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일본 동북부 대형지진으로 인해 일본은 물론 한반도 전체가 밀려나갔다. 국토지리정보원과 한국천문연구원이 국내 학계와 공동으로 분석한 결과에 따르면 일본 대지진으로 인해 우리나라 전역은 평균 2.3cm, 울릉도는 4.5cm, 그리고 독도는 5.4cm 동쪽으로 이동했다. 한반도가 위치한 지각은 연간 약 2.5~3.0cm 동쪽으로 이동하는 데 이번 지진으로 하루 동안 연간 이동치를 움직인 것이다.
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| ▲ 일본 대지진으로 인한 GPS기준점의 위치변화 ⓒ한국천문연구원 |
이렇게 지각이 움직인다는 사실은 이미 공공연하게 알려진 사실이다. 그러나 불과 백년 전만해도 땅은 고정돼 있다는 것이 일반적인 통념이었다.
대륙은 이동한다
1912년 독일의 기상학자 겸 지구물리학자 알프레드 베게너(Alfred L. Wegener, 1880-1930)는 프랑크푸르트 지질학협회에서 대륙이동에 관한 논문을 처음 발표했다. 베게너의 주장은 고생물의 분포양상, 지리적 형태, 연결되는 지층, 대빙하의 흔적, 고기후 등에서 발견되는 증거들로 보았을 때, 대륙이 약 2억 년 전에 ‘팡게아’라는 하나의 큰 덩어리로 이뤄져 있었다가 점차 분리됐다는 것이다.
그가 제시한 증거에는 새롭고 설득력이 있는 부분이 많았지만 지질학자들은 “대륙이동(continental drift)의 직접적인 원동력을 설명하지 못한다”는 이유로 이를 받아들이지 않았다. 이에 베게너는 대륙이동설을 뒷받침할 더 많은 증거자료를 찾기 위해 그린란드로 탐사를 떠나지만, 더 이상의 증거를 찾지 못한 채 탐사 도중 행방불명되고 1930년 51세의 나이로 생을 마감한다.
고지자기와 해저지형의 측정
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| ▲ 2억년 전에는 하나의 초대륙인 팡게아였다. ⓒ조서영 | 대륙이동설이 받아들여진 것은 그로부터 약 30년 뒤였다. 두 차례의 세계대전을 겪으면서 상대편을 감지하기 위해 측량기술이 발달하게 되는데 이는 이후 지구과학의 발전을 가져온다.
제1차 세계대전 당시 잠수함이 이동하는 바다 속을 탐지하기 위해 개발된 음파탐지기는 전쟁이 끝나고 학술용으로 쓰인다. 또한 제2차 세계대전에는 미국과 소련 등에서 핵무기 실험을 서로 감지하기 위해 지진관측망을 설치하는 데 이들을 통해 지질학자들은 지진의 진원지가 해저산맥이나 해구임을 밝혀낸다.
여기에 1950년대 고지자기 측정이 가능해지자 대륙이동설은 다시 조명되기 시작했다. 용암이 굳어져 암석이 생성되는 과정에서 자성의 방향은 그 당시의 지구 자기장의 방향으로 굳어 잔류자기로 남는다. 암석에 남은 잔류자기의 방향을 고지자기라고 하는데, 이는 오랜 시간이 지나도 변하지 않기 때문에 암석의 자기 방향을 측정할 경우 과거에 대륙이 이동한 경로를 추적할 수 있다. 처음에 자기력계는 제2차 세계대전 중 비행기로 잠수함을 탐지하기 위해 개발됐다. 이는 전쟁 후 개조돼 해양지각조사에 쓰이고 해저산맥 주위의 자기장이 변화하는 모습을 발견하게 된다.
이렇게 음파탐지기로 해저지형을, 지진관측망으로 진원지를, 자기력계로 고지자기를 측정할 수 있게 되자 이를 종합해 프린스턴대의 디츠(R. Dietz)와 헤스(H. Hess)가 해저확장설(1961년, 1962년)을 각각 주장하게 된다. 해저확장설을 통해 ‘해령에서 솟은 뜨거운 맨틀물질이 해저지형을 만든다’는 맨틀대류설과 ‘판이 움직인다는 사실’이 한꺼번에 받아들여지면서 대륙 이동의 힘이 밝혀진다.
판 구조론의 정립
1963년 인도양을 탐사하던 바인(F. Vine)과 매튜스(D. Matthews)는 지자기가 줄무늬 형태를 띄는 것을 확인하고 ‘중앙해령을 중심으로 평행하게 자기장의 반전무늬가 나타날 것’이라고 예측한다. 1965년 윌슨은 변환단층 및 판의 개념을 정리했고, 1968년 프린스턴대의 모건(J. Morgan)에 의해 수학적 틀이 고안되면서, 대륙이동설과 해저확장설을 포함한 판구조론(theory of plate tectonics)이 이론으로 자리 잡게 된다.
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| ▲ 판 구조론 ⓒ조서영 |
판 구조론이란 지구의 표면이 약 70km두께의 여러 개의 판으로 이루어져 있는데, 이 판들이 맨틀의 대류현상의 의해 상대적으로 이동하고 있다는 것을 말한다. 판의 경계에는 해령, 해구, 습곡산맥, 변환단층 등의 지형이 나타나며 판들이 움직임에 따라 화산활동과 지진활동 등이 일어난다.
현재 전 세계는 크기가 큰 주요 판과 작은 규모의 여러 개의 판으로 이루어져 있다. 주요 판으로는 유라시아판, 북아메리카판, 남아메리카판, 태평양판, 아프리카판, 인도-오스트레일리아판, 남극판이, 중간 규모의 판으로는 나즈카판, 필리핀판, 후안드 푸카판 등이 있다. 오늘날에는 지구위치추적위성(GPS)을 통해 판의 이동으로 나타나는 지각의 움직임을 관측할 수 있다.
판이 움직여 발생한 일본 대지진
이번에 국토지리정보원이 발표한 한반도의 이동은 각 지점별 위성기준점에서 측정했기 때문에 이동거리가 조금씩 다르다. 판 전체가 지진의 영향을 받아 움직인 것이지만 판의 위치에 따라 구성성분이 다르고, 받는 힘의 크기가 달라 지점별로 이동한 정도에 차이가 나타난다. 또한 육지로 드러난 한반도나 일본 열도만 움직인 것이 아니라 바다 속까지 판이 전체적으로 움직인 것이다.
일본은 유라시아판, 필리핀판, 태평양판, 북아메리카판의 경계에 위치해 있어 지진과 화산의 위험이 크다. 이번 규모9.0의 대지진이 발생했던 일본 동북부지역은 태평양판과 북아메리카판이 맞닿아 섭입되는 지점이었다.
한반도가 속해있는 곳은 유라시아판이다. 한반도는 유라시아판 중간에 위치하고 있기 때문에 지진이나 화산위험과 피해 가능성이 일본에 비하면 상대적으로 적은 편이다. 기상청에서 보유한 역대 기록에 따르면 한반도에서 가장 심했던 지진은 1980년 1월 8일 평북 서부 의주·삭주·귀성지역에서 발생한 5.3규모의 지진이었다. 남한의 경우 2004년 5월 29일 경북 울진 동쪽 약 80km해역에서 발생한 5.2규모의 지진, 1978년 9월 16일 충북 속리산 부근에서 발생한 같은 규모의 지진이 가장 심했다.
유라시아판의 중심에 위치한 한반도는 판의 경계에 위치한 국가들보다 지진이나 화산 피해규모가 적을 수 있지만 대비책을 마련해야 한다. 지구의 판은 앞으로도 꾸준히 이동할 것이다. 언젠가 수십억 년 후에는 한반도가 적도, 또는 극지방으로 가까워져 있을지도 모른다. | 
저작권자 2011.05.11 ⓒ ScienceTimes