지난 해 3월 일본 동북부지방을 휩쓴 대형 지진해일(쯔나미)은 지진규모 9의 도호쿠 지진에 의한 것이었다. 당시 지진규모 9에 달하는 초대형지진이 일어나기 전에 1,000번이 넘는 중소형 지진들이 관측됐다고 한다.
최근 일본 지진학자들은 사전에 발생하는 중소형 지진을 통해 미래에 일어날 초대형 지진이 언제, 어디에서 일어날 것인지를 예측하는 연구에 많은 힘을 기울이고 있다.
일반적으로 큰 규모의 지진은 큰 단층이 붕괴되기 때문에 일어난다. 큰 단층이 붕괴되려면 작은 단층들의 장력이 모여야 한다. 일본 도호쿠 지진의 원인을 찾기 위해 지진발생 이전의 수많은 작은 지진 기록들을 수집해 지진발생 전 한달 동안 표준방법으로는 약 333개의 중소형 지진이 분류됐고, 비표준방법으로는 1,416회의 지진이 발생했던 것으로 분류됐다. 비표준방법은 동경대 지진연구소에서 지진파와 해양의 신호 간에 상관관계를 찾아 지진계에 기록되지 않은 지진을 찾아내는 방법이다.
도호쿠 지진은 바다에서 약 500km 에 달하는 긴 해저단층이 붕괴되면서 발생됐다. 이 지진이 발생하기 전에 단층의 북쪽 끝에서 작은 단층들이 두 차례 붕괴된 바 있다. 대형지진은 단층이 찢어지기 때문에 발생하지만 작은 지진들은 단층이 붕괴되지 않고 서로 어긋날 때 주로 발생한다. 때로는 단층의 움직임이 지진계에 전혀 기록되지 않을 때도 있다. 이런 단층을 느린 단층(slow slip), 느린 지진(slow earthquake), 또는 조용한 지진(silent quake) 등으로 부른다.
특히 느린 단층은 해양에서 파도를 발생시키지 않기 때문에 관측이 매우 어렵다. 그렇기 때문에 해저지각에 경사계를 설치해 지층 변화를 직접 관측해야만 측정이 가능하다. 그러나 이런 경사계는 세계적으로 거의 설치돼 있지 않다. 동경대 지진연구소에서 분석한 1,749개 지진 중에서 25개는 느린 단층의 축적으로 발생한 것으로 분석됐다.
도호쿠 지진 이전에 발생한 느린 단층은 500km 단층 북쪽(도호쿠 지진의 진앙지) 40km 지점에서 2월 중순에 시작된 것으로 연구됐다. 느린 단층은 2월 말까지 40km를 남하하면서 연속적으로 발생하다가 멈춘 이후 3월 9일까지는 아무런 움직임이 관측되지 않았다. 3월 9일에 규모 7.3의 지진이 느린 단층의 시작지점에서 발생해 지진파는 빠르게 남하하면서 도호쿠 지진 진앙지에 도달했고, 결국 지진규모 9의 지진이 발생한 것으로 분석됐다.
이를 통해 지진발생의 연속관측을 통해 느린 단층이 대형 지진을 일으킬 수 있다는 것을 알 수 있는 계기가 됐다. 도호쿠 지진의 경우 수 천년 간 느린 단층에 의해 축적된 거대 응력이 규모 7.3 지진으로 인해 일시에 터져 나오면서 규모 9의 대형지진을 일으킨 것으로 연구됐다.(사이언스지 `12.1.20) 이러한 연구는 대형 해저지진을 예측할 수 있는 가능성을 타진한 것에 불과하다. 정확한 예측을 위해서는 단층이 붕괴되는 기작을 정확하게 파악해야 하고, 느린 단층의 발생이나 응력의 축적을 파악해야 하는데 매우 어려운 문제이다.
현대에 발생하는 여러 재난이나 오염 피해는 대부분 누적효과에 의해 발생하는 경우가 많다. 사전에 미리 대비하는 예방적 조치(precautionary approach)가 필요하다. 미국 북서부 태평양 해안에는 1,700년대에 대형 쯔나미가 밀려온 적이 있는데 미국 정부에서는 이 지역 해저 면에 여러 개의 경사계를 설치해서 느린 단층의 발생양상을 추적할 예정이라고 한다. 지진 연구에는 많은 난관이 있지만 미래 언제가 도호쿠 지진과 같은 대형 지진의 발생을 미리 예측할 날도 올 수 있을 것이다.
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