거대해일

1. 개요

거대해일은 지진, 화산 폭발, 산사태, 소행성 충돌 등 다양한 원인으로 발생하며, 특히 지진과 해저 산사태가 주요 원인이다. 이러한 자연 현상들은 해저 지각 변동이나 육상 암석의 붕괴를 통해 엄청난 양의 물을 이동시켜 거대한 파도를 만들어낸다. 역사적으로는 리투야 만, 크라카토아 화산 폭발, 1960년 칠레 지진, 2004년 인도양 지진해일 등 다양한 사례가 있으며, 최근에는 2015년 아이시 만, 2023년 딕슨 피오르에서 발생한 거대해일이 기록되었다. 거대해일은 지역적 피해뿐만 아니라 대양을 건너 광범위한 지역에 걸쳐 심각한 피해를 초래할 수 있으며, 잠재적 위험에 대한 과학적 연구와 대비가 이루어지고 있다.

2. 거대해일의 원인

거대해일은 일반적인 쓰나미와는 발생 원인과 규모 면에서 큰 차이를 보인다. 일반적인 쓰나미가 주로 해저 지진에 의해 발생하는 반면, 거대해일은 대규모 산사태, 화산 폭발, 소행성 충돌 등 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다.

일반적인 쓰나미는 지구 지각의 움직임(판 구조론)으로 인한 해저의 변위로 발생한다. 강력한 지진은 해저를 수직으로 변위시켜 쓰나미를 일으킨다. 일반적인 쓰나미는 해상에서 파고가 낮아 눈에 잘 띄지 않지만, 육지에 접근하면서 해저 지형의 영향으로 파고가 급격히 높아진다. 그러나 가장 강력한 지진으로 인한 쓰나미라도 대개 30m를 넘지 않는다.

거대해일의 구체적인 발생 원인과 관련 사례는 하위 섹션에서 더 자세히 다룬다.

2.1. 지진 및 해저 산사태

거대해일은 일반적인 쓰나미와 달리, 대량의 물을 변위시키는 산사태나 충돌 사건으로 인해 발생한다. 수중 지진이나 화산 폭발 자체는 거대해일을 일으키지 않지만, 이로 인해 발생하는 산사태는 훨씬 더 많은 물을 변위시켜 거대해일을 유발할 수 있다.

바욘 댐 (1963년)과 리투야 만 (1958년)의 사례처럼, 산사태나 충돌이 제한된 수역에서 발생하면 물이 분산되지 못하고 매우 큰 파동이 만들어질 수 있다.

해저 산사태는 쓰나미를 유발할 수 있는 심각한 위험 요소이다. 다양한 유형의 산사태가 쓰나미를 일으킬 수 있지만, 발생한 쓰나미는 가까운 곳에서는 큰 쇄파(run-up)를 보이지만, 지진으로 인한 쓰나미보다 빠르게 에너지가 소멸되는 특징을 보인다. 1998년 7월 17일 파푸아뉴기니 산사태 쓰나미는 최대 15m 높이의 파도로 2,200명의 사망자를 냈지만, 멀리 떨어진 곳에서는 큰 위험을 초래하지 않았다. 이는 대부분의 산사태 쓰나미가 발생 지역이 비교적 작아 파장이 짧기 때문이다. 이러한 파동은 해안 증폭(국소 효과 증폭)과 반경 방향 감쇠(원거리 효과 감소)에 크게 영향을 받는다.

산사태로 인한 쓰나미의 크기는 산사태의 지질학적 특성(푸르드 수)과 쓰나미 생성 시뮬레이션 모델의 유체역학 가정에 따라 불확실성이 크다. 일반적으로 산사태로 인한 쓰나미는 지진으로 인한 쓰나미보다 거리에 따라 더 빨리 쇠퇴한다. 전자는 발생원에서 쌍극자 구조를 갖는 경향이 있고, 방사형으로 퍼지며 파장이 짧다. 반면 후자는 발생원 단층에 수직으로 전파되며 거의 분산되지 않는다.

최근 연구에 따르면 쓰나미의 특성은 산사태의 부피, 속도, 초기 가속도, 길이 및 두께에 따라 달라진다. 특히 부피와 초기 가속도는 쓰나미 형성 여부를 결정하는 핵심 요소이다. 산사태의 갑작스러운 감속은 더 큰 파동을 발생시킬 수 있으며, 슬라이드의 길이는 파장과 최대 파고에 모두 영향을 미친다. 대부분의 수중 산사태는 푸르드 수가 1보다 상당히 작은 아임계적이며, 이는 쓰나미가 파동을 생성하는 슬라이드에서 멀어지면서 파동의 축적을 방지한다는 것을 의미한다. 얕은 물에서는 파동의 전파 속도가 더 작으므로 더 큰 쓰나미가 생성되는 경향이 있다.

해저 지각 변동으로 판의 한쪽이 다른 판 아래로 침강하는 경우, 판 선단부의 융기에 의한 판 경계 지진 (해구형 지진)이 발생한다. 판 경계 지진은 때때로 규모 8 이상의 거대 지진이 발생하여 쓰나미를 동반하기도 한다.

판 경계 부근에서는 해양판 내부에서도 대규모 단층 운동이 일어나는데, 이로 인해 발생하는 지진을 해양판 내부 지진이라고 부른다. 특히 침강하기 전의 해양판 내에서 발생하는 지진은 아우터라이즈 지진이라고 불리며, 판 경계보다 먼 해역에서 지진이 발생하기 때문에, 지진동에 비해 거대 쓰나미가 될 수 있다. 아우터라이즈 지진으로는 1933년의 쇼와 산리쿠 지진 등이 있다.

쓰나미 발생 원인으로, 거대 지진에 의한 단층 운동 외에 해저 산사태도 있다. 쓰나미 발생 요인 중 해저 지진성 쓰나미가 90%를 차지하는 반면, 산사태성 원인은 0.3%로 비율은 낮지만, 발생한 쓰나미의 크기가 국소적으로 커진다는 특징이 있다.

쓰나미 발생원이 복합적인 요인에 의한 것으로 생각되는 경우도 있다. 1771년의 야에야마 지진 쓰나미의 경우, 이시가키섬 남동부 해안 침수 높이가 약 30m에 달했는데, 이 쓰나미는 이시가키섬 남방 해역 판 내부 지진 + 해저 산사태, 이시가키섬 동쪽 해역 판 내부 지진, 류큐 해구 부근 판 경계 지진의 3가지 쓰나미원 모델이 고려되고 있다. 동일본 대지진을 일으킨 2011년의 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에 의한 쓰나미는 태평양판과 북아메리카판 경계에서 발생한 해구형 지진에 의한 것으로 생각되지만, 진원 북쪽에서 발생한 해저 산사태로 발생한 파도와 합쳐져 쓰나미가 거대해졌다는 설도 있다.

2.2. 화산 폭발

1883년, 인도네시아의 크라카토아 화산이 대폭발을 일으켜 해저에 큰 함몰 칼데라가 형성되었고, 이로 인해 최대 35m 높이의 쓰나미가 발생했다.

2.3. 연안 산사태

1792년 시마바라반도의 운젠다케 산기슭에 있는 마유야마에서 대규모 산사태가 발생하여 아리아케해에 대량의 토사가 쇄도하면서 쓰나미가 발생했다. 이 쓰나미는 반대편 해안인 히고국(구마모토현) 연안을 덮쳐 큰 피해를 입혔다(시마바라 대변 히고 메이와쿠). 굴곡이 심한 만에서 쓰나미 높이는 20m를 넘었다고 기록되어 있다.

1958년 미국 알래스카주의 리투야 만에서는 지진으로 인해 만 안을 둘러싸고 있는 사면에서 대규모 산사태가 발생하여 쓰나미가 발생했다. 이 쓰나미는 반대편 해안의 사면 500m가 넘는 높이까지 역류했으며, 이는 세계에서 관측된 쓰나미 흔적 중 최고 기록이다. (리투야 만 대쓰나미)

2.4. 소행성 충돌

백악기-고생대 대멸종과 관련된 소행성이 약 6600만 년 전 유카탄 반도에 칙술루브 충돌구를 생성했을 때, 높이 100m 이상의 거대해일이 발생했을 것으로 추정된다. 충돌 지역의 비교적 얕은 바다 때문에 해일 높이가 제한되었지만, 만약 소행성이 깊은 바다에 충돌했다면 거대해일 높이는 4.6km에 달했을 수도 있다. 거대해일을 유발한 메커니즘에는 직접적인 충돌, 충격파, 충돌구에서 물이 밀려 나오는 현상, 그리고 최대 ~11의 리히터 규모 지진을 동반한 지진파 등이 있었다.

칙술루브 거대해일의 전 지구적 영향을 시뮬레이션한 결과, 초기 파고는 1.5km였으며, 이후 파도는 멕시코 만에서 최대 100m, 북대서양 및 남태평양에서는 최대 14m 높이에 달했다. 루이지애나에서 발견된 평균 파장 600m, 평균 파고 16m인 거대 리플은 이를 뒷받침하는 증거로 보인다. 데이비드 숀팅과 캐시 에즈레일슨은 폭발 및 충격파로 인해 처음 밀려난 해수면 높이가 칙술루브 충돌체의 높이인 10km에서 12km 이상에 달하는 "에저튼 효과" 메커니즘을 제안했다. 이후 붕괴는 서로 다른 수심에 따라 높이가 변화하며 최대 500m까지 상승하는 거대해일을 유발했다. 또한, 충돌로 인한 초기 충격파는 주변 지역에 거대한 산사태와 침강을 일으키는 지진파를 유발했고, 그 결과 다양한 크기의 거대해일이 발생했다. 당시 거대한 내해의 일부였던 3000km 떨어진 타니스에서는 몇 분 안에 충돌로 인한 지진 진동에 의해 직접적으로 유발된 10m에서 100m 규모의 세이시가 발생했다.

약 32억 6천만 년 전, 37km에서 58km 너비의 천체가 초당 20km의 속도로 현재 남아프리카 공화국의 요하네스버그 동쪽, 스와질란드와의 국경 근처에 충돌했다. 당시 이 지역은 행성의 대부분을 덮고 있던 시생대의 바다였으며, 약 500km 너비의 충돌구를 만들었다. 이 충돌은 바다 표면 아래 수천 미터 깊이까지 확장되고 해안선에 도달했을 때 마천루 높이에 달하는 거대해일을 발생시켰다. 그 결과 바버턴 녹색암대가 만들어졌다.

250만 년 전 남동 태평양에서 발생한 엘타닌 충돌은 칠레 남부와 남극 반도에서 높이가 200m 이상인 거대해일을 유발했고, 이 파도는 태평양의 상당 부분을 휩쓸었다.

지질 시대에 발생한 천체·운석 충돌로 인한 해일로는 약 6600만 년 전 멕시코 유카탄 반도에 운석이 낙하하여 발생한 치추루브 충돌이 있으며, 해일의 최대 파고는 약 300m로 추정된다. 또한 약 215만 년 전의 엘타닌 충돌에서는 소천체가 심해역에 충돌했다고 생각되며, 충돌구는 발견되지 않았지만, 이로 인해 발생한 해일은 칠레 연안부에 100m가 넘는 높이로 도달했다고 한다.

3. 역사적 거대해일 사례

1950년대 이전, 과학자들은 지진으로 관측된 것보다 훨씬 큰 규모의 해일이 고대 지질 과정의 결과로 발생했을 수 있다고 추정했지만, 구체적인 증거는 부족했다. 1953년 알래스카 리투야 만에서 석유 탐사 중이던 지질학자들은 해안선 부근에 어린 나무 띠가 있고, 그 위쪽에는 오래된 나무들이 바다 쪽으로 흉터를 가진 채 서 있는 특이한 현상을 발견했다. 이 경계를 트림 라인이라 불렀는데, 이는 늙은 나무에 큰 힘이 작용해 그 아래 나무들을 모두 제거했음을 의미했다. 과학자들은 깊은 만에서 발생한 거대한 파도를 원인으로 추정했고, 가파른 경사면과 페어웨더 단층이 교차하는 빙하 피오르 지형상 산사태로 인한 해일 가능성이 제기되었다.

1958년 7월 9일, 알래스카 남동부에서 규모 7.8의 주향 이동 지진이 발생하면서 약 81646650000.00kg의 암석과 얼음이 리투야 만 입구로 쏟아져 내렸다. 이로 인해 만 반대편으로 520m 높이의 거대한 파도가 발생했다. 하워드 울리히와 그의 아들은 어선을 타고 있다가 이 파도에 휩쓸렸지만, 기적적으로 살아남았다.

3.1. 전 세계 주요 사례

* 1958년 리투야만 거대해일
* 1960년 칠레 지진
* 2004년 인도양 지진해일
* 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진

1950년대 이전, 과학자들은 지진으로 관측된 것보다 훨씬 큰 해일이 고대 지질 과정에서 발생했을 수 있다고 추정했지만, 구체적인 증거는 부족했다. 1953년 알래스카 리투야 만에서 석유 탐사 중이던 지질학자들은 해안선 부근에 어린 나무 띠가 있고, 그 위쪽에는 오래된 나무들이 바다 쪽으로 흉터를 가진 채 서 있는 특이한 현상을 발견했다. 이 경계를 트림 라인이라 불렀는데, 이는 늙은 나무에 큰 힘이 작용해 그 아래 나무들을 모두 제거했음을 시사했다. 과학자들은 깊은 만에서 발생한 거대한 파도를 원인으로 추정했고, 가파른 경사면과 페어웨더 단층이 교차하는 빙하 피오르 지형상 산사태로 인한 해일 가능성이 제기되었다.

1958년 7월 9일, 알래스카 남동부에서 규모 7.8의 주향 이동 지진이 발생하면서 약 81646650000.00kg에 달하는 암석과 얼음이 리투야 만 입구로 쏟아져 내렸다. 이로 인해 만 반대편으로 520m 높이의 거대한 파도가 발생했다. 하워드 울리히와 그의 아들은 어선을 타고 있다가 이 파도에 휩쓸렸지만, 기적적으로 살아남았다.