초거대지진
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1. 개요
초거대지진은 지진 관측 역사상 가장 큰 규모의 지진으로, 섭입대에서 발생하는 지진을 의미한다. 섭입대의 유형과 판의 결합, 부가체 형성 등의 요인에 따라 발생하며, 칠레형 섭입대에서 주로 발생한다. 초거대지진은 다양한 유형으로 나뉘며, 지진 발생 빈도와 지구에 미치는 영향, 화산 분화와의 관계, 발생 가능한 최대 규모에 대한 연구가 이루어지고 있다.
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난카이 해곡 거대지진은 일본 난카이 해곡에서 주기적으로 발생하는 해구형 지진으로, 서일본 지역에 막대한 피해를 줄 수 있는 재해이며, 도카이, 도난카이, 난카이 지진의 연동, 장주기 지진동 및 쓰나미 동반, 휴가나다 지진 및 류큐 해구와의 연동 가능성 등이 예측되고 있다. - 연동형 지진 - 호에이 지진
1707년 난카이 해곡에서 발생한 호에이 지진은 도카이 지진과 난카이 지진이 연동된 대규모 지진으로 에도 시대에 막대한 피해를 야기하고 후지산 호에이 대분화를 촉발했다. - 지진 - 지진 활동
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지진파는 지진 발생 시 지구 내부 및 표면을 따라 전파되는 탄성파로, P파, S파, 표면파 등으로 구분되며, 각 파의 특성을 통해 지진 피해 규모와 지구 내부 구조 연구에 중요한 정보를 제공하고, 진원 위치 결정 및 지진 예측 기술 향상에 기여한다.
2. 발생 장소 및 메커니즘
초거대지진은 확인된 범위 내에서 모두 판 수렴 경계에서 발생하는 저각 역단층의 해구형 판 경계 지진이며, 단층 길이는 500km 이상이다. 또한, 광대한 파괴 영역을 가진 해구형 거대 지진은 여러 세그먼트가 연동하여 단층 파괴하는 연동형지진으로 설명할 수 있다.[89][90][91] 해구 주변에서 해저 지형의 큰 변이를 동반하기 때문에 모두 거대해일을 동반한다.
비교 침강학 및 애스패리티 모델에서는 초거대지진 발생 장소를 젊은 판의 섭입대로 한정했지만, 2004년 인도양 지진해일 및 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진은 기존 이론을 뒤엎었으며, 특히 고감도 지진관측망 등 고밀도 관측망이 정비된 일본 부근에서 발생한 도호쿠 지방 태평양 해역 지진은 초거대지진에 관한 새로운 지식을 제공했다.
지진으로 방출되는 변형률에 대한 판의 상대 속도로 추정되는 변형률 축적 비율인 지진 커플링 계수는 칠레, 카스카디아, 수마트라, 난카이 해곡 등은 1.0에 가깝지만, 알래스카, 캄차카, 쿠릴 열도, 일본 해구 등은 0.6 전후, 통가 해구 남부, 케르마데크 해구는 0.1 이상, 마리아나 해구, 이즈-오가사와라, 류큐 해구 등은 0에 가깝다고 추정된다. 초거대지진은 판 간 커플링 계수가 0.6 이상인 섭입대에서 발생하며, 연간 미끄러짐 결손 속도가 2cm 이상인 곳에서 발생한다.
Bilek(2010)은 섭입대를 부가체 형성 여부와 섭입하는 판이 육지 쪽 판을 깎는지에 따라 분류하고, 초거대지진은 부가체를 형성하는 섭입대에서, 해일지진은 육지 쪽 판을 깎는 섭입대에서 발생하기 쉽다고 보았다.[25]
이데 사토시(井出哲, 2013)는 세계 섭입대의 지진 발생 빈도와 판 섭입 속도 관계를 검토하여, 서남태평양을 중심으로 섭입 속도와 지진 발생 빈도가 비례하는 경향을 발견했다. 예외적으로 섭입 속도는 빠르지만 지진 발생 횟수가 적은 지역은 느린 지진이 자주 발생하고, 초거대지진 발생 가능성이 있는 지역으로 보았다.[27][28]
2. 1. 섭입대 유형
1979년 일본의 지진학자 우에다 세이야와 가나모리 히로오는 지구에 있는 섭입대를 해양판과 대륙판의 섭입 각도에 따라 '칠레형'과 '마리아나형' 두 가지로 분류했고, 연동형 거대지진은 칠레형 섭입대에서만 발생한다고 주장했다.[100][101] 우에다 등은 칠레형 섭입대에 속하는 지역은 칠레 남부와 알래스카에 한정된다고 분석했으나, 허럿(Heuret, 2011) 등의 연구자들은 섭입 각도가 15° 이하의 저각인 지역은 칠레 남부 외에도 푸에르토리코, 코코스, 캐스케이디아, 난카이 해곡, 수마트라-안다만 해구, 지중해 동부 레반트해의 해구 등이 속한다고 분석했다.[102]
또한 루프와 가나모리(1980년) 연구진은 섭입대에서 발생하는 거대지진의 규모는 수렴 속도와 섭입되는 판의 나이의 함수로 표현된다고 주장했다. 수렴 속도가 크고 동시에 섭입되는 판의 나이가 젊을수록 규모가 더 커지며, 회귀분석을 통해 Mw=-0.00889T+0.134V+7.96이라는 관계식을 얻었다.[103]
비교침강학 모델에서 두 섭입대의 특징은 다음과 같다.
; 칠레형
: 비교적 젊은 판이 작은 각도로 침강하고 있으며 판 사이 고착력도 강하고, 초거대지진은 이런 침강대에서만 발생한다.
; 마리아나형
: 오래된 판이 큰 각도로 미끄러지듯이 침강하고 있어 판 사이 고착력이 약하고, 판 사이 비지진성 미끄러짐도 커서 거대지진이 발생하기 어렵다고 알려져 있다.
또한 섭입대는 그 상태로 고정되어 있지 않아 작은 각도의 섭입대에서도 지진이 반복될수록 단층면이 약해지고 강한 고착력이 점점 약해져 큰 각도의 섭입대로 진화한다고 주장했다.[99][101]
2. 2. 애스패리티 모델
1982년 T. 레이와 가나모리 히로오는 판 경계면에서 고착력이 강한 애스패리티와 부드럽게 미끄러지는 부분이 나뉘며, 애스패리티의 공간적 분포와 그 비율에 따라 지진 발생 양상이 달라진다고 보았다. 이들은 전 세계의 섭입대를 4가지 유형으로 분류했으며, 초거대지진은 첫 번째 유형에서만 발생한다고 주장했다. 이 유형에 속하는 섭입대는 칠레 남부, 캄차카반도, 알래스카이다.[101][104]
비교침강학에 따르면 오래된 판에서는 연동형 지진이 발생하기 어렵고, 애스패리티 모델에서도 섭입 각도가 다소 높은 오래된 판에서는 고착 영역이 작아 초거대지진이 발생하기 어렵다고 알려져 있었다. 그러나 2004년 인도양 지진해일은 이러한 기존 가설과 맞지 않았으며,[105] 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진이 발생한 일본 해구 역시 애스패리티 모델에서 제3형으로 분류되어 연동형 거대지진이 발생하기 어렵다고 여겨졌다.
2. 3. 판간 결합
초거대지진은 모두 판 수렴 경계에서 발생하는 저각도의 역단층형 해구형 판 경계 지진으로, 단층 길이는 500km 이상이다. 긴 단층파괴영역을 가진 해구형 거대지진은 여러 개의 세그먼트가 연동해서 파괴되는 연동형지진이라고 가정하면 설명할 수 있다는 연구가 있다.[89][90][91]판 사이의 상대속도를 통해 추정할 수 있는, 축적된 응력에 대해 지진으로 방출되는 응력 사이 비율을 "지진결합계수"라고 부른다. 칠레 해구, 캐스케이디아 섭입대, 수마트라-안다만 해구, 난카이 해곡은 이 계수가 1.0에 가깝지만 알래스카 해구, 캄차카 해구, 쿠릴 해구, 일본 해구는 약 0.6이며 통가 해구 남부, 케르마덱 해구는 0.1 정도이고 마리아나 해구, 이즈-오가사와라 해구, 류큐 해구 등은 0에 가까운 것으로 추정된다.[107]
초대형지진은 판간 결합 계수가 0.6 이상인 섭입대에서만 발생하고 있으며 판 사이 결합으로 발생하는 미끄러짐의 손실속도가 연간 2cm가 넘는 섭입대에서 발생하는 것으로 알려져 있다.[108]
2. 4. 부가체 형성
빌렉(Bilek, 2010년)은 지구상의 섭입대를 부가체가 형성되고 있는 부분과 섭입되는 판이 육지 쪽 판을 깎아내고 있는 부분으로 분류하고, 초거대지진은 부가체를 형성하는 섭입대에서 발생하며 반대로 대륙판이 깎이는 섭입대에서는 해일지진이 발생하기 쉽다고 연구했다.[109]부가체를 형성하는 섭입대는 남칠레, 푸에르토리코 해구, 캐스케이디아, 알래스카, 알류샨 해구, 캄차카, 난카이 해곡, 수마트라-안다만 해구이다. 20세기의 초거대지진과 2004년 인도양 지진해일은 모두 이 섭입대에서 발생했으나, 도호쿠 지방 태평양 해역 지진이 발생한 일본 해구는 이와는 달리 대륙판이 깎이는 섭입대였다.[110]
2. 5. 지진 발생 빈도
1900년 이후 관측기록만을 따져서는 초거대지진의 발생 빈도를 말하기 어렵지만, 지구상에서 대략 100년에 수 번 발생하는 것으로 계산된다.[92] 규모 Mw9.0 이상의 지진은 1세기동안 약 1-3회 정도 일어난다고 추정된다.[93] 발생 간격은 일정하지 않고 비교적 짧은 기간에 몇 년의 간격으로 집중적으로 발생하는 경향을 보인다.[86][92] 지진 모멘트 방출량의 시계열 분류를 통해 이런 초거대지진의 연속적 발생 경향이 분명해 보인다는 가설이 있지만,[94][95] 연관되어 보이는 현상은 무작위적인 변화에 국지화된 여진활동이 추가된 것으로 겉으로 보기에만 그럴듯하고 가짜 상관이라는 가설도 존재한다.[96][97]과거 표면파 규모 등 지진계에 기록된 최대 진폭의 로그값을 기준으로 한 지진 규모가 주로 사용되던 시대에는 최대로 기록할 수 있는 규모가 Ms8.5라고 여겨졌지만, 초대형지진의 규모가 되면 최대 진폭을 기준으로 한 규모는 '포화' 현상이 발생해 규모가 과소평가되는 문제가 있었다.[98] 1977년 가나모리 히로오가 단층에서 측정한 지진 모멘트를 계산해서 측정하는 모멘트 규모를 제안한 이후, 1960년 칠레 지진 등 몇몇 지진이 규모 Mw9.0 이상임이 확인되면서 정확한 지진 규모를 파악할 수 있었다.[99]
이데 아키라(2013년)는 전 세계의 섭입대에서 발생하는 중형 이상(M4.5)의 지진 발생 빈도와 판의 섭입 속도와의 관계를 계산한 결과, 서남태평양을 중심으로 많은 지역에서 섭입 속도와 지진 발생 빈도가 비례한다는 관계를 발견했다.[111] 예외적으로 섭입 속도는 비교적 빠르지만 지진 발생 횟수가 극히 적은 비례 관계를 벗어난 지역이 있었는데, 이 지역에서는 종종 느린 지진이 발생하고 더 나아가 초거대지진이 이 지역에서 발생한다는 사실을 발견했다. 이렇게 "조용해 보이지만 초거대지진이 발생할 수 있는 위험한 지역"은 알래스카 해구, 캐스케이디아 섭입대, 페루 해구, 칠레 해구, 난카이 해곡, 류큐 해곡까지 다양하다.[111][112]
3. 초거대지진의 다양성
초거대지진은 확인된 범위에서 모두 판 수렴 경계에서 발생하는 저각의 역단층형 해구형지진으로, 단층 길이는 500km 이상이다. 긴 단층파괴영역을 가진 해구형 거대지진은 여러 개의 세그먼트가 연동해서 파괴되는 연동형지진이라고 가정하면 설명할 수 있다.[89][90][91] 초거대지진은 해구를 따라 해저 지형이 크게 변하기 때문에 모두 거대해일을 일으킨다.
비교침강학이나 애스패리티 모델에서는 초거대지진 발생 지역이 젊은 판의 섭입대에서만 국한된다고 알려져 있었으나, 2004년 인도양 지진해일이나 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진은 기존 이론을 뒤집는 지진이었다. 특히 고감도 지진관측망 등 고밀도의 지진계가 설치된 일본에서 발생한 도호쿠 대지진은 초거대지진에 관한 새로운 지식을 제공했다.
1900년 이후 관측기록만으로는 발생 빈도를 말하기 어렵지만, 지구상에서 대략 100년에 수 번 발생하는 것으로 계산된다.[92] 규모 Mw9.0 이상의 지진은 1세기동안 약 1-3회 정도 일어난다고 추정된다.[93] 발생 간격은 일정하지 않고 비교적 짧은 기간에 몇 년 간격으로 집중적으로 발생하는 경향을 보인다.[86][92] 지진 모멘트 방출량의 시계열 분류를 통해 이런 초거대지진의 연속적 발생 경향이 분명해 보인다는 가설이 있지만,[94][95] 무작위적인 변화에 국지화된 여진활동이 추가된 것으로 겉보기에만 그럴듯하고 가짜 상관이라는 가설도 존재한다.[96][97]
과거 표면파 규모 등 지진계에 기록된 최대 진폭의 로그값을 기준으로 한 지진 규모가 주로 사용되던 시대에는 최대로 기록할 수 있는 규모가 Ms8.5라고 여겨졌지만, 초대형지진의 규모가 되면 최대 진폭을 기준으로 한 규모는 '포화' 현상이 발생해 규모가 과소평가되는 문제가 있었다.[98] 1977년 가나모리 히로오가 단층에서 측정한 모멘트 규모를 제안한 이후 1960년 발디비아 지진 등 몇몇 지진이 규모 Mw9.0 이상임이 확인되면서 정확한 지진 규모를 파악할 수 있었다.[99]
이데 아키라(井出哲, 2011년) 등은 도호쿠 지방 태평양 해역 지진의 지진파 분석을 통해 해양판 쪽 판 경계 얕은 부분과 대륙판 쪽 판 경계의 깊은 부분의 단층 파괴가 서로 번갈아 일어나는 형태로 진행되어 해양판 쪽의 과도한 미끄러짐인 동적 오버슈트가 일어나 거대지진을 일으켰다고 추정했다.[113][114]
고무라 다카시(古村孝志, 2012년) 등은 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에서 해양판 쪽에서 초대형 단층 미끄러짐이 발생해 거대해일이 유발되었고, 침강대 쪽 대륙판 깊은 곳의 단층 파괴와 더불어 해양판 쪽도 덩달아 진원역이 되어 지진이 거대해졌다고 분석했다. 다카시 교수는 일본의 난카이 해곡에서도 비슷한 일이 발생할 수 있다고 보고, 1707년 호에이 지진의 진원역과 함께 해구쪽 부근도 진원역이었던 지진으로 추정되는 1605년 게이초 지진의 진원역도 동시에 단층파괴가 일어나 거대해일이 발생할 수 있다고 주장했다.[115] 하지만 난카이 해곡은 "단일 세그먼트"(Single Segmentation)로 호에이 지진 혼자만으로 해구 축선 부근까지 한꺼번에 단층파괴가 이루어졌을 가능성도 있으며, "이중 세그먼트"(Double Segmentation)라는 증거가 없어 동시에 여러 곳의 단층파괴가 일어나기는 어렵다는 연구도 있다.[116]
2004년 인도양 지진해일에서는 초기 단층파괴 과정이 연속 경사 이중 세그먼트 파괴(ADDS)의 성격을 띄었지만, 안다만 제도 부근에서는 단층파괴 유형이 연속 주향 단일 세그먼트 파괴(ASSS)적인 성격을 보였다.[85]
1700년 캐스케이디아 지진을 일으킨 캐스케이디아 섭입대나 호에이 지진을 일으킨 난카이 해곡은 현재 지진공백역을 형성하여 판과 판 사이가 매우 강한 힘으로 맞닿아 있는 상태로 추정되지만, 도호쿠 지방 태평양 해역 지진을 일으킨 일본 해구나 알래스카의 초거대지진이 일어나는 알래스카 해구에서는 뚜렷한 지진공백역이 나타나지 않는다는 특징도 있다.[117]
3. 1. 연속 주향 단일 세그먼트 파괴 (ASSS)
고야마 준지(小山順二, 2013년) 등은 도호쿠 지방 태평양 해역 지진을 통해 초거대지진은 크게 두 가지 발생 원리로 구분할 수 있다고 보았다. 호에이 지진과 도호쿠 지방 태평양 해역 지진은 서로 다른 원리로 발생한 지진으로 추정하여 각각 "연속 주향 단일 세그먼트 파괴"(Along-strike Single Segmentation, ASSS)와 "연속 경사 이중 세그먼트 파괴"(Along-dip Double Segmentation, ADDS) 두 가지로 구분했다.[85]; 유형1 - 연속 주향 단일 세그먼트 파괴 (ASSS)
- 판 사이에 있는 강한 고착 영역이 해구 한가운데에서 섭입대 전 영역에 퍼져 있으며, 본진 발생 전에 뚜렷한 지진공백역이 형성되어 있다. 본진에서 횡방향의 단일 세그먼트가 연동해서 파괴되기 때문에 지진활동대가 가늘고 길며, 단층의 폭과 길이의 비율이 1:5 정도이다.
- 지진 모멘트의 방출이 순간적으로 한꺼번에 일어나지 않고, 긴 시간에 걸쳐 방출되는 형태이다. 관측 지점이 단층 파괴 방향과 반대 방향에 있을 경우 표면파인 레일리파와 러브파의 진폭은 짝수 번째가 홀수 번째보다 크다. 이는 단층 파괴가 일어나는 방향으로 에너지가 집중되기 때문으로, 지진파의 진폭이 방향에 대한 의존성이 매우 크다.
- 대표적인 예시로 1700년 캐스케이디아 지진, 1707년 호에이 지진, 1960년 칠레 발디비아 지진, 2010년 칠레 지진 등이 있다.
3. 2. 연속 경사 이중 세그먼트 파괴 (ADDS)
판 사이에 있는 강한 고착 영역이 해구 한가운데 부근의 세그먼트에만 국한되며, 본진 발생 이전에는 뚜렷한 지진공백역을 볼 수 없고 호상열도에서 잦은 지진을 관측할 수 있다. 본진에서는 대륙판 쪽과 해양판 쪽 양쪽에 있는 세그먼트가 서로 연동해서 파괴되기 때문에 지진활동대의 폭이 넓으며, 단층의 폭과 길이의 비율이 1:2-3 정도이다.단층 파괴 초기에 좁은 범위에서 매우 큰 미끄러짐이 발생하기 때문에 지진 모멘트의 방출이 순간적으로 한꺼번에 이뤄진다. 표면파인 레일리파와 러브파의 진폭은 짝수 번째와 홀수 번째의 차이가 없으며 지진파의 방향 의존성도 거의 보이지 않는다.
대표적인 예시로 1952년 세베로쿠릴스크 지진, 1964년 알래스카 지진, 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 등이 있다.[85]
4. 초거대지진 목록
초거대지진은 수렴 경계에서 발생하는 저각의 역단층형 해구형지진으로, 단층 길이가 500km 이상인 지진을 말한다. 이러한 지진은 여러 개의 세그먼트가 연동하여 파괴되는 연동형지진으로 설명될 수 있으며, 거대해일을 동반한다.[89][90][91]
1900년 이후 관측 기록으로는 발생 빈도를 정확히 알기 어렵지만, 지구상에서 대략 100년에 수 번 발생하는 것으로 추정된다.[92] 규모 Mw9.0 이상의 지진은 1세기에 약 1-3회 정도 발생하며, 발생 간격은 일정하지 않고 집중적으로 발생하는 경향을 보인다.[93][86][92]
과거에는 표면파 규모를 사용하여 지진 규모를 측정했으나, 초거대지진의 경우 규모가 과소평가되는 '포화' 현상이 발생했다.[98] 1977년 가나모리 히로오가 모멘트 규모를 제안한 이후, 1960년 발디비아 지진 등 일부 지진이 Mw9.0 이상으로 확인되면서 정확한 지진 규모를 파악할 수 있게 되었다.[99]
초거대지진 목록은 지질학적 증거, 역사 기록, 지진계 관측 기록을 바탕으로 분류할 수 있다.
4. 1. 지질학적 증거로 추정되는 초거대지진
1970년대 후반 이후에나 CMT해를 통해 정밀한 모멘트 규모 값을 추정할 수 있게 되었다.[118] 그 이전에는 지진해일의 최대 높이나 지각 변동을 가정한 지진 모델을 통해 추정치를 계산했다. 하지만 19세기 이전 역사지진은 단층 모델의 근거가 되는 지진해일의 최대 높이도 불확실하고 논쟁의 여지가 있으며, 추정 지각 변동 자료도 한정되어 있었다. 또한 강한 지진을 느낀 지역의 넓이 등도 오차가 큰 추정치이기 때문에 모멘트 규모 추정치의 오차가 커서 불확실하다.[119]다음은 다양한 추정과 실제 측정을 바탕으로 알려진 지질학적 증거로 추정되는 초거대지진의 목록이다.
4. 2. 역사 시대의 초거대지진 (역사지진)
지진계 관측 시대 이전에 발생한 초거대지진은 역사 기록과 지질학적 증거를 바탕으로 추정된다. 이러한 지진들을 역사지진이라고 부른다. 역사지진의 모멘트 규모(Mw) 추정치는 오차가 커서 불확실성이 크다.[119]
4. 3. 지진계 관측 시대 이후의 초거대지진
1960년 칠레 지진 등 몇몇 지진이 모멘트 규모 Mw9.0 이상임이 확인된 것은 1977년 가나모리 히로오가 단층에서 측정한 지진 모멘트를 계산하여 측정하는 모멘트 규모를 제안한 이후였다.[99]CMT해를 통해 더 정밀한 모멘트 규모값을 추정할 수 있게 된 시점은 1970년대 후반 이후이다.[118] 그 이전은 지진해일의 최대 높이나 지각 변동을 가정한 지진 모델을 통해 계산한 추정치였다.
아래는 지진계 관측 시대 이후의 초거대지진 목록이다.
4. 4. 전 세계 지진 관측망 정비 이후의 초거대지진
CMT해를 통해 더 정밀한 모멘트 규모 값을 추정할 수 있게 된 시점은 1970년대 후반 이후이다.[118] 그 이전은 지진해일의 최대 높이나 지각 변동을 가정한 지진 모델을 통해 계산한 추정치이다. 하지만 19세기 이전 역사지진은 단층 모델의 근거가 되는 지진해일의 최대 높이도 불확실하고 분쟁이 있으며, 추정 지각변동 사료도 한정되어 있으며 강한 지진을 느낀 지역의 넓이 등도 오차가 넓은 추정치이기 때문에 모멘트 규모의 추정치 오차가 커서 불확실하다.[119]다음은 다양한 추정과 실제 측정을 바탕으로 알려진 초거대지진 목록 중 전 세계 지진관측망 정비 이후의 초거대지진을 나타낸 것이다.
5. 화산 분화와의 관계
20세기 지구상에서 발생한 규모 Mw9.0급 초거대지진 및 2004년 인도양 지진해일 등은 모두 지진 발생 후 수년 이내에 인근의 여러 화산을 분화시켰다는 연구가 있다.[158][159][160] 하지만 지진의 유무와 관계없이 평상시에도 활동이 활발한 화산이 있어 초대형지진으로 지진 직후 화산 분화가 유발되었다고 보기에는 어렵다는 연구도 있다.[161]
또한 초거대지진이 반드시 진원과 가까운 화산활동만 유발시키는 작용을 하진 않는데, 이는 지진으로 인한 직접적인 응력변화보다는 지진동이 화산체를 흔들어서 발생하는 영향이 있다고 분석한다. 호에이 대분화나 푸예우에산과 같이 대규모 분화를 유발시켰다고 볼 수 있는 사례도 있지만, 아래에 설명하는 대분화 중에서는 900-1,200년 정도의 시간 간격도 있어 분화 에너지가 이미 충분히 축적되어 있었고, 지진으로 유발된 분화가 대규모 분화로 발전한 것으로 보는 연구도 있다.[162]
아래는 지진 이후 발생한 화산 분화들에 대한 목록이다.
6. 지구에 미치는 영향
초거대지진은 거대한 지형 변형을 일으켜 극운동에 영향을 주고 지축도 흔들리게 한다고 알려져 있다.[163]
1957년에서 1967년 사이에 관측된 챈들러 요동(주기 약 14개월의 극운동)에서 1960년의 관측 결과는 칠레 지진의 영향으로 지축의 주기운동에 불연속성이 관측되었다.[164]
지구에 탄성구의 변형이 일어나면 챈들러 요동에 큰 변화가 발생할 것으로 예측되지만, 1960년 칠레 지진의 규모로도 이 변형으로는 챈들러 요동에 큰 영향을 주기에는 부족하다고 여겨졌다. 하지만 1964년 알래스카 지진에서 진원에서 약 5,000 km 떨어진 하와이에서 약 10-8 정도의 영구변형이 관측되어, 이런 미세한 지각 변동도 전 지구에 걸쳐 적분하면 챈들러 요동에 영향을 줄 가능성이 있음을 발견했다.[165]
초대형 지진으로 지축이 어긋나 지진 전후로 지구의 자전 주기가 변화하는 경우도 있다. 2004년 인도양 지진해일, 2010년 칠레 지진, 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에서는 모두 마이크로초 단위로 자전 주기가 더 빨라졌다는 연구도 있다.[166][167]
7. 발생 가능한 최대 규모
초거대지진은 확인된 범위에서 모두 판 수렴 경계에서 발생하는 저각도의 역단층형 해구형 판 경계 지진으로, 단층 길이는 500 km 이상에 달한다. 긴 단층파괴영역을 가진 해구형 거대지진은 여러 개의 세그먼트가 연동해서 파괴되는 연동형지진이라고 가정하면 설명할 수 있다는 연구도 있다.[89][90][91] 초거대지진은 해구를 따라 해저 지형이 크게 변하기 때문에 모두 거대해일을 일으킨다. 비교침강학이나 애스패리티 모델에서는 초거대지진의 발생 지역이 젊은 판의 섭입대에서만 국한된다고 알려져 있었으나, 2004년 인도양 지진해일이나 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진은 기존의 이론을 뒤집는 지진이었다. 특히 고감도 지진관측망 등 고밀도의 지진계가 설치된 일본에서 발생한 도호쿠 대지진은 초거대지진에 관한 새로운 지식을 제공했다.
1900년 이후 관측기록만을 따져서는 발생 빈도를 말하기 어렵지만, 지구상에서 대략 100년에 수 번 발생하는 것으로 계산된다.[92] 규모 Mw9.0 이상의 지진은 1세기동안 약 1-3회 정도 일어난다고 추정된다.[93] 또한 그 발생 간격은 일정하지 않고 비교적 짧은 기간에 몇 년의 간격으로 집중적으로 발생하는 경향을 보인다.[86][92] 지진 모멘트 방출량의 시계열 분류를 통해 이런 초거대지진의 연속적 발생 경향이 분명해 보인다는 가설이 있지만,[94][95] 연관되어 보이는 현상은 무작위적인 변화에 국지화된 여진활동이 추가된 것으로 겉으로 보기에만 그럴듯하고 가짜 상관이라는 가설도 존재한다.[96][97]
과거 표면파 규모 등 지진계에 기록된 최대 진폭의 로그값을 기준으로 한 지진 규모가 주로 사용되던 시대에는 최대로 기록할 수 있는 규모가 Ms8.5라고 여겨졌지만, 초대형지진의 규모가 되면 최대 진폭을 기준으로 한 규모는 '포화' 현상이 발생해 규모가 과소평가되는 문제가 있었다.[98] 1977년 가나모리 히로오가 단층에서 측정한 지진 모멘트를 계산해서 측정하는 모멘트 규모를 제안한 이후, 1960년 칠레 지진 등 몇몇 지진이 규모 Mw9.0 이상임이 확인되면서 정확한 지진 규모를 파악할 수 있었다.[99]
지진 관측 역사상 가장 큰 규모의 지진은 1960년 발디비아 지진 당시의 모멘트 규모 Mw9.5이며, 지질 조사에서도 이보다 더 큰 규모의 지진이 발생했다는 증거는 발견되지 않았다. 하지만 마쓰자와 도루(松澤暢, 2012년), 요모기다 기요시(蓬田清, 2013년) 등은 세계의 섭입대를 검토하면 최대 Mw10 정도의 초거대지진이 발생할 수 있다고 추정했다.[168] 연구진들은 규모 M10의 지진이 일어났다고 가정했을 때 어떤 일이 일어났는지 알 필요가 있다고 말하지만, 이는 매우 대략적인 추정에 불과하며 학문적으로는 매우 미흡한 수준의 이야기라고 말했다.[168]
요모기다 기요시(蓬田清, 2013년)는 섭입대에서 판 사이 지진성 미끄러짐의 한계 깊이는 60 km 부근이며 그 이하 깊은 곳의 지진은 슬래브 내부 지진에서만 한정되서 일어나기 때문에 진원역의 폭을 최대 300 km로 보면 길이 1,500 km, 미끄러진 폭이 100 m 내외일 때 Mw10이 가능하다고 보고, 1960년 칠레 지진 및 2010년 칠레 지진의 진원역을 포괄하는 섭입대에서 일어날 가능성이 제일 높다고 지적했다.[116] 하지만 실제로 1960년 지진은 진원의 남쪽에서만 단층파괴가 일어나 50년 후 발생한 2010년 지진과의 연동과는 거리가 매우 먼 형태로 발생했기 때문에 최소한 칠레 지역에서 본 규모를 넘는 지진은 수백년 내엔 발생하지 않는다고 추정했다.[116]
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