지진 규모와 강도

왜 배우는가: 지진 규모와 진도를 구분하지 못하면 지진원 평가와 부지별 피해 평가가 뒤섞여 답안의 논리가 흔들린다. 두 개념은 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에 함께 반복해서 출제된다. 내진설계와 지진재해 평가의 출발점이므로 실무에서도 기본이 된다.

출제 이력: 제138회 2교시 3번, 제125회 1교시 1번, 제120회 1교시 8번, 제87회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지진의 규모는 진원에서 방출된 지진 에너지의 크기를, 진도는 특정 지점에서 지반이 흔들리는 세기와 그에 따른 영향 정도를 나타낸다.

지진 답안은 두 값을 섞지 않는 것에서 출발한다. 규모는 지진 하나마다 정해지는 대표값으로 지진원의 특성을 나타내고, 진도는 같은 지진이라도 관측 위치에 따라 달라지는 값이다. 따라서 진도와 규모를 같은 뜻으로 쓰는 서술은 틀린 생각이다.

두 값을 구분하는 연습은 답안의 첫 줄에서 시작된다. 정의에서 에너지와 흔들림을 명확히 나누지 않으면 개념 혼동으로 감점되므로, 첫 문장부터 두 척도의 대상을 분명히 적어야 한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 지진 규모: 지진원에서 방출된 에너지와 대략 상관관계가 있는 지진 고유의 크기이다.
• 진도: 주어진 위치에서 지반이 흔들리는 세기를 나타내는 척도이다.
• 모멘트 규모: 단층 미끄러짐 양과 단층면 면적, 지각 강성으로 계산되는 규모이다.
• 릭터 규모: 작은 지진을 측정할 때 쓰는 국지 규모이다.
• 최대 지반 속도(PGV): 진도와 연관성이 있는 지반 운동의 속도 지표이다.
• 등진도선: 같은 진도가 관측된 지점을 선으로 이은 지도이다.
• 메르칼리 진도 계급: 흔들림의 영향과 피해로 세기를 정하는 계급 체계이다.
• 지진 에너지: 규모가 기준으로 삼는 방출 에너지이다.

2. 개념 풀이

지진 규모는 지진의 강도나 절대적인 크기를 추정한 값으로, 지진이 얼마나 지반을 흔들 수 있는지를 나타낸다. 규모는 방출된 지진 에너지와 대략 상관관계가 있으므로 지진원의 잠재력을 파악하는 데 쓰인다. 진도는 주어진 위치에서 지반이 어느 정도로 흔들리는지를 나타내는 척도이며, 최대 지반 속도(PGV)와 연관된다.

규모는 로그 척도이다. 규모가 1 커지면 진폭 약 10배, 에너지 약 32배 커지며, 이를 식으로 쓰면 E = k·10^{1.5M} 이다. 여기서 E는 방출 에너지(J), M은 규모, k는 비례상수이다. 이 차이 때문에 규모가 2 커지면 에너지는 약 1000배가 된다.

진도는 지진원에서 멀어질수록 일반적으로 작아지지만, 지반 조건에 따라 국지적으로 달라진다. 간척지처럼 무른 흙이 두껍게 쌓인 층은 지진파를 증폭시키고, 퇴적분지는 지반이 공명하여 흔들림이 더 오래 이어진다. 1989년 로마프리타 지진에서 진원에서 100여 km 떨어진 샌프란시스코 마리나구의 피해가 가장 컸던 것도 기반암에서 반사된 지진파가 지반을 증폭시켰기 때문이다. 따라서 규모와 거리만으로 진도가 선형으로 정해지지 않는다.

일본 기상청 진도 계급은 1996년 이후 지진계의 흔들림 크기로 진도를 정하며, 0~7 계급, 10단계로 구분한다. 5와 6은 각각 약과 강으로 나뉘어 0, 1, 2, 3, 4, 5약, 5강, 6약, 6강, 7의 순서를 이룬다. 우리나라도 2000년까지 이 계급을 사용했다.

메르칼리 진도 계급은 사람의 체감과 건물·지반의 피해를 기준으로 세기를 정하는 계급 체계이다. 계기가 없던 시기의 지진을 추정하는 기준으로 쓰이며, 훈련받지 않은 관측자도 활용할 수 있다.

모멘트 규모는 단층이 미끄러진 양과 단층면 면적, 지각의 강성을 곱한 지진 모멘트에 기반하여 방출 에너지 총량을 반영하는 규모이다. 중대형 지진에서 가장 표준적으로 쓰이며, 매우 작은 지진에서는 측정이 잘 되지 않는 한계가 있다. 언론에서는 이를 릭터 규모라고 보도하는 경우가 많으므로 답안에서는 두 척도를 구분해 써야 한다.

등진도선은 관측된 진도를 같은 값끼리 묶어 그린 지도이다. 이 지도로 최대 진도가 진앙 근처가 아닌 곳에 나타나는 경우와 지진이 감지된 범위를 함께 유추할 수 있다.

규모와 진도는 측정 방법도 다르다. 규모는 지진파 기록과 단층 변위로 산정하고, 진도는 사람의 체감, 물체의 이동, 건물 피해와 계측기록을 종합해 등급화한다. 같은 지진이라도 두 값은 서로 다른 자료로 정해지므로 한쪽이 다른 쪽을 대신할 수 없다.

규모는 지진 하나에 대한 대표값이고, 진도는 관측 지점마다 달라지는 값이다.

3. 등장 배경과 필요성

지진의 크기를 말하는 방법은 계기 관측이 시작되기 전부터 필요했다. 지진계가 없던 시기에는 사람이 느낀 흔들림과 건물, 지반의 피해를 기록해 세기를 추정할 수밖에 없었다. 이 방식이 진도 개념의 출발이며, 1902년 주세페 메르칼리가 만든 메르칼리 진도 계급이 대표적이다.