2013.4.7 NHK special
MegaQuake 3
제1회 다음 직하지진은 어디인가
몰랐던 활단층의 진실
18년전 대지진으로 효고(兵庫)현 아와지(淡路)시에 갑자기 나타난 활단층이다.
지표에서 확인된건 약10km.
지하에선 훨씬 길게 40km 이상의 단층이 미끄러져, 도시에 괴멸적인 피해를 초래했다.
(1995년 고베대지진) 활단층에 의한 심한 흔들림이 발밑에서 터지는 직하지진이다.
일본열도를 둘러싼 4장의 판.
그것들이 맞부딪치면서 땅에 새겨진 상처, 그것이 지진을 일으키는 활단층이다.
(기상청) 동일본대지진 이후 지진활동이 활발해진 일본.
(2011년4월, 거대지진 한달후) "위험해~!"
지금 과학자들이 경계하는 것이, 활단층에 의한 직하지진이다.
활단층 연구자,"거대지진이 발생한 뒤에, 내륙에서 활단층이 큰 지진을 일으킨 예는 많이 있다."
일본에 있는 활단층은, 발견된 것만도 약2,000개.
게다가 여태까지 확인되지 않았던 활단층이 움직이기 시작했다.
피해지역 절 주지,"피해를 겪고서야 활단층이 있었다는 걸 알았다."
피해주민,"무섭다고밖에 할말이 없다. 아무것도 할수없다. 눈깜짝할 사이에"
거대지진.. 메가퀘이크
우리는 발밑에 도사리는 활단층의 진짜 위협을 아직 모른다.
다음 직하지진은 어디서 발생하는가.
과학자들은 지하에 숨은 활단층의 실상을 포착하려한다.
도쿄직하에 뻗어있는 활단층.
한번 움직이면, 수도권 넓은 범위에 막대한 피해를 초래할 우려가 있다.
오사카에선 최첨단 기술이, 숨어있던 활단층을 마침내 잡아냈다.
그 거대한 전모는? 여러갈래로 갈라져, 피해가 커질 위험성이 보인다.
지진학자,"단층이란것은 더 퍼져있어서, 거기서 지진에너지가 나오니까,
그 지하의 연장선상이 어떻게 생겼는지 탐색하는 노력이 필요하다."
최신과학으로 지진의 수수께끼에 도전하는 메가퀘이크
제1회는 우리의 발밑, 직하에서 높아지는 위협
활단층의 진정한 모습을 파헤친다.
MegaQuake 3
제1회 다음 직하지진은 어디인가
몰랐던 활단층의 진실
(2011년 4월 후쿠시마현 이와키시)
동일본대지진으로부터 한달뒤, M7.0 대지진이 후쿠시마현을 덮쳤다.
진원은 이와키시 직하.
동북 앞바다 해저에서 일어난 거대지진과는 다른, 내륙 직하지진이었다.
심한 흔들림으로 산이 크게 무너져, 고교생 포함 4명이 사망했다.
이 지진을 일으킨 게, 지하에 숨어있던 활단층이다.
이와키시에 있는 절 부지에 갑자기 모습을 드러냈다.
건덕사(建德寺) 사다케 주지,"이쪽에 단층이 나타났다.
"정말 싹뚝 잘리듯이 단층이 어긋한 상황이다."
크게 기울어진 절의 본당. 그밑에 단층이 뻗어있어, 한쪽 땅이 꺼져있었다.
절 경내를 관통하는 활단층은 길이 13km에 달했다.
이 지진으로 지표에 두개의 활단층이 나타났다.
지반이 최대 2m 낙차로 어긋났다.
도대체 왜 이토록 대규모로 어긋났는가.
현장을 조사한 도호쿠대학 도오다 신지 교수.
"범인은 지하에 단층이 이어져서 깊이 10km쯤의 곳이죠.
지하에 연결된 부분에서 행패를 부리고 있다."
도오다교수는 지진을 일으킨 활단층의 정체를 살폈다.
노란색 선은 지표에 나타난 2개의 활단층이다.
지진과 그 진원을 표시하면, 두개의 면이 보인다.
이것이 지진을 일으킨 진원 단층이다.
2개의 면이 동시에 미끄러지면서 지진을 일으켰다.
진원단층은 활단층에서 지하의 단단한 암반에 있는 부분을 말한다.
주변에서 밀어오면서, 암반에 응력이 쌓여, 한계에 이르면,
진원단층이 움직여, 지표에 흔들림이나 어긋남이 전달된다.
이번엔 깊이 10km, 폭 15km에 달하는 2개의 진원단층이 크게 움직여,
지표에까지 활단층이 나타난 것이다.
실은, 도오다교수는 이번 지진을 조사하면서, 놀란 것이 있다.
3.11 거대지진이 일어나기 전에는, 동북지방 육지가 해양판에 밀려서, 내부에 응력이 쌓여있었다.
지하의 진원단층도 밀려서 응력이 쌓이고, 활단층 지진이 생기기 쉬운 상태였다.
2008년 17명이 희생된 이와테(岩手)·미야기(宮城) 내륙지진도 이런 종류의 지진이었다.
그후, 3.11 거대지진이 터짐으로써, 쌓였던 응력은 해소된다.
그래서 활단층에 의한 지진 리스크는 줄었다고 도오다교수는 생각했었다.
그러나, 그 직후에 이와키시 지진이 터진 것이다.
도오다교수,"단순계산으로 동북내륙의 응력은 감소해서, 지진이 일어나지 않을텐데,
동북내륙에서도 그뒤로 활발하게 지진활동이 일어난 곳이 국지적으로 있다.
그 의미를 한동안 알수없었는데.."
일어나지 않을 줄 알았던 지진이 왜 터졌는가.
도오다교수가 주목한건 활단층의 어긋난 방식이다.
이번에 발견된 단층을 보면, 동쪽으로 땅이 끌어당겨져, 서쪽 땅이 꺼졌다.
도오다교수는 새로운 지진 메카니즘을 알게됐다.
거대지진 후에 육지판에는 여태까지와는 반대로, 잡아당기는 힘이 작용한다.
진원단층에도 마찬가지 힘이 작용한다.
힘의 방향이 달라짐으로써, 활단층 지진이 일어나기 쉬워졌다.
일본열도는 최근 2년간, 최대6m 동쪽으로 끌어당겨졌다.
도오다교수는 비슷한 종류의 지진이 앞으로 빈발할 가능성이 있다고 지적한다.
도오다교수,"생각지도 않던, 땅이 끌어당겨질 때에 생기는 단층운동이 생기고있다.
지진의 위험도, 활단층이 위험도에 대해, 다시한번 그 영향을 재고해야 한다."
각지에서 활단층에 의한 것으로 보이는 지진이 잇따르고 있다.
최근 2년간 진도5약 이상 관측된 지진.
3.11 거대지진 진원과 가까운 태평양쪽이 아닌 곳에서도 다발하고 있다.
2011년 3월 12일 3명이 사망한 나가노현 북부 지진.
2011년 3월 15일 후지산 직하 시즈오카현 동부 지진.
그리고 2013년 2월 25일 도티기현 북부 지진.
어느것도 3.11 거대지진의 진원에서 멀었다.
그 지하에서 도대체 뭔일이 벌어지고 있는가.
전국의 지각변동을 분석하는 국토지리원 니시무라 타쿠야 주임연구관.
각지에서 GPS관측지점을 측정한 땅의 움직임을 조사했다.
그러자, 여태까지 관측되지 않았던 이변이 발견됐다.
니시무라 연구관,"여기 융기된 곳이.. 이런 패턴으로 융기가 보인 적은 여태까지 없었다."
진원에서 얼마간 먼 지역에서 지반이 융기했던 것이다.
관동(関東)·코신에쓰(甲信越)나 홋카이도(北海道) 등,
거대지진 진원에서 반경400km 쯤의 동심원을 그리며, 분포해있었다.
지진이 빈발한 지역과, 지반이 융기한 지역은 거의 겹쳐졌다.
니시무라 연구관,"종래와는 다른 지각변동이 생기고 있어서,
그런 곳에 있는 단층에 힘의 작용방식이 달라진다.
그래서 지진을 일으키기 쉬운 가능성도 있다."
니시무라 연구관이 생각하는, 지반 융기와 지진의 관계는 이렇다.
3.11 거대지진은 판경계에서 발생했다.
그 밑에는 맨틀이라는, 지구내부의 부드러운 물질이 있다.
지진 발생과 더불어, 맨틀에도 변화가 나타난다.
동쪽으로 끌어당겨지는 육지판을 따라, 맨틀도 당겨져서 이동한다.
이동하던 기세로 그 일부가 상승한다.
진원에서 400km 먼 곳의 지반을 밀어올려, 융기시켰다는 것이다.
동쪽으로 당겨지는 힘에다가, 밑에서 밀어올리는 힘이 더해져,
활단층이 움직이기 쉬워졌다고, 니시무라 연구관은 생각한다.
융기가 확인된 지역에는 이미 수많은 활단층이 있다고 알려져있다.
니시무라 연구관은 그런 지역에서는 특히 주의해야한다고 지적한다.
니시무라 연구관,"M9 초거대지진이므로, 그 영향이 오래간다.
아마도 수년, 수십년에 걸쳐, 이러한 변동이 계속된다.
발밑에서 그런 현상이 계속된다는 점을 주의해야한다."
지구를 둘러싼 12장의 판.
서로 부딪치는 복잡한 힘이 세계각지에서 활단층의 지진을 일으켜왔다.
미국 서부해안. 태평양판과 북미판의 경계에 있는 San Andreas 단층.
(1906년 샌프란시스코지진 M7.9) 20세기초 이 단층일부가 움직여서
센프란시스코는 괴멸적인 피해를 입었다.
길이 1,300km. 단층 인접지역에선 지진이 되풀이되고 있다.
지금 과학자들이 가장 위험하게 보는 것이, 로스앤젤레스에 가까운 단층 남쪽부분이다.
USGS Kenneth Hudnut 박사,"로스앤젤레스 부근의 단층에서는 과거 150년마다 지진이 일어났다.
마지막은 300년전이었으니까, 이제 언제 터져도 이상하지않다."
인도, 호주판이 밀고있는 유라시아대륙.
그 중앙에 있는 중국 룽먼산(龍門山, Longmenshan)단층.
(2008년 쓰촨대지진 M7.9) 길이 250km 단층이 단번에 미끄러져,
학교가 붕괴되는 등 사망자·실종자 8만명을 넘었다.
유라시아판과 필리핀해판이 부딪치는 대만 처롱부(車籠埔, Chelungpu)단층.
(1999년 대만대지진 M7.3) 14년전 대지진으로 14m 낙차의 활단층이 지표면에 나타났다.
(3월27일 대만 M6.1) 그리고 지난달 또다시 근처에서 지진발생.
1명 사망, 약100명 부상했다. 이번에는 다른 활단층이 움직였다고 생각된다.
지구규모로 밀고당기는 가운데, 계속 움직여왔던 대지의 상처..
압도적인 힘앞에 사람들은 속수무책이었다.
다음 직하지진은 어디서 일어나는가.
과학자들이 경계하는 것은 수도권의 다치카와(立川)단층대.
이곳에서도 지반이 약간 융기했다.
도쿄에서 사이타마에 걸쳐 33km, 도시 지하에 활단층이 뻗어있다.
일본정부 예상으로는 M7.3 막상 터지면, 단층을 따라 진도7의 심한 흔들림이 덮친다.
최대 48만채 건물이 전손 또는 소실, 사망자 6,300명에 달할 것으로 예상.
막대한 피해가 예상되는 다치카와단층대.
그러나 지표면에는 나타나있지 않다.
활단층에는, 지표면에 나타난 것과, 모래나 돌이 쌓인 퇴적층에 숨겨진 것이 있다.
다치카와단층대는 두터운 퇴적층에 덮여있다.
완만하게 경사진 사면.. 다치카와단층대 위치는 이런 지형을 단서로 추정된다.
주변 조사결과, 몇가지 지진의 흔적도 발견됐다.
정부는 지진 위험성이 높은 다치카와단층대 모습을 밝히고자, 조사에 나섰다.
공장이 철거된 넓은 땅에 다치카와단층대가 관통하고있다.
과학자들이 깊이10m 홈을 파서, 활단층이 움직인 흔적을 찾았다.
그러나 퇴적층 속에서 흔적을 찾는 것이 쉽지않다.
조사중에 세로로 뻗은 지층의 단면이 보였는데, 나중에 이곳에서 공사했던 흔적이었음이 밝혀졌다.
지하에 숨은 활단층의 모습은 두터운 퇴적층에 가려진 채로 있다.
지진이 발생할 때까지 모습을 보이지 않는 활단층.
그 위험에 직면해서, 큰 피해를 입은 지역이 있다. 뉴질랜드 Christchurch.
(2011년 2월 크라이스트처치 지진 M6.3) 도시직하에서 발생. 185명이 희생됐다.
당시 뉴질랜드정부가 발표했었던 활단층지도이다.
150개 이상의 활단층이 확인돼있었다.
그러나 크라이스트처치가 있는 평야는 전혀 공백지대였다.
활단층은 발견되지 않았던 것이다.
액상화현상으로 솟아나온 퇴적층의 모래와 진흙.
지진이 터지고서야 비로소 그 밑에 활단층이 숨어있었음을 알았다.
이 지진을 연구하는 Bill Fry 박사(Institute of Geological and Nuclear Sciences).
퇴적층 밑에 있는 활단층의 존재를 찾았다.
지하의 활단층, 즉 진원단층은 두께 약1km의 퇴적층에 덮여있었다.
지진으로 단층이 어긋난 흔적은 오랜 세월 모래나 진흙이 덮여서,
점점 안보이게 된다. 활단층의 존재는 알수없게 돼있었다.
Fry 박사,"두터운 최적층이 덮은 곳에서는, 모든 활단층의 위치를 알아내기가 매우 곤란하다.
우리는 예상치못한 지진으로 피해를 입었다."
지진이 발생할 가능성을 사전에 지적할수는 없었는가.
Fry 박사는 지금도 아쉬워한다.
(2010년 9월 Darfield지진 M7.1) 실은 크라이스트처치지진보다 반년전에
같은 평야지대의 40km 거리에서 M7.1의 대지진이 있었다.
이때 지하 깊은곳에 진원단층이 숨어있는걸 알았다.
Fry 박사는 그밖에도 진원단층이 있을지 의심하고, 분석하고 있었다.
그런 와중에 크라이스트처치에서 지진이 터져버린 것이다.
Fry 박사,"퇴적층 밑에 큰 단층이 있을지 모른다고, 사전에 알릴 수는 있었을지 모른다.
나는 지금, 아는 것을 전하는 것뿐만 아니라, 알지 못하는 것을 전하는 것이 중요하다고 생각한다."
밝혀지는, 퇴적층 밑에 숨은 위험
관동평야에서는 다치카와단층 외에는, 활단층이 거의 확인되지 않았다.
그 지하에는 뉴질랜드보다도 두터운 퇴적층이 있다.
도쿄만에 가까울수록 두터워서, 최대 5km 깊이에 달한다.
이 퇴적층 밑에, 아직 알려지지않은 진원단층이 숨어있을 가능성이 있다.
만일 진원단층이 움직여버리면, 퇴적층에 흔들림이 어떻게 전해지는가.
도쿄공업대학 야마나카 교수는 관동의 지반이 흔들리는 정도를 조사한다.
다치카와단층대 주변 3,000곳에 작은 지진계를 설치하고,
"그럼, 시작한다"
지진이 일어났을 때의 최악의 흔들림을 예측하고자 한다.
야마나카교수,"지면의 단단한 정도를 조사해서, 큰 지진에 어느정도 흔들리는지,
기초적인 자료를 만든다."
야마나카교수는 다치가와단층대 주변지반 데이타로부터,
지진발생시의 흔들림을 시뮬레이션했다.
붉은색은 강한 흔들림, 흰색은 가장 심하게 흔들리는 곳이다.
당초 흔들림은 단층근처에 집중되는데, 점차 퍼져간다.
흔들림이 특히 심해지는 곳은 단층의 동쪽 지역이다.
그 지하에는 두터운 퇴적층이 있었다.
퇴적층이 부드럽기 때문에, 두터운 지역일수록 흔들림이 증폭된다.
야마나카교수,"진원단층이 있는 지하 깊은 부분, 그리고 지표와의 사이의 상황,
그것이 어떤지를 아는 것이 최종적인 흔들림을 파악하는 데, 매우 중요하다."
다치카와단층대가 일으키는 지진.
정부의 예상이나, 과학자들의 연구성과로부터, 피해를 시뮬레이션했다.
다치카와단층대 북쪽에서 지진이 발생, 단층을 따라 맹렬한 파괴와 흔들림이 덮친다.
찢어지듯이 파괴되는 빌딩, 도시기능이 장기간에 걸쳐 마비된다.
피해 영향은 도쿄 뿐아니라, 수도권에 넓게 파급될 우려가 있다.
보이지않는 리스크 위에 도시를 구축해온 우리의 사회
숨어있는 위협을 과학의 힘으로 밝히려는 싸움이 계속되고 있다.
도시를 갑자기 발밑에서 공격하는 활단층의 지진.
서일본에서는 이미 18년전부터 경계가 고조됐다.
1995년 고베대지진. 도시를 덮친 직하지진으로 6,434명이 희생됐다.
그 5년후에는 2000년 도토리(鳥取)현 서부지진,
더 5년후에는 2005년 후쿠오카(福岡)현 서쪽 앞바다 지진
(2007년 노토(能登)반도 지진, 2009년 스루가(駿河)만 지진)
큰 피해를 야기한 지진이 각지에서 일어났다.
그 요인은 도카이(東海)에서 서쪽 해저에 걸치는 판경계, 난카이(南海)트로프.
이곳에선 동일본대지진 발생전처럼 해양판에 밀려, 육지판에 응력이 쌓여있다.
활단층이 움직이기 쉬운 상태다.
그런 가운데, 과학자들이 경계하는 것이, 오사카 중심부를 관통하는
우에마치(上町) 단층대다. 오사카 평야를 거의 종단하는, 남북 42km의 활단층.
그러나 그 지하구조는 밝혀지지 않았었다.
노란선이 우에마치 단층대다.
정부예상으로는 흔들림이 최대 진도7.
최악의 경우, 동일본대지진보다 2배이상의 42,000명이 사망한다고 한다.
우에마치 단층대의 전모를 파악할수는 없는가.
과학자들은 3년전부터 조사를 진행해왔다.
연구프로젝트 대표 교토대학 이와타 도모타카 교수.
"리스크가 있는 활단층이 숨어있으니까, 그것을 면밀히 조사하는 것이 매우 중요하다."
아와타교수팀은 최신기기를 써서, 우에마치 단층대 주변을 다시 조사하기로 했다.
도시에서는 건물이 밀집해서, 본래의 지형을 알기 어렵다.
그래서 상공에서 토지의 세밀한 기복을 측정하는 특수한 레이저를 쐈다.
이것은 오사카성 주변 시가지다.
레이저를 쏘면, 건물을 제외한 상태의 지형이 상세하게 나타난다.
그 기복을 봐서, 활단층이 있는지 찾는다.(항공레이저측량)
이렇게 해서 드러난 조사결과다.
이미 확인됐었던 우에마치 단층대(노란선)에 더하여, 분홍색으로 빛나는 선은
이번 조사로 발견된, 활단층으로 의심되는 지형이다.
이미 발견된 활단층에 나란히, 연안에 뻗어있다.
한편, 지하 진원단층은 어떻게 돼있는가.
이와타교수팀은 지상에서 그 구조를 밝히고자 했다.
인공적으로 진동을 일으키는 특수장치를 쓴다.
지면에서 가한 진동이 지하에서 반사되어 돌아오는 시간을 봐서,
숨어있는 진원단층을 찾는다.
분석결과다.
아래 푸른색 부분이 단단한 암반, 그위가 퇴적층이다.
암반이 두곳에서 상하로 어긋나있는 것이 보인다.
그것이 지진을 일으키는 진원단층이다.
이와타교수,"단층이 암반 밑으로 동쪽으로 비스듬히 내려가고있다.
상공으로부터 지형을 조사하고, 지하구조 데이타를 종합해서,
우에마치 단층대의 진원단층의 모습이 처음으로 밝혀졌다.
가장 깊은곳이 지하 15km, 길이는 남북 40km 이상의 거대한 진원단층이다.
게다가 진원단층은 지표로 가면서, 몇갈래나 갈라져 있었다.
이번에 발견된 활단층으로 의심되던 지형에 연결돼있었다.
진원단층은 어떻게 갈라지는가. 모형으로 재현해봤다.
지반을 강한 힘으로 밀면, 비스듬히 갈라진다.
더욱 힘을 가하면, 몇갈래로 갈라지면서 위로 어긋난다.
지하에서 하나로 연결된 우에마치 단층대..
한꺼번에 어긋나서 미끄러지면, 종래의 예상을 넘어서는 심한 흔들림이 야기될
위험성이 보이게 됐다.
이와타교수,"한줄기의 선이나 영역이 아니라, 곳에 따라서는 복잡한 몇가지 변형이 발견됐다.
새로운 발견에 관련해서, 새롭게 지진예상을 시나리오로 제시할 수 있기를 바란다."
지하에 도사리는 진원단층을 이토록 상세히 알게 된 경우는 달리 없다.
최신기술로 지하를 조사하는 시도가, 각지의 활단층에서 시작되고있다.
(2월 22일 크라이스트처치) 지하에 숨어있던 활단층이 갑자기 움직인 크라이스트처치.
지진 2년후, 올해 2월에 추도식이 있었다.
피해흔적이 여전히 남아있는 시내 한쪽 구석에서는, 어떤 조사가 시작되었다.
과학자들이 총력을 기울여, 퇴적층 밑의 진원단층을 찾아내려 한다.
Canterbury 대학 Brendon Bradley 박사,"찾으면 찾을수록, 지하에서는
몰랐던 활단층이 잇따라 발견될 것이다. 언제 어디서 지진이 일어나도
이상하지 않다는 각오가 우리에게 필요하다고 생각한다."
(후쿠시마현 이와키시) 그리고 일본에서도, 다음 지진의 단서를 찾는 연구가 시작되고 있다.
도쿄공업대학 오가와 야스오교수. 주목하는건 지진을 유발하는 물의 존재다.
지하에 전류를 흘려, 전기저항을 봄으로써, 지하깊은 암반에 포함된 물을 조사하고있다.
2년전에 활단층이 나타난, 후쿠시마현 이와키시 지하 10km.
진원단층 바로옆에 많은 물을 포함한 암반이 있음을 규명했다.
당시 부근에서 작은 지진이 빈발하고, 큰 지진이 터진건 그 직후였다.
물이 진원단층을 움직이기 쉽게 한게 아닌가.
오가와교수는 물과 지진의 관계를 밝히고자 한다.
오가와교수,"아직 기초적 연구단계인데, 내륙의 지진발생에서는
물이 고여있는 것이 매우 중요하다고 생각한다.
최종적으로 지진이 일어나기 전에 혹시 알아낼 수 있을지도 모른다."
대지의 변동으로부터 다음번 리스크를 찾는 니시무라 연구관.
지금도 진행중인 일본열도의 이변에, 어떤 작은 변화도 놓치지 않으려고,
분석을 계속하고 있다.
니시무라 연구관,"지진후 2년이라는 것은, 인간에게는 긴 시간이더라도,
지구에게는 매우 짧은 시간인 것이다. 모든 현상이 끝나지 않았고,
앞으로 수십년 단위로 일본열도의 지각변동을 생각해야 한다."
메가퀘이크. 우리 발밑에 도사리는, 보이지 않는 위협.
그 전모를 밝히려면, 아직 수많은 수수께끼가 남겨져 있다.
그래도 우리는 미래로 이어지는 생명을 위해서,
위험이 어디에 숨어있는지, 찾아야만 하는 것이다.(끝)
