지진해일

3. 발생 원인

지진해일은 주로 지진으로 발생하지만, 그 외에도 다양한 원인으로 발생할 수 있다.

• '''지진''' : 대부분의 지진해일은 해저에서 발생하는 지진으로 인해 발생한다. 해저 지형이 갑작스럽게 변하면서 그 위에 있던 물이 움직여 거대한 파도가 만들어진다.
• '''산사태''' : 해저 산사태나 화산섬의 대규모 산사태도 지진해일을 일으킬 수 있다. 1958년 알래스카 리투야만에서는 거대한 산사태로 인해 524m 높이의 거대해일이 발생하기도 했다.^[299]
• '''화산 분화''' : 화산 폭발, 특히 해저 화산 폭발은 화산해일을 일으킬 수 있다. 1833년 크라카토아 분화, 2022년 훙가통가 해저화산 분화 등이 대표적인 예시이다.
• '''기타''' : 드물지만, 핵실험과 같은 인공적인 폭발^[53][54]로 인해 지진해일이 발생할 수 있다. 제2차 세계 대전 당시 뉴질랜드 육군은 폭발물을 이용해 인공 지진해일을 만드는 실험을 하기도 했다.^[316]

3. 1. 지진 활동

3. 1. 1. 해일지진

3. 1. 2. 원거리 지진해일

• 1960년 발디비아 지진 당시 하와이와 일본^[290]
• 2004년 인도양 지진해일 당시 인도양 연안국들^[291][292]
• 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 당시 하와이와 미국 서해안 지역^[293][294]

3. 2. 산사태

3. 3. 화산 분화

3. 4. 기상학적 원인

3. 5. 인공해일 및 유발해일

4. 특성

지진해일은 지진 외에도 산사태, 화산 분화, 빙하 분출, 화구 등으로 발생할 수 있다. 지진해일은 빠르게 밀려들어오는 물벽의 부수는 힘과, 대량의 물이 육지에서 빠져나가면서 잔해물을 빨아들이는 흡입력으로 피해를 입힌다.^[318]

일상적인 파도는 파장이 약 100m이고, 높이는 최대 2m 정도인 반면, 심해에서 발생한 지진해일은 파장이 약 200km로 매우 길다.^[318] 지진해일은 시속 800km 이상의 속도로 이동하지만, 파장이 매우 커서 한 파장이 지나가는 데 약 20-30분이 걸리며 진폭은 약 1m에 불과하다.^[319] 이 때문에 심해에서는 배에 있는 사람이 지진해일을 느끼기 어렵다.

지진해일의 전파 속도는 수심에 중력 가속도를 곱한 값에 제곱근을 구하면 대략적으로 계산할 수 있다. 예를 들어 태평양 수심이 5000m라고 가정하면 지진해일의 속도는 약 224m/s (806km/h)이다. 1960년 발디비아 지진 당시 칠레에서 일본까지 평균 750km/h, 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 당시 일본에서 평균 115km/h로 해안으로 들어왔다.^[320]

4. 1. 전자기장 변동

4. 2. 해일의 후퇴 현상

5. 지진해일 규모 및 강도

지진처럼 지진해일도 그 규모나 강도를 계산해 서로 다른 지진해일 간에 정량적으로 비교하려는 시도들이 여러 차례 있었다.^[335] 지진과 마찬가지로, 서로 다른 지진해일 사건들을 비교할 수 있도록 지진해일 강도 또는 규모를 측정하는 여러 척도가 제시되었다.^[64]

5. 1. 지진해일 강도 척도

2004년과 2011년 지진해일이 집중적으로 연구된 데 이어 2013년에는 환경 진도 계급(ESI 2007) 및 유럽 광대역 진도 계급(EMS)에 최대한 맞추기 위해 새로운 12단계 강도 척도인 통합 지진해일 강도 계급(ITIS-2012)이 제안되었다.^[338][339]

5. 2. 지진해일 규모

6. 지진해일의 높이

지진해일의 높이는 다양한 방법으로 정의되며, 용어에 따라 그 특성과 요소가 달라진다.^{[341][342][343][344]}

• 지진해일의 진폭(Amplitude), 파고(Wave Height), 지진해일 파고(Tsunami Height): 지진해일 발생 당시 정상적인 해수면(만조에서 간조 사이 당시 시각 기준 조수 높이)을 기준으로 한 지진해일 파도의 높이이다. 다른 유형의 파도 높이를 측정할 때 사용하는 골에서 마루까지의 높이와는 다르다.^[345] 해안의 조위관측소나 험조장 등에서 조위관측기로 관측한다.
• 최대 높이, 해일소상고(Run-up Height), 범람 높이(Inundation Height): 지상고도 해발면 기준으로 지진해일이 도달한 최대 높이를 뜻하며, 해수면을 기준으로 쓰나미가 닿은 지상의 최대 해발고도를 의미하기도 한다.^[346]
• 침수고(Flow Depth): 해발고도 혹은 해수면과 상관 없이 지상을 기준으로 지진해일이 닿은 최대 높이를 의미한다. 육지의 구조물에 남아 있는 지상으로부터 침수 흔적 높이로 측정한다.
• 최대 수위(Maximum Water Level): 지진해일이 닿은 흔적 혹은 수심표에서 보이는 해수면 기준 최대 수면 높이를 의미한다. 최대 수위는 반드시 범람선 사이 어느 곳에서도 나타날 수 있기 때문에 지진해일의 최대 높이와 같다고 말할 수 없다.^[346]
• 최대소상고, 소상고(遡上高): 평상시의 조위면을 기준으로 육지의 경사면이나 절벽 등에 남아 있는 침수 흔적이 가장 높이 남아 있는 높이를 뜻한다.

6. 1. 최대소상고와 피해와의 관계

• 선박, 어업 시설 피해는 수십 cm 파고에서도 발생한다.
• 해안 제방 바깥쪽 항만 시설, 항만 도로는 파고 0.7m 정도(T.P.+1.3m 정도)에서 침수 피해가 발생한다.
• 주택 피해는 T.P.+1.0m 정도 이하(대략 파고 1m 미만)에서는 해안 제방 안쪽 주거 지역에 침수가 없지만, 파고 1-2m에서 바닥 침수가 시작되고, 파고 3m부터 전소 및 유실 피해가 시작되며, 5-6m에서 피해가 급증한다.
• 인명 피해는 파고 2m 정도부터 발생하고, 4-5m 정도부터 피해율이 급증한다.
• 단, 파고 1m 정도의 지진해일은 간만조에 따른 조위 변화로 예상보다 더 크거나 작은 피해가 발생할 수 있다.

지진해일은 육지 가까이에서는 해저나 운하, 하구 부근 강의 바닥에 있던 토사, 진흙, 유기물을 포함한 갯벌을 휘저어 올려 섞여서 밀려온다. 이러한 “검은 지진해일”은 바닷물보다 비중이 커 파괴력이 증가한다. 또한 지진해일에 휩쓸린 사람이나 지진해일이 빠진 후 건조한 육지에서 날리는 먼지를 흡입하면 폐렴(쓰나미 폐) 등의 감염병이 발생할 수 있다.^[123]

7. 지진해일의 피해 양상

지진해일에서 밀려오는 물의 압력은 매우 커서 해안의 넓은 지역에 피해를 준다. 인명 피해는 30cm 높이의 지진해일에서도 발생하며, 피해 정도는 파고(침수 높이)와 유속과 깊은 연관이 있다.^[355] 침수 높이가 2m, 4m, 8m로 점점 커질수록 피해 양상이 크게 달라진다고 알려져 있다.^[356] 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진의 경우에는 일본 미야기현 내에서 2m를 기점으로 건축물의 유실 정도가 급증하기 시작해 6m에서 유실률은 80%에 달했다고 조사되었다.^[357]

예를 들어 높이 2m의 일반 파도와 지진해일을 비교하면, 2m의 일반 파도는 평소 편서풍, 저기압 등의 기류, 달의 중력 등의 영향을 받기 때문에 적지 않은 요동이 발생한다. 이 요동의 차이가 최대 2m인 것일 뿐 파장이나 파도를 형성하는 물의 양은 상대적으로 적기 때문에 해안가에 도달해도 해안 지역에 피해를 입히는 일은 그다지 많지 않다. 이에 반해 2m의 지진해일은 지진 등으로 인한 해저의 융기 혹은 침강으로 해수면 자체가 평소보다 2m 더 높아져 그대로 해안을 향해 밀고 들어오는 것이다. 즉 해수면이 갑자기 2m 상승했다고 봐야 한다.^[358]

2m의 일반 파도는 해안에 소량의 바닷물을 뿌리는 정도인 반면 2m의 지진해일은 수 kL의 바닷물을 한꺼번에 해안가로 덮치게 해 자동차와 수많은 사람들을 덮칠 수 있을 정도의 힘을 가지고 있다. 2m 파도가 가진 물의 양은 높이 2m ×파장수 (m)×0.5×약 0.5×해안 길이(m)로 1m 길이의 해안에 밀려오는 파도의 수량은 파장 3m로 가정 시 약 1.5m³(1,500L)로 드럼통 몇 통 분량이다. 반면 2m 지진해일에 있는 물의 양은 높이 2m×파장 수십 km×0.5×0.5×해안 길이(m)이며 1m 길이의 해안에 밀려오는 지진해일의 수량은 파장 10km로 계산 시 약 5,000m³(5,000kL)로 수영장 두 개 분량으로 큰 차이가 난다. 2003년 도카치 해역 지진 발생 당시에는 실제로 2m의 지진해일에 휩쓸려 사람이 사망한 것이 확인되었다. 또한 육지에 지진해일이 가까워지면 물의 흐름이 건축물을 파괴하면서 내륙으로 이동하며 그 잔해들이 휘감기면서 파괴력이 더욱 강해진다. 또한 유빙이나 해빙 등 표류물이 동반될 경우 피해가 더 커진다.^[358]

지진해일이 물러간 이후에도 파손된 주택, 도심지, 공장, 연료 탱크가 불타면서 발생하는 지진해일 화재, 냉각 기능을 상실한 원자력 발전소의 방사성 물질 유출과 같은 2차 피해도 발생한다.

사람이 지진해일에 휩쓸리면 해저의 모래나 바위와 미생물, 유해 물질 등이 포함된 해일의 물 때문에 휩쓸리다 구조된 경우라도 골절, 타박상 등의 외상 이외에도 폐에 미생물, 기름, 모래, 진흙 등을 흡입하면서 발생하는 질환인 "지진해일 폐"로 건강 피해가 발생할 수 있다.^[359]

하구에서 강으로 유입된 지진해일은 수십 km 안쪽 상류까지 거슬러 올라갈 수 있다. 하천을 타고 올라가는 지진해일은 전파 속도가 빨라지고 상류로 올라가는 거리가 더 길어지는 경향이 있다. 1960년 발디비아 지진에서는 일본 오키나와현 이시카와시 이시카와강을 거슬러 올라간 지진해일이 가옥 침수 피해를 입혔고, 2003년 9월 26일 발생한 도카치 해역 지진에서는 지진해일이 물결 모양의 단파를 이루며 일본 홋카이도 도카치강을 거슬러 오르는 모습이 일본 육상자위대 항공기에 촬영되었다. 당시 지진해일은 하구에서 약 11km 상류를 거슬러 올라갔다. 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 당시에는 간토 지방에서 도네강 40km, 에도가와강 3km, 다마강 13km, 이라강 28km 등 대부분의 강에서 지진해일이 수십 km를 거슬러 올라갔다.^[360] 이 때문에 바다에 접해 있지 않은 일본 사이타마현에서도 지진 이후 지진해일 피해에 대응하기 위한 방재 계획을 검토하기 시작했다.^[361]

8. 지진해일 경고와 피해 예방

지진해일 경고는 갑작스러운 해안선 후퇴 현상을 통해 가장 간단하게 알 수 있다. 이를 인지하고 고지대로 대피하거나 고층 건물로 피신하면 생존할 수 있다.^[362] 2004년 인도양 지진해일 당시, 틸리 스미스라는 10세 영국 소녀는 학교에서 배운 지식을 바탕으로 지진해일의 징후를 알아차리고 사람들을 대피시켜 많은 생명을 구했다.^[363]

지진해일의 정확한 예측은 어렵지만, 자동화된 경보 체계를 통해 지진 발생 직후 경보를 발령하여 인명을 구할 수 있다. 지진해일 위협이 큰 지역에서는 지진해일 경고 체계를 통해 주민들에게 경보를 보내고, 대피 경로를 안내한다. 일본은 지진해일 교육과 경고 시스템이 잘 갖춰진 국가 중 하나이다.^[364]

하와이 호놀룰루의 태평양 지진해일 경보 센터(PTWC)는 태평양의 지진 활동을 감시하고, 필요한 경우 지진해일 경보를 발령한다. 컴퓨터 시뮬레이션과 해저 압력계의 실시간 정보를 통해 지진해일 도달 시각과 진폭을 예측할 수 있다. 환태평양 국가는 지진해일 경보 체계에 협력하고 있으며, 미국과 일본 등은 정기적으로 대피 훈련을 실시한다.

인도양 지진해일 이후, 전 세계적으로 지진해일 위협에 대한 재평가가 이루어졌고, 인도양 지역에도 지진해일 경보 체계가 설치되었다.^[365]

• 2011년 동일본대지진에서는 과거 경험으로 인해 대피하지 않거나 늦어져^[145] 희생된 주민이 있었다.^[146]
• 가마이시시의 우스즈미 지역 방재 센터는 "방재"라는 명칭 때문에 지진해일 대피 장소로 오해되어 사망자가 발생, 소송으로 이어졌다.^[147]
• 미야기현 가즈마을, 토쿠라촌 등지에서는 "맑은 날에는 지진해일이 오지 않는다", "추운 시기에는 지진해일이 없다" 등의 이야기가 전해져 왔다.^[148][149] 쇼와 산리쿠 지진 때는 이 전승 때문에 오히려 많은 희생자가 발생했다.
• 쇼와 산리쿠 지진은 강한 흔들림을 동반했지만, "강한 흔들림이 있을 때는 지진해일이 오지 않는다"라는 전승 때문에 피해를 입은 사람도 있다.^[150] 이는 메이지 산리쿠 지진에서 약하고 느린 흔들림 후 지진해일이 왔다는 경험에 기반한다.
• 메이지 산리쿠 지진 (6월 15일, 음력 단오절)과 쇼와 산리쿠 지진 (3월 3일, 양력 삼월 삼일) 발생일 때문에 "지진해일은 절기에 온다"라는 전승도 생겨났다.
• "지진해일은 썰물에서 온다"라는 잘못된 지식^[151]에 기초한 교육이 이루어진 적도 있으며, 개발도상국을 포함하여 잘못된 지식이 유포되고 있다. 과거 일본에서는 "지진이 일어나면 바다로 도망쳐라"라는 부적절한 교훈도 있었다.^[149]
• 홋카이도 히다카 지방 시즈나이정 신모리 부근 아이누 민족은 "술자리를 하던 집을 지진해일이 피해갔기 때문에 지진해일의 신은 술을 싫어한다"라는 전승이 있어, 변고 시 술지게미를 뿌려 지진해일 예방에 사용했다.^[152]
• "지진해일 전에는 반드시 우물 물이 줄어든다"라는 속설도 있었고, 쇼와 산리쿠 지진 때 우물을 들여다보다 대피가 늦어진 사람도 있다고 한다.^[153]
• 미에현 오와시시에서는 "지진 후 지진해일이 올 때까지 밥을 짓는 시간이 있다"라는 전승이 있었지만, 쇼와 난카이 지진 때 지진해일은 약 15분 만에 도달하여 여유가 없었다는 경험담이 있다.^[153]
• "지진 때는 죽림으로 피하라"는 전승을 믿어 쇼와 난카이 지진에서 희생된 사례도 있다. 대나무숲은 지진으로 인한 지반 균열을 막아 안전하다는 속설에서 생긴 것이나, 근거가 없고 지진해일 탈출에도 도움이 되지 않는다.^[153]

8. 1. 지진해일 경고 체계

• 제1보(약 3분 이내)

• 제2보(약 15분 후)

긴급경보방송과 긴급지진속보 등의 시행으로 현재는 쓰나미 정보가 충실하지만, 쓰나미 경보가 발령되어도 대피하지 않는 주민이 많은 것은 예전부터 문제가 되고 있으며, 동일본대지진에서는 쓰나미 교육이 제대로 이루어지지 않았다는 점이 드러났다. 따라서 경보라는 제도뿐만 아니라, 받아들이는 측도 교육·계몽될 필요가 있다.

일본을 포함한 태평양 지역에서는 1960년 칠레 지진으로 인한 쓰나미로 일본을 포함한 여러 국가가 피해를 입은 것을 계기로, 유네스코(국제연합교육과학문화기구)를 중심으로 태평양 쓰나미 경보 기구 국제 조정 그룹(ICG/PTWS)이 설립되었다. 현재 일본, 미국, 중국, 호주, 칠레, 러시아, 한국 등 26개국과 지역이 가입하고 있으며, 연안 국가에서 지진이나 쓰나미가 발생하면 데이터가 하와이에 있는 미국 국립해양대기청의 태평양쓰나미경보센터(Pacific Tsunami Warning Center, PTWC)에 모아지고, 각국에 쓰나미의 규모, 도달 예상 시각 등의 경보를 발령하는 시스템이 있다.^[163]

PTWC는 PTWS 가입국에 2014년 10월 1일 00UTC부터 쓰나미 정보의 형식과 내용을 개정할 것을 알렸다.^[164] 구체적으로 어떤 정보를 가입국에 알릴지에 대한 자세한 내용은 2014년 9월까지 개정(아직 사소한 서술 변경이 이루어지고 있다)된 안내서^[165]에 나와 있다. 변화하는 점은 PTWC가 반강제적으로 경보와 주의보를 가입국에 내렸던 것에서 각국이 판단하는 데 필요한 정보 지원에 전념하는 방향으로 전환된 것이다. 지금까지 사용되던 "Tsunami warning is in effect", "Tsunami watch is in effect" 와 같은 경보·주의보 문구가 폐지되고, 어느 정도 높이의 쓰나미가 닥칠지, 그 지역을 구체적으로 명시하여 알리도록 변경된다. 이 문구가 바뀌었다고 해서 자국의 쓰나미 관련 경보·주의보 변경을 강요하는 것은 아니다. 가입국은 가능한 범위 내에서 개정을 검토하고 실효성 있는 개정 작업을 진행하고 있다.

PTWC가 가입국에 발신하는 쓰나미 정보(텍스트 형식)는 다음과 같은 구성이다.

인도양에 대해서는 ICG/IOTWS 제9차 총회에서 BoM, INCOIS, BMKG의 정보 발표가 원활하게 운영되고 있음이 확인되었고, 일본 기상청 및 PTWC에 2013년 3월 31일 이후 정보 제공을 중단할 것을 요청받았기 때문에 인도양 지역의 정보는 PTWC에서 정보가 나오지 않는다.^{[166][167][168]}

인도양에서는 2004년 수마트라섬 해역 지진을 계기로 유네스코를 중심으로 정부간 조정 그룹 ICG/IOTWS^[169]를 설립하여 경보 체계를 구축했다. 인도양에서는,

• 호주 기상청(BOM)의 합동 호주 지진해일 경보 센터(JATWC)
• 인도 국립해양정보센터(INCOIS)
• 인도네시아 기상기후지구물리청(BMKG)

• 프랑스 (Laboratoire de Géophysique, Commissariat à l’Energie Atomique (CEA))
• 그리스 (Institute of Geophysics, National Observatory of Athens (NOA))
• 이탈리아 (이탈리아 민방위국(Dipartimento della Protezione Civile)) 및 이탈리아 국립지구물리화산연구소(INGV)
• 포르투갈 (Instituto de Meteorologia (IM))
• 터키 (Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute (KOERI))

• 독일 (Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ))

8. 2. 동물의 반응

9. 피해 완화

지진해일이 자주 발생하는 국가에서는 육지에서의 피해를 줄이기 위해 여러 지진공학적 조치를 취하고 있다.

일본은 1896년 메이지 산리쿠 해역 지진 피해 이후 지진해일 연구와 방재 조치를 시작하여 점차 정교한 대책과 방재 계획을 수립했다.^[368] 해안 지역에는 인구밀집지역 보호를 위해 최대 12m 높이의 지진해일 방조제를 건설했다. 그 외에 최대 15.5m 높이의 수문을 건설해 지진해일 피해를 막고자 했다. 하지만 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진의 사례처럼 이런 거대한 방조제를 넘는 지진해일도 종종 발생하여 그 효과에 대한 논쟁이 있다.^[369] 또한, 방조제가 지진해일 피해를 막지 못해도 사람들이 방조제가 있다는 "낙관 편견"을 가지게 되어 큰 피해를 입는 경우도 있다.

후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고는 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 당시 지진해일이 원전의 방조제 높이를 넘어 덮치면서 발생했다.^[370] 지진해일 위협이 큰 이와테현에서는 해안가의 다로정에 총 25km의 장벽을 세웠으나, 2011년 지진해일로 방조제 50% 이상이 붕괴되고 치명적인 피해를 입었다.^[371] 다만 후다이촌에서는 높이 15.5m의 방조제가 붕괴하지 않아 지진해일을 막아내 피해가 매우 경미했다.^{[372][373][374][375]}

홋카이도의 오쿠시리정(섬)은 1993년 홋카이도 남서쪽 해역 지진 발생 후 2-5분 안에 닥친 지진해일이 거의 30m 높이에 달해 10층 아파트 높이와 비슷했다.^[376][377] 항구의 아오나에 마을은 지진해일 방조제로 한바퀴 둘러싸여 있었지만 지진해일이 벽을 덮쳐 넘어 마을의 모든 목조 건축물이 파괴되었다. 방조제는 지진해일의 속도를 늦추고 높이를 낮추긴 했지만 큰 파괴와 인명 손실을 막지는 못했다.^[378]

10. 연구사

'''쓰나미'''(津波^일본어)는 일본어에서 차용한 단어로, 항구의 파도란 뜻이다.^[235] 일본에서 어부들이 별 일 없이 물고기를 낚고 돌아오면 항구가 쓰나미에 휩쓸려 황폐화되어 있어, 항구에만 들어오는 파도라는 뜻으로 붙여졌다. 1946년 미국 알래스카주에서 일어난 알류샨 열도 지진 해일 이후 세계 주요언론들이 '지진과 해일'을 일컫는 단어로 '쓰나미'를 사용하며 전 세계적으로 퍼지기 시작했다. 당시 하와이에서 참사를 목격한 한 일본계 미국인이 이를 '쓰나미'라고 말한 것이 이 단어가 외국에 알려진 계기로 전해진다. 1948년 미국 정부는 하와이에 태평양 지진해일 경보 센터(PTWC)를 건설하면서 이 센터의 명칭에 영자로 표기한 '쓰나미'를 포함시켰다.^[236]

쓰나미는 첫 번째 제1파가 최대라는 것은 아니며, 수십 분에서 1시간 정도의 간격을 두고 제2파, 제3파와 같은 여러 후속파가 덮칠 수 있다. 따라서 쓰나미 경보·주의보가 해제될 때까지 경계·주의가 필요하다.

2004년 인도양 대지진 해일 발생 이후, 인공위성을 포함한 다양한 관측 데이터가 수집됨에 따라 컴퓨터 모델을 이용한 지진 해일 예측 모델의 검증이 가능해졌다. 미국 해양대기청(NOAA)의 MOST(Method of splitting tsunami) 모델이나 도호쿠 대학의 TSUNAMI-N2 등의 계산 기법이 개발되었다. 지진 해일 시뮬레이션 기술은 지진 해일 예보와 위험 지도 작성에 활용되고 있다. 또한 일본에는 세계 최대 규모인 2.5m의 인공 지진 해일을 발생시킬 수 있는 항만항공기술연구소의 대규모 파랑 지반 종합 수로가 있으며, 건축물 피해 예측을 위한 데이터 수집 등이 이루어지고 있다. 수위 관측은 연안의 조위계 외에도 해저 수압계를 이용한 지진 해일계의 정비가 진행되고 있다. 기존에는 해저 케이블을 이용하여 신호를 보냈지만, 위성에 신호를 보낼 수 있는 해면 부이를 이용한 지진 해일 감시계도 개발되어 설치가 더욱 용이해지고 있다.

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