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- 상시 진동이 새로운 여기원의 발견 -

독립행정법인 해양연구개발기구 지진, 지진해일해역관측연구개발센터 연구팀은 난카이 트로프 부근에 조밀하게 전개된 수중청음기(hydrophone, 수중의 음파를 고밀도로 검지하는 장치)의 데이터로 지진파간섭법이라는 방법을 적용하여 음향 랠리파라는 파동에 의해 섭입대 부근의 해양-지반이 항상 진동하고 있다는 것을 세계에서 처음으로 발견하였다. 또한 그 음향 랠리파가 강하게 진행하는 방향과 발생장소를 조사하면 난카이 트로프에서 지진이 많이 발생하고 있는 영역이 사출되어 있으며 지진이 음향 랠리파를 발생시키고 있다는 것을 나타내는 증거를 발견하였다.

연구그룹은 2011년 9월~12월에 난카이 트로프 부근의 해저에 설치된 약 150개 관측점의 수중청음기의 데이터에 지진파 간섭법을 적용하여 항시진동의 존재를 탐색하였다. 수중청음기는 문부과학성의 수탁연구 “도카이 도난카이 난카이 지진의 연동성 평가를 위한 조사 관측, 연구” 프로젝트에 의해 설치된 것이다.

세계 중의 섭입대에서 이와 같이 조밀하게 전개된 관측망은 거의 없고, 해구 및 트로프 부근에서 관측된 노이즈 데이터에 지진파 간섭법을 적용하여 항시진동의 존재를 조사한 것은 본 연구가 세계에서 처음이다.

그 결과 지금까지 알려진 항시진동보다 짧은 주기대(0.5~1.4초)에서 음향 랠리파가 항상 전파되고 있다는 것을 알았다. 수중청음기를 설치하였던 3개월간 이 파동을 관측할 수 있을까를 일 데이터를 이용하여 해석한 결과, 매일 관측할 수 있었다. 또한 이 파동이 어느 정도의 에너지를 가지는가를 이론적으로 계산한 결과, 해중과 해저 밑의 고체 양쪽에 에너지를 가진다는 것을 알았다. 이것은 이 파동이 바다 특유의 현상으로 해중뿐만 아니라 해저 밑의 고체도 진동하고 있다는 것을 시사하고 있다.

이 파동이 전달하는 방향을 조사한 결과, 난카이 트로프 동측에서는 트로프축 부근에서 북쪽 및 남쪽에 파동이 전달되고 있으며, 트로프축의 북측에서는 남북방향, 트로프축의 남측에서는 남향으로 파동이 전달되고 있다는 것을 알았다. 이 파동이 진행하는 방향과 이 부근에서 발생하고 있는 지진의 진원분포를 비교하면 지진이 많이 발생하고 있는 장소에서 음향 랠리파가 사출되고 있다는 것을 알았다. 이것은 지진이 음향 랠리파를 발생시키고 있는 것을 시사하고 있다. 이 음향 랠리파는 감쇠되기 어렵고 전파속도가 느리다는 성질이 있기 때문에 작은 지진이 많이 발생함으로써 정상적으로 음향 랠리파를 존재시킬 수 있다. 또한 이 지진이 발생하는 지점은 해양연구개발기구가 난카이 트로프를 따라 설치한 지진, 지진해일관측감시시스템(DONET) 및 해저지진계 데이터를 사용하여 정해진 것으로 상당히 신뢰성이 높은 것이다.

그래서 연구팀은 지진이 정말로 음향 랠리파를 발생시킬 수 있는지를 조사하기 위해 수치시뮬레이션을 수행하였다. 수치 시뮬레이션에서는 해저지형 및 해저 밑 지진파 속도구조는 현실에 가까운 상황으로 설정하고 지진이 일어나는 장소도 실제로 발생하고 있는 장소 및 깊이로 설정하여 계산을 수행하였다. 그 결과 관측된 음향 랠리파의 도달시각 및 진행하는 방향을 재현하는데 성공하였다.

이상의 결과로부터 섭입대에서 일어나는 많은 작은 지진이 음향 랠리파를 여기하고 그 진동에 의해 항상 해중과 해저 밑이 진동하고 있다고 결론지었다. 지금까지의 연구에서는 항시 진동을 발생시키는 요인은 유체뿐이라고 생각하였지만, 본 연구의 결과로부터 지진도 그 원인이라는 것을 밝혀내었다.

(그림 1) 대기 및 해양 유체의 교란에 의해 여기된 항시진동(항시 지구 자유진동과 파동)
(그림 2) 난카이 트로프 부근에 설치된 수중청음기의 분포(황색△)
(그림 3) 지진파 간섭법에 의해 처리된 파형에 의한 음향 랠리파의 전파방향. (상) 측선 A~D를 북측과 남측으로 나누어 8개 영역의 관측점에 대해 지진파 간섭법을 적용함. (하) 파동의 전파방향을 나타낸 그림.