. 지진은 보통 지각판이 만나는 단층선상에서 강하게 일어나지만, 관측 기기에 등록된 작은 진동은 판의 중앙에서도 발생할 수 있다.

심발지진은 근현대나 고대의 섭입대 근처에서 발생하는 것으로 여겨진다. 맨틀 전이대의 지진은 암석을 형성하는 광물인 감람석의 변화로 일어날 수 있다. 맨틀 전이대에서는 감람석의 결정 구조가 더는 안정되지 않아 암석에 균열이 생겨 빠르게 변형돼 심발지진을 일으킨다.

하지만 더 아래 맨틀에서는 또 다른 광물인 브리지머나이트(bridgmanite)가 조성을 지배하기 시작하는 데 이는 지진 유발에 관한 다른 설명이 있어야 한다는 점을 뜻한다.

연구진은 한 가지 가능성을 제시했다. 규모 7.9의 지진으로 인한 작은 여진이 하부 맨틀의 윗부분을 관통한 태평양 해저의 갈라진 바닥 부근에서 발생했다는 것이다.

연구진은 당시 큰 지진으로 부서진 슬랩(섭입하는 해양판)의 일부가 아주 약간 침하돼 하부 맨틀에 응력이 집중됐을 가능성이 있다고 주장했다.

연구진은 논문을 통해 “지구 내 약 60㎞ 깊이 이하의 지진 원인은 거의 한 세기 동안 논의돼 왔다. 이 연구는 하부 맨틀의 지진을 최초로 감지한 것”이라면서 “이런 관측은 지구 깊은 곳에서 지진을 일으키는 메커니즘에 관한 새로운 지식을 제공한다”고 밝혔다.

자세한 연구 결과는 미국 지구물리학회(AGU)가 발간하는 학술지 ‘지구물리학연구회보’(Geophysical Research Letters) 최근호에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr