지진계와 지진파 연구

지진계와 지진파 연구에 대해서 알아봅시다. 지진을 측정하는 지진계, 그리고 지진을 통해 생성되는 지진파동의 경우 다양한 파동이 있습니다. 

1. 지진계
지진계는 탄성파에서 발생하는 지구의 움직임을 감지하고 기록하는 센서다. 지진계는 지구의 표면, 얕은 금고, 보어홀, 수중 등에 배치될 수 있다. 지진 신호를 기록하는 완전한 계기 패키지를 지진계라고 한다. 지진계 네트워크는 지구 지진과 기타 지진 활동의 원천에 대한 감시와 분석을 용이하게 하기 위해 전 세계 지진의 움직임을 지속적으로 기록한다. 지진의 빠른 위치는 지진파가 쓰나미보다 상당히 빠르게 이동하기 때문에 쓰나미 경고를 가능하게 한다. 지진계는 또한 폭발(핵과 화학), 바람[14] 또는 인공적 활동에서 발생하는 국지적 소음, 해양 바닥과 해안에 의해 유발되는 끊임없는 신호, 큰 빙산과 빙하와 관련된 저온 대기 이벤트 등에 이르기까지 다양한 비지진 발생원의 신호를 기록한다. 4.2 × 1013 J(TNT의 10킬로톤의 폭발에 의해 방출된 것과 동등한)의 높은 에너지를 가진 대양 상공 운석 충돌은 수많은 산업 사고와 테러 폭탄 및 사건(법률 지진학이라고 불리는 연구 분야)과 마찬가지로 지진계에 의해 기록되었다. 전지구 지진감시의 주요 장기적 동기는 핵실험의 탐지 및 연구였다.

2. 지진파 연구란?
지진파는 고체나 유체 물질로 전파되는 탄성파다. 그것들은 재료의 내부를 통과하는 체파, 표면 또는 재료 사이의 접점을 따라 이동하는 표면 파, 그리고 서 있는 파의 한 형태인 정상 모드로 나눌 수 있다.

2-1.바디 웨이브 
몸파는 압력파 또는 일차파(P파)와 전단파 또는 이차파(S파)의 두 종류가 있다. P파는 파동이 움직이는 방향으로 압축과 팽창을 수반하는 종파로서 고체를 통해 가장 빠르게 움직이는 파이기 때문에 항상 지진그램에 나타나는 첫 번째 파이다. S파는 전파 방향에 수직으로 움직이는 횡파다. S파는 P파보다 느리다. 따라서, 그것들은 지진 사진에서 P파보다 늦게 나타난다. 유체는 수직 운동을 지원할 수 없으므로, S파는 고체로만 이동한다.

2-2.표면 파형 
표면파는 P파와 S파가 지구의 표면과 상호작용한 결과물이다. 이 파장은 분산되어 있는데, 이는 다른 주파수가 다른 속도를 가지고 있다는 것을 의미한다. 두 가지 주요 표면파형은 압착과 전단 운동이 모두 있는 레이리파와 순전히 전단파인 러브파이다. 레이리파는 P파와 표면과의 수직 편광 S파의 상호작용에서 발생하며 어떤 고체 매체에든 존재할 수 있다. 사랑파는 수평으로 편광된 S파가 표면과 상호작용을 하여 형성되며, 고체 매체에 깊이가 있는 탄성 특성에 변화가 있어야만 존재할 수 있는데, 지진학적 적용에서는 항상 그러하다. 표면파는 P파나 S파보다 더 느리게 이동하는데, 그 이유는 이러한 파동이 지구의 표면과 상호작용하기 위해 간접 경로를 따라 이동하기 때문이다. 지구의 표면을 따라 이동하기 때문에, 그들의 에너지는 몸파(1/거리2 대 1/2 거리3)보다 덜 빠르게 감소하며, 따라서 표면파에 의한 흔들림은 일반적으로 몸파보다 더 강하다. 일차 표면 파장은 종종 지진계의 가장 큰 신호들이다. 표면파는 얕은 지진이나 가까운 표면 폭발에서처럼 근원이 지표면에 가까울 때 강하게 흥분하며, 깊은 지진 발생원에는 훨씬 약하다.

P웨이브 
제1종류의 체파는 P파 또는 1차파이다. 이것은 가장 빠른 종류의 지진파로서, 결과적으로, 지진 관측소에서 최초로 '주행'하는 것이다. P파는 물이나 지구의 액체 층과 같은 고체 암석과 액체를 통해 움직일 수 있다. 그것은 마치 음파가 공기를 밀고 당기는 것처럼 움직이는 바위를 밀고 당긴다. 큰 천둥소리를 들으면서 동시에 창문이 덜컹거리는 소리를 들은 적이 있는가? 창문이 덜컹거리는 것은 P파가 바위를 밀고 당기는 것과 마찬가지로 창유리를 밀고 당기고 있었기 때문이다. 때때로 동물들은 지진의 P파도를 들을 수 있다. 예를 들어 개들은 일반적으로 지진이 일어나기 직전에 히스테리적으로 짖기 시작한다. 보통 사람들은 이 파도의 부딪힘과 덜컹거림만 느낄 수 있다.

P파는 밀고 당기기 때문에 압축파라고도 한다. P파의 대상인 입자는 에너지가 이동하는 방향인 파동이 이동하는 방향과 같은 방향으로 이동하며, 때로는 '파동 전파 방향'이라고도 한다.

P웨이브 (출처-Michigan Tech Univ.)

S웨이브 
두 번째 체파는 S파 또는 이차파인데, 이것은 지진에서 느끼는 두 번째 파동이다. S파는 P파보다 느리고 단단한 바위를 통해서만 움직일 수 있고, 어떤 액체 매개체를 통해서도 움직일 수 없다. 지진학자들이 지구의 바깥쪽 핵이 액체라고 결론짓게 한 것은 바로 S파의 속성이다. S파는 파동이 이동하는 방향(파동 전파 방향)에 수직으로 암반 입자를 상하로 움직인다.

3. 표면파동
지각만을 통과하여 이동하는 표면파는 체파보다 빈도가 낮으며, 그 결과 지진계로 쉽게 구별된다. 몸의 파도를 따라 도착하지만 지진과 관련된 피해와 파괴에 거의 미증유의 책임이 있는 것은 표면파다. 이 손상과 표면파의 강도는 더 깊은 지진에서 감소한다.

3-1. 표면파동 Love 파도
첫 번째 종류의 표면파는 러브 웨이브라고 불리며, 1911년 이런 종류의 파동에 대한 수학적 모델을 고안한 영국의 수학자 A.E.H. Love의 이름을 따서 명명되었다. 가장 빠른 표면파고 지면을 좌우로 움직인다. 지각의 표면에 고정되어, 사랑의 파도는 완전히 수평적인 움직임을 만들어낸다.

3-2. 레이리 파도
그의 다른 종류의 표면 파장은 1885년 이런 종류의 파동의 존재를 수학적으로 예측한 존 윌리엄 스트럿 경의 이름을 딴 레이리 파동이다. 레이리 파도는 마치 파도가 호수나 바다를 가로질러 구르는 것처럼 땅을 따라 구른다. 구르기 때문에 지면을 위아래로 움직이고, 파도가 움직이는 방향과 같은 방향으로 좌우로 움직인다. 지진에서 느껴지는 흔들림의 대부분은 다른 파도보다 훨씬 더 클 수 있는 레이리파 때문이다.