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초기미동

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목차

1. 개요

초기 미동은 지진 발생 시 P파에 의해 나타나는 작고 약한 흔들림을 의미한다. P파는 S파보다 먼저 도달하며, 초기 미동 지속 시간(PS시)은 P파와 S파의 도달 시간 차이를 나타낸다. PS시는 진원으로부터의 거리가 멀어질수록 길어지며, 이 시간 차이를 이용하여 진원 거리를 추정할 수 있다. 초기 미동은 주요동보다 작아, 이 시간 동안 지진 경보 체계를 발령하거나 엘리베이터, 고속철도 등을 긴급 정지하여 피해를 줄이는 데 활용된다.

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초기미동
개요
초기 미동지진 발생 시 P파가 도달하기 전에 나타나는 작은 흔들림
영어initial minor tremor
원인
P파지진파 중 가장 빠른 파동
진원지진 발생 지점
도달 시간S파보다 빠름
특징
진폭작음
지속 시간짧음
발생 시기주요 동보다 먼저 발생
활용
지진 조기 경보P파 감지를 통해 S파 도달 전에 경보 발령
기타
관련 용어주요 동
지진파
P파
S파

2. 지진파와 지진동

지진동은 지진파가 만들어 낸 흔들림으로 발생하며, 지진파는 P파, S파, 표면파 등으로 구분된다.[2][3] 이 지진파들은 전파 속도가 각기 다르다. P파는 약 5km/s ~ 7km/s로 가장 빠르고, S파는 약 3km/s ~ 4km/s이며, 표면파는 이들보다 느리게 전파된다.[4] 이 속도 차이 때문에 관측 지점에는 가장 빠른 P파가 먼저 도달하여 초기미동을 일으키고, 이후 S파와 표면파가 차례로 도착하여 더 큰 흔들림을 유발한다. S파는 횡파로 진행 방향과 수직으로 진동하며 P파보다 큰 흔들림을 만들고, 표면파는 지표면을 따라 전파되면서 가장 큰 진폭을 가지는 경우가 많아 큰 피해를 일으키기도 한다.

2. 1. P파와 초기 미동

지진동은 지진파가 만들어 내는 흔들림으로, 지진파는 P파, S파, 표면파 등으로 구분된다.[2][3] 이 지진파들은 전파 속도가 각각 다른데, P파는 약 5km/s ~ 7km/s, S파는 약 3km/s ~ 4km/s이다.[4] 따라서 관측 지점에는 P파가 가장 먼저 도달하고, 그 다음으로 S파와 표면파가 순서대로 도착한다. 지진동 역시 각 지진파에 의해 발생하므로, P파에 의한 흔들림이 먼저 나타난 후 S파에 의한 흔들림이 이어진다.

P파는 종파이며 밀도가 낮아 그 흔들림이 S파보다 작다. P파에 의해 발생하는 첫 번째 흔들림을 초기 미동이라고 부른다. P파는 주기가 짧기 때문에 초기 미동은 '드르륵'거리는 것처럼 느껴지는 작고 빠른 흔들림이며, 사람이 체감하기에는 큰 흔들림이 아니다. 또한, 초기 미동의 진동 주기는 건물을 크게 흔드는 주기와 다르기 때문에, 초기 미동 단계에서 건물이 붕괴되는 등 큰 피해가 발생하는 경우는 드물다.

3. 초기 미동 지속 시간(PS시)

'''초기미동 지속시간'''(duration of preliminary tremors영어) 또는 '''PS시'''는 지진 발생 시 P파와 S파의 전파 속도 차이 때문에 발생하는 시간 간격을 의미한다. 지진파는 진원에서 출발하여 지표면이나 지구 내부를 통해 전파되는데, P파의 속도가 S파보다 빠르기 때문에 관측 지점에는 P파가 먼저 도착하고 일정 시간 후에 S파가 도착하게 된다.

진원으로부터 거리가 멀어질수록 P파와 S파의 도착 시간 차이는 점점 커지므로 PS시는 길어진다. 반대로 진앙과 매우 가까운 지역에서는 P파와 S파가 거의 동시에 도달하는 것처럼 느껴져 PS시가 매우 짧거나 거의 없을 수 있다.

이 PS시는 진원까지의 대략적인 거리를 추정하는 데 기초 자료로 활용될 수 있으며, PS시가 길수록 진원이 멀리 있다는 것을 의미한다. 또한, 상대적으로 진동이 작은 초기미동이 지속되는 PS시 동안 지진 경보 체계를 발령하거나 엘리베이터, 고속철도 등 주요 시설을 긴급 정지시키는 등 지진 재해를 예방하고 피해를 줄이는 데 중요한 역할을 한다.[5]

3. 1. PS시와 진원 거리

P파와 S파는 전파 속도가 다르기 때문에 지진 관측소에 도달하는 시간에 차이가 발생하는데, 이를 '''초기미동 지속시간'''(duration of preliminary tremors) 또는 '''PS시'''라고 한다. 진원과의 거리가 멀수록 P파와 S파의 도착 시간 차이가 커지므로 PS시는 길어진다. 반대로 진앙 부근에서는 PS시가 매우 짧거나 거의 없는 것처럼 느껴질 수 있다.

PS시에 특정 상수를 곱하면 진원까지의 거리를 대략적으로 계산할 수 있다. 일반적으로 PS시(초 단위)에 약 8을 곱하면 진원 거리(km)를 추정할 수 있다. 예를 들어, PS시가 20초라면 진원 거리는 약 160km가 된다. 이 방법은 하나의 지진계 기록만으로도 진원 거리를 추정하거나, 여러 지진계 기록을 이용해 진원의 위치를 결정하는 데 유용하게 사용된다.

하지만 이 방법에는 한계가 있다. 1892년 유고슬라비아의 기상학자 모호로비치치는 진원 거리가 약 200km 이상 멀어지면 지진파의 속도가 빨라지는 현상을 발견했다. 이는 지진파가 지구 내부의 맨틀층에서 굴절되어 더 빠른 경로로 전파되기 때문이다. 따라서 진원과 관측소 사이의 거리가 200km 이상으로 멀어지면, 맨틀을 통과해 더 빨리 도착한 지진파의 영향으로 PS시를 이용한 거리 계산의 정확도가 떨어진다.

지진의 방재 관점에서도 이 초기미동 지속시간, 즉 PS시는 유용하게 활용된다. 초기미동은 이후 도달하는 S파에 의한 주요동보다 상대적으로 진동의 크기가 작기 때문에, 이 짧은 시간 동안 지진 경보 체계를 발령하거나 엘리베이터, 고속철도 등을 긴급 정지시켜 더 큰 피해를 예방하는 데 사용된다.[5]

지각이 균질하다고 가정하고 P파와 S파의 속도를 각각 V_P와 V_S라고 하자. 시간 T_0에 지표면에서 지진이 발생하여 진앙 거리가 L인 지점에 P파와 S파가 각각 T_P와 T_S 시각에 도달했다면, 각 파의 도달 시간은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

  • P파 도달 시간: T_P = T_0 + \frac{L}{V_P}
  • S파 도달 시간: T_S = T_0 + \frac{L}{V_S}


두 파동의 도달 시간 차이, 즉 PS시(T_S - T_P)는 다음과 같이 계산된다.

  • T_S - T_P = \left( T_0 + \frac{L}{V_S} \right) - \left( T_0 + \frac{L}{V_P} \right) = L \left( \frac{1}{V_S} - \frac{1}{V_P} \right) = L \frac{V_P - V_S}{V_P V_S}


이 식을 진앙 거리 L에 대해 정리하면 다음과 같다.

  • L = (T_S - T_P) \frac{V_P V_S}{V_P - V_S}


여기서 (T_S - T_P)는 PS시이고, \frac{V_P V_S}{V_P - V_S}는 P파와 S파의 속도에 의해 결정되는 상수값이다. 따라서 진앙 거리(L)는 PS시에 정비례함을 알 수 있다.

3. 2. PS시의 활용

P파 도착 후 S파가 도착하기까지의 시간인 초기미동 지속시간(PS시)은 지진 방재에 유용하게 활용된다. P파에 의한 초기미동은 S파에 의한 주요동보다 상대적으로 진동의 크기가 작기 때문에, 이 시간 동안 신속하게 대응하면 피해를 줄일 수 있다.[5]

구체적으로, 초기미동이 감지되면 지진 경보 체계를 발령하여 사람들이 미리 대피할 시간을 확보할 수 있다. 또한, 엘리베이터나 고속철도 등을 자동으로 긴급 정지시켜 더 큰 사고를 예방하는 데에도 활용된다.[5] 이러한 시스템은 지진 발생 시 인명과 재산 피해를 최소화하는 데 중요한 역할을 한다.

PS 시간은 진원과의 거리에 비례하여 길어지므로(대략 PS 시간(초) × 8 ≈ 진원 거리(km)), 지진 발생 시 관측 지점과 진원 사이의 거리를 빠르게 추정하는 데에도 사용될 수 있다. 이는 지진 상황을 신속하게 파악하고 효과적인 대응 계획을 수립하는 데 도움을 준다.

4. 지진 방재

방재 측면에서, P파 도착 후 S파가 도착하기까지의 시간인 초기 미동 지속 시간은 유용하게 활용된다. 초기 미동은 S파에 의한 주요 지진동보다 상대적으로 작기 때문에, 이 시간 동안 사람들이 대피하는 것이 비교적 용이하다. 또한, 이 시간을 활용하여 지진 경보 시스템이 작동하거나, 엘리베이터에 P파 센서를 장착하여 지진 발생 시 자동으로 안전한 운행을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이를 통해 지진으로 인한 피해를 줄이는 데 기여한다.

참조

[1] 웹인용 Seimeic Wave https://www.onosokki[...] ONO SOKKI CO. 2024-02-11
[2] 기타
[3] 서적 An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure John Wiley & Sons 2009-04-01
[4] 논문 Mémoire sur la propagation du mouvement dans les milieux élastiques https://www.biodiver[...] 1831
[5] 뉴스 緊急地震速報について｜緊急地震速報の内容 http://www.seisvol.k[...] Japan Meteorological Agency 2008-06-29


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