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진도 (지진)

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목차

1. 개요

진도는 지진으로 인한 지반 흔들림의 정도를 나타내는 척도이다. 지진의 진도는 지진 규모, 지진파의 종류와 방향, 진원 깊이, 진앙과의 거리, 지질학적 특성에 따라 달라지며, 지진계에 기록되지 않은 지진의 경우 등진도선 지도를 통해 추정할 수 있다. 진도는 단층 파괴로 방출되는 에너지의 크기를 나타내는 규모와 달리, 관측 지점에 따라 다르게 나타나며, 최대진도 계급은 진앙 부근에서 가장 크게 나타난다. 진도 계급은 초기에는 개인의 주관에 의존했으나, 이후 찰스 릭터에 의해 건물 피해를 기준으로 하는 등 객관적인 척도로 개선되었다. 현재는 수정 메르칼리 진도 계급(MM)과 일본 기상청 진도 계급(JMA) 등 다양한 진도 계급이 사용되고 있으며, 건축물의 내진 설계를 위해 공학적 진도(사노 진도)가 활용되기도 한다.

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진도 (지진)

2. 지반의 흔들림

지반 흔들림은 여러 요인으로 발생하며, 그 강도 또한 다양하게 나타난다. 지진계에 기록되지 않은 지진은 등진도선 지도("지진분포도"라고도 함)를 통해 규모와 진도를 추정할 수 있다.[27] 등진도선 지도는 앞으로 유사한 규모의 지진이 발생했을 때 예상되는 흔들림의 세기와 피해 정도를 추정하는 데 사용된다. 일본에서는 지진 발생 시 등진도선 정보를 활용하여 다른 지역의 예상 피해 정도를 파악한다.[28]

1968년 일리노이주 지진의 등진도선 지도. 지역별 불규칙성은 지반 조건 및 지질학적 특성 차이 때문이다.

2. 1. 지반 흔들림의 원인

화산의 분화, 눈사태, 초대형 폭발 등 다양한 원인으로 지반이 흔들릴 수 있지만, 피해를 줄 수 있을 만큼 큰 흔들림은 대부분 지진이라고 부르는 지각의 파열 때문에 발생한다. 지반이 흔들리는 세기는 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라진다.[27]

특히 주파수 응답 특성이 중요한데, 분지 지형의 퇴적물이 쌓인 지역과 같이 특정 조건을 만족하는 지형은 같은 세기의 에너지가 통과해도 다른 지형에 비해 흔들림이 10배 이상 증폭될 수도 있기 때문이다.[27]

지진계에 기록되지 않은 지진의 경우, 서로 다른 지역에서 느낀 흔들림의 강도를 보여주는 등진도선 지도, 혹은 "지진분포도"를 사용해 지진의 규모와 진도를 추정할 수 있다.[27] 일본에서는 등진도선 정보를 지진이 발생했을 때 다른 지역에서 예상되는 피해의 심각도를 예측하는 데 사용한다.[28]

2. 2. 지반 흔들림의 세기에 영향을 미치는 요인

지반이 흔들리는 세기는 여러 요인에 따라 달라진다.

특히 주파수 응답 특성이 중요한데, 분지 지형의 퇴적물이 쌓인 지역과 같이 특정 조건을 만족하는 지형은 같은 세기의 에너지가 통과해도 다른 지형에 비해 흔들림이 10배 이상 증폭될 수도 있기 때문이다. 예를 들어, 1989년 로마프리에타 지진에서 진앙으로부터 약 100km 떨어진 샌프란시스코의 마리나 지구가 가장 큰 피해를 입은 지역 중 하나가 된 이유는 연약 지반이 지진파를 증폭시켰기 때문이다.[4][5]

3. 진도와 규모의 차이

지진의 "규모"는 지진이 방출하는 에너지의 양을 나타내는 척도이고, "진도"는 특정 위치에서 지진으로 인해 지반이 흔들리는 정도를 나타내는 척도이다.[29] 즉, 규모는 지진 자체의 크기를 나타내는 반면, 진도는 특정 장소에서 느껴지는 지진의 영향을 나타낸다.

진도는 지진의 규모뿐만 아니라 지반 조건 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다.[31] 예를 들어, 간척지와 같이 무른 지반은 지진파를 증폭시킬 수 있으며, 퇴적분지는 지진파의 공명을 일으켜 흔들림을 더 오래 지속시킬 수 있다. 1989년 로마프리타 지진에서 가장 큰 피해를 입은 지역은 진앙에서 100km 떨어진 샌프란시스코 마리나구였는데, 이는 샌프란시스코만 남쪽을 지나는 지진파가 샌프란시스코와 오클랜드를 지나는 지구 지각의 기반암에서 반사되어 증폭되었기 때문이다.[32]

thumb의 진도 분포도. USGS 추정에 따른 수정 메르칼리 진도 계급.]]

지진동의 강약을 나타내는 척도를 '''진도 계급'''이라고 하며, 세계적으로 지역에 따라 정의가 다른 여러 진도 계급이 사용되고 있다. 예를 들어, 일본에서는 일본 기상청 진도 계급이 사용된다. 진도 계급은 관측 지점에 따라 다르며, 한 지진에서 관측된 최대 진도 계급을 '''최대진도'''라고 한다.

규모가 커지면 최대 진도도 비례하여 커지는 경향이 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 지진 발생원이 얕으면 규모가 작더라도 최대 진도가 커질 수 있다. 진도 계급은 진원으로부터 멀어질수록 작아지는 경향이 있으며, 최대 진도 계급은 보통 진앙 부근에서 나타난다.

3. 1. 규모 (Magnitude)

"규모"란 지진의 강도나 절대적인 '크기'를 나타내는 척도로, 지진이 방출하는 에너지와 대략적인 상관관계가 있다.[29] 지진의 규모는 지반이 얼마나 흔들리는지를 나타낸다. 반면, 지진의 진도는 특정 위치에서 지반이 얼마나 흔들리는지를 나타내는 척도로, 최대 지반 속도(PGV)와 관련이 있다. 관측된 진도를 바탕으로 등진도선을 그리면, 최대 진도(진앙 근처가 아닐 수 있음)와 지진 감지 범위를 통해 지진 규모를 추정할 수 있다.[30]

지진의 진도는 규모 외에도 여러 요인에 따라 달라질 수 있는데, 그중 하나는 지반 조건이다.[31] 예를 들어, 간척지처럼 무른 흙이 두껍게 쌓인 곳은 지진파를 증폭시킬 수 있고, 퇴적분지는 지진파로 인해 지반이 공명하여 더 오랫동안 흔들릴 수 있다. 1989년 로마프리타 지진의 경우, 가장 큰 피해를 입은 곳은 진원에서 100여 km 떨어진 샌프란시스코 마리나구였다.[32] 이는 샌프란시스코만 남쪽의 지진파가 샌프란시스코와 오클랜드를 지나는 기반암에서 반사되어 증폭되었기 때문이다. 이처럼 지질 구조에 따라 지진파가 증폭될 수 있으므로, 규모나 진원으로부터의 거리에 진도가 완벽하게 선형적인 관계를 가지는 것은 아니다.[33]

규모는 "지진의 에너지 규모"를 나타내는 반면 진도는 실제 흔들림을 측정한 값이다. 규모가 커지면 최대 진도도 비례하여 커지지만, 같은 규모라도 최대 진도가 다를 수 있다. 작은 흔들림이 넓은 범위에서 장시간 지속되면 규모는 상대적으로 커진다. 반면, 지진 발생원이 얕으면 규모가 작더라도 최대 진도가 커질 수 있다. 진도는 지진동의 세기를 나타내며, 하나의 지진에 대해 장소에 따라 여러 값을 가진다.

진원이 얕은 직하형 지진에서는 규모 값과 기상청 진도 계급 값이 거의 같아지는 경향이 있다. 예를 들어, 규모 4 정도의 지진에서는 최대 진도가 대략 4 이하(계측 진도 4.5 미만)가 되는 경우가 많다. 그러나 지반의 단단함이나 진원의 깊이 등에 따라 최대 진도는 달라질 수 있다.

일반적으로 진도 계급은 진원(진앙)으로부터 멀어질수록 작아진다. 최대 진도 계급은 보통 진앙 부근에서 나타나며, 진도 계급의 분포는 지도상에서 동심원에 가깝게 나타난다. 진원의 깊이가 깊어질수록 같은 거리라도 진도 계급은 작아진다. 이상진역 현상 때문에 진앙에서 흔들림이 작음에도 불구하고, 도호쿠 지방이나 간토 지방의 태평양 연안에서 흔들림이 커지는 경우도 있다.

"진도 ○의 지진"이라는 표현은 "그 지진의 최대 진도 계급"을 의미하기도 하고, "특정 지점의 진도 계급"을 의미하기도 하므로 주의해야 한다. 예를 들어, 한신·아와지 대지진은 고베시 등에서 최대 진도 7(기상청 진도 계급)을 관측한 "진도 7의 지진"인 동시에, 나고야시에서는 "진도 3의 지진", 도쿄도에서는 "진도 1의 지진"이었다.

3. 2. 진도 (Seismic Intensity)

지진의 진도는 주어진 위치에서 지반이 어느 정도 세기로 흔들리는지를 나타내는 척도이며, 최대 지반 속도(PGV)와 연관성이 있다. 관측된 진도를 비슷한 진도끼리 선으로 이은 등진도선 지도를 통해 지진의 규모를 추정할 수 있다.[30]

지진의 진도는 지진 규모 외에도 여러 요인에 따라 달라질 수 있는데, 가장 중요한 요소 중 하나는 지반 조건이다.[31] 예를 들어 간척지처럼 무른 흙이 두껍게 쌓인 지층은 지진파를 증폭시킬 수 있으며, 퇴적분지는 지진파로 인해 지반이 공명하여 더 오랫동안 흔들릴 수 있다. 1989년 로마프리타 지진 당시 진앙에서 100여 km 떨어진 샌프란시스코 마리나구가 가장 큰 피해를 입었는데, 이는 샌프란시스코만 남쪽을 지나는 지진파가 샌프란시스코와 오클랜드를 지나는 지구 지각의 기반암에서 반사되어 증폭되었기 때문이다.[32] 이처럼 지역의 지질 구조에 따라 지진파가 단층을 따라 이동하거나 반사되면서 증폭되기 때문에, 진도는 규모나 진원으로부터의 거리에 완벽하게 비례하지 않는다.[33]

지진이 지진계에 기록되지 않은 경우, 서로 다른 지역에서 느껴진 진동의 강도를 보여주는 등진도선 지도를 사용하여 지진의 위치와 규모를 추정할 수 있다.[1] 이러한 지도는 향후 유사한 규모의 지진으로 인해 예상되는 진동 강도와 그에 따른 피해 수준을 추정하는 데에도 유용하다.

thumb의 진도 분포도. USGS 추정에 따른 수정 메르칼리 진도 계급.]]

지진동의 강약을 나타내는 척도를 '''진도 계급'''(seismic intensity scale) 또는 간단히 '''진도'''라고 한다. 흔들림의 차이를 10개 정도의 단계로 표현하며, 세계적으로 지역에 따라 정의가 다른 몇몇 진도 계급이 사용된다. 현재 일본에서는 일본 기상청 진도 계급이 사용되며, 일반적으로 "진도"라고 부른다. 진도 계급은 단층 파괴로 방출되는 에너지의 크기를 나타내는 규모와 달리, 관측 지점에 따라 완전히 다르다. 한 지진에서 관측된 최대 진도 계급을 '''최대진도'''라고 한다.

규모는 "지진의 에너지 규모"를 나타내며, 규모가 커지면 최대진도도 비례하여 커지지만, 같은 규모라도 최대진도가 다를 수 있다. 작은 흔들림이 넓은 범위에 걸쳐 장시간 지속되면 규모는 상대적으로 커진다. 반면 진도는 실제 흔들림의 측정값이며, 지진 발생원이 얕으면 규모가 작더라도 최대진도가 커질 수 있다. 진도는 지진동의 세기를 나타내며, 하나의 지진에 대해 장소에 따라 여러 값을 가진다.

진원이 얕은 직하형 지진에서는 규모와 기상청 진도 계급의 값이 거의 같은 수치가 되는 것이 경험적으로 알려져 있다. 예를 들어 규모 4 정도의 지진에서는 최대진도가 대략 4 이하(계측진도 4.5 미만)가 되는 경우가 많다. 단, 지반의 단단함이나 진원의 깊이 등에 따라 최대진도는 비례 관계에서 벗어나 커질 수 있다.

원칙적으로 진도 계급은 진원(진앙)으로부터의 거리에 반비례하며, 진원에서 멀수록 진도 계급은 작아진다. 최대진도 계급은 보통 진원의 바로 위인 진앙 부근이며, 진도 계급의 분포는 지도상에서 동심원에 가깝다. 진앙으로부터의 거리가 같더라도 진원의 깊이가 깊어질수록 같은 지점이라도 진도 계급은 작아진다. 이상진역 때문에 진앙에서 흔들림이 작음에도 불구하고 도호쿠 지방이나 간토 지방의 태평양 연안에서 흔들림이 커지는 경우도 있다.

"진도 ○의 지진"이라는 표현은 "그 지진의 최대진도 계급"을 의미하는 경우와 "그 지진에 있어서 어떤 지점의 진도 계급"을 의미하는 경우가 있으므로 주의해야 한다. 예를 들어, 한신·아와지 대지진(M7.3)은 진원에 가까운 고베시 등에서 최대진도 7(기상청 진도 계급)을 관측한 "진도 7의 지진"인 동시에, 진원으로부터 멀리 떨어진 나고야시에서는 "진도 3의 지진", 도쿄에서는 "진도 1의 지진"이다.

국제적으로 통일된 진도 계급 표준 규격은 없으며, 각 국가 및 지역마다 채택한 여러 지표가 있다. 주로 사용되는 진도 계급은 다음과 같다.

진도 계급설명사용 국가/지역비고
일본 기상청 진도 계급기계에 의한 측정값인 “계측 진도”를 사용. 디지털 진도계가 관측한 계측값을 10단계로 환산하여 발표.일본1996년 9월까지는 기상대 직원이 체감이나 피해 등으로 판정.[21]
로시-포렐 진도 계급1873년경에 나온 지진의 강도를 I부터 X까지 10계급으로 분류.X의 적용 범위가 너무 넓고, 유럽의 생활을 기준으로 한 기준이며, 메르칼리 진도 계급이 나온 것도 있어 점차 사용되지 않게 됨.
개정 메르칼리 진도 계급로시-포렐 진도 계급에서 발전. 1902년경에 나온 13계급 진도 계급표. 현재는 I부터 XII까지 12계급.미국, 대한민국 등
메드베데프-스폰호이어-카르니크 진도 계급I부터 XII까지 12계급.독립국가연합 국가, 동유럽 국가, 이스라엘, 인도 등1964년 회의의 의제가 되었지만 결국 보류되어 국제적인 통일은 되지 못함.[23]
유럽 진도 계급1988년경에 제안. 1부터 12까지 12계급.유럽 각국
중국 진도 계급1980년경에 나온 I부터 XII까지 12계급.중화인민공화국1999년 개정.
중앙기상서 진도 계급2000년에 제정. 1996년 9월 30일 이전의 구 기상청 진도 계급을 참고한 0부터 7까지의 8단계 진도 계급. 2020년 1월 1일부터 10단계 진도 계급으로 변경.타이완


3. 3. 진도에 영향을 미치는 국지적 요인

지각은 지구 구조상의 힘으로 응력을 받다가 지각이 파열될 정도의 응력이 쌓이거나, 한 지각 덩어리가 다른 지각 덩어리로 움직이는 것을 막는 마찰력 이상으로 응력이 커지면 지반에 쌓인 에너지가 방출된다. 이때 방출되는 에너지의 일부는 지반 붕괴나 흔들림을 일으키는 다양한 종류의 지진파 형태로 나타난다.[29]

지진의 진도는 지진의 규모 외에 여러 요인에 따라 달라질 수 있는데, 가장 중요한 요소 중 하나는 지반 조건이다.[31] 예를 들어 간척지처럼 지반이 무른 흙이 두껍게 쌓인 층은 지진파를 증폭시킬 수 있다. 또한 퇴적분지의 경우 지진파로 지반이 공명하여 더 오랫동안 흔들릴 수 있다. 1989년 로마프리타 지진에서 가장 큰 피해를 입은 지역은 진원에서 100km 떨어진 샌프란시스코 마리나구였는데, 이는 샌프란시스코만 남쪽을 지나는 지진파가 샌프란시스코와 오클랜드를 지나는 지구 지각의 기반암에서 반사되어 증폭되었기 때문이다.[32]

이처럼 지역의 지질 구조에 따라 지진파가 단층을 따라 이동하거나 반사되면서 증폭될 수 있기 때문에, 규모나 진원으로부터의 거리에 진도가 완벽하게 선형관계를 가지는 것은 아니다.[33]

4. 역사

지진의 진도를 최초로 분류하고 체계를 세운 사람은 1780년대 이탈리아의 물리학자 도메니코 피냐타로이다.[34] 현대적인 의미에서 처음으로 세밀하게 분류한 지진 진도 체계는 1828년 독일의 수학자 P.N.G. 에겐이 만들었다. 하지만 지진의 진도를 처음으로 현대적인 지도화를 통해 체계적으로 분류한 사람은 임페리얼 칼리지 런던에서 근무하던 아일랜드의 공학자 로버트 멀렛으로, 1857년 바실리카타 지진(나폴리 대지진)을 연구하던 도중 3단계의 진도를 개발하였다.[35]

19세기 후반에는 처음으로 널리 쓰여지는 I~X까지 10단계의 진도 척도인 로시-포렐 진도 계급이 개발되었다.[36] 1884년 일본 도쿄기상대는 처음으로 미-약-강-렬 4단계의 진도 계급인 일본 기상청 진도 계급을 개발하였다.[37] 1902년에는 이탈리아의 지진학자인 주세페 메르칼리가 새로운 12단계 진도 척도인 메르칼리 척도를 개발하였다.

1950년대에는 미국의 지진학자인 찰스 릭터가 진도 척도에 두 가지 중대한 개선을 이뤄냈다. 하나는 지진의 진도와 최대 지반 가속도(PGA) 사이 관계식을 밝혀낸 것이고,[38] 다른 하나는 건물의 강도를 정의하고 각 건축물의 종류에 따라 진도별로 받는 피해량을 세분화한 것이었다. 이후 지진의 진도는 구조물의 손상 정도를 기준으로 자리잡게 되었다. 이를 통해 메르칼리 진도 계급과 이를 따른 유럽 MSK-64 진도 계급에서는 건축물의 유형별 취약도를 나타내는 정량적 요소를 더했다.[39] 이후 메르칼리 계급은 릭터가 수정한 수정 메르칼리 진도 계급(MMS)로 불리면서 진도 계급의 신뢰도도 상승하였다.[40]

이후에도 여러 진도 척도가 개발되어 세계 각지에서 사용되고 있다.

국가/지역사용되는 지진 강도 척도
중국리에두 척도
유럽유럽 거시 지진 척도 (EMS-98)[12]
홍콩수정 메르칼리 척도 (MM)[13]
인도메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도
이스라엘수정 메르칼리 척도 (MM)[14]
카자흐스탄메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도 (MSK-64)
일본일본 기상청 진도 계급
필리핀PHIVOLCS 지진 강도 척도 (PEIS)
러시아메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도 (MSK-64)
타이완중앙기상국 지진 강도 척도[15]
미국수정 메르칼리 진도 계급 (MM)[16]


4. 1. 초기 진도 분류

지진의 진도를 최초로 분류하고 체계를 세운 사람은 1780년대 이탈리아의 물리학자 도메니코 피냐타로이다.[34] 현대적인 의미에서 처음으로 세밀하게 분류한 지진 진도 체계는 1828년 독일의 수학자 P.N.G. 에겐이 만들었다.[35] 1857년 바실리카타 지진(나폴리 대지진)을 연구하던 임페리얼 칼리지 런던의 아일랜드 공학자 로버트 멀렛은 지진 진도의 현대적 지도화를 통해 체계적인 분류를 처음으로 시도하며 3단계 진도 체계를 개발하였다.[35]

4. 2. 현대적 진도 체계

현대적인 의미에서 처음으로 세밀하게 분류된 지진 진도 체계는 1828년 독일의 수학자 P.N.G. 에겐이 만들었다. 하지만 지진의 진도를 처음으로 현대적인 지도화를 통해 체계적으로 분류한 사람은 임페리얼 칼리지 런던에서 근무하던 아일랜드의 공학자 로버트 멀렛으로, 1857년 바실리카타 지진(나폴리 대지진)을 연구하던 도중 3단계의 진도를 개발하였다.[35] Robert Mallet영어은 1857년 12월 바실리카타 지진을 연구하기 위해 런던 임페리얼 칼리지에서 파견되어 지진 강도의 최초 현대적 매핑을 수행했다.[7]

19세기 후반에는 처음으로 널리 쓰여지는 I~X까지 10단계의 진도 척도인 로시-포렐 진도 계급이 개발되었다.[36] 1884년 일본 도쿄기상대는 처음으로 미-약-강-렬 4단계의 진도 계급인 일본 기상청 진도 계급을 개발하였다.[37] 1902년에는 이탈리아의 지진학자인 주세페 메르칼리가 새로운 12단계 진도 척도인 메르칼리 척도를 개발하였다.

1950년대에는 미국의 지진학자인 찰스 릭터가 진도 척도에 두 가지 중대한 개선을 이뤄냈다. 하나는 릭터가 캘리포니아주의 지진을 연구하면서 지진의 진도와 최대 지반 가속도(PGA) 사이 관계식을 밝혀낸 것이다.[38] 다른 하나는 건물의 강도를 정의하고 각 건축물의 종류에 따라 진도별로 받는 피해량을 세분화한 것이었다. 이후 지진의 진도는 구조물의 손상 정도를 기준으로 자리잡게 되었다. 이를 통해 메르칼리 진도 계급과 이를 따른 유럽 MSK-64 진도 계급에서는 건축물의 유형별 취약도를 나타내는 정량적 요소를 더했다.[39] 이후 메르칼리 계급은 릭터가 수정한 수정 메르칼리 진도 계급(MMS)로 불리면서 진도 계급의 신뢰도도 상승하였다.[40]

여러 국가 및 지역에서 사용되는 주요 진도 체계는 아래 표와 같다.

국가/지역사용되는 지진 강도 척도
중국리에두 척도
유럽유럽 거시 지진 척도 (EMS-98)[12]
홍콩수정 메르칼리 척도 (MM)[13]
인도메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도
이스라엘수정 메르칼리 척도 (MM)[14]
카자흐스탄메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도 (MSK-64)
일본일본 기상청 진도 계급
필리핀PHIVOLCS 지진 강도 척도 (PEIS)
러시아메드베데프-스폰하우어-카르닉 척도 (MSK-64)
타이완중앙기상국 지진 강도 척도[15]
미국수정 메르칼리 진도 계급 (MM)[16]


4. 3. 수정 메르칼리 진도 계급 (MMS)

1950년대 미국의 지진학자 찰스 릭터는 진도 척도에 두 가지 중대한 개선을 이뤄냈다. 하나는 릭터가 캘리포니아주의 지진을 연구하면서 지진의 진도와 최대 지반 가속도(PGA) 사이 관계식을 밝혀낸 것이다.[38] 다른 하나는 건물의 강도를 정의하고 각 건축물의 종류에 따라 진도별로 받는 피해량을 세분화한 것이었다. 이후 지진의 진도는 구조물의 손상 정도를 기준으로 자리잡게 되었다. 이를 통해 메르칼리 진도 계급과 이를 따른 유럽 MSK-64 진도 계급에서는 건축물의 유형별 취약도를 나타내는 정량적 요소를 더했다.[39] 이후 메르칼리 계급은 릭터가 수정한 수정 메르칼리 진도 계급(MMS)로 불리면서 진도 계급의 신뢰도도 상승하였다.[40]

5. 세계 주요 진도 계급

세계 각국에서 사용하고 있는 주요 진도 계급은 다음과 같다.

국가/지역사용하는 진도 계급
중국례두 계급 (GB/T 17742–1999)[49]
유럽유럽 광대역 진도 계급 (EMS-98)[41]
홍콩메르칼리 진도 계급 (MM)[42]
인도메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급
이스라엘메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급 (MSK-64)
일본일본 기상청 진도 계급
카자흐스탄메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급 (MSK-64)
필리핀PHIVOLCS 진도 계급 (PEIS)
러시아메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급 (MSK-64)
대만중화민국 중앙기상국 진도 계급[43]
미국수정 메르칼리 진도 계급 (MM)[44]



최초의 간단한 지진 강도 분류는 1780년대 도메니코 피냐타로에 의해 고안되었다.[6] 현대적인 의미에서 최초로 인식 가능한 강도 척도는 1828년 독일 수학자 페터 카스파르 니콜라우스 에겐에 의해 작성되었다. 1857년 12월 바실리카타 지진(1857년 나폴리 대지진)을 연구하기 위해 런던 임페리얼 칼리지에서 파견된 아일랜드 엔지니어 로버트 멀렛은 지진 강도의 최초 현대적 매핑을 수행하였다.[7] 19세기 후반에는 10단계의 로시-포렐 척도가 최초로 널리 채택되었다.[8]

1902년 주세페 메르칼리는 새로운 12단계 척도인 메르칼리 척도를 만들었으며, 1950년대에 찰스 프랜시스 리히터에 의해 중요한 개선이 이루어졌다.[9][10] 그 이후 이 척도는 수정 메르칼리 진도 계급(MMS)라고 불리며, 지진 강도 평가는 더욱 신뢰할 수 있게 되었다.[11]

5. 1. 수정 메르칼리 진도 계급 (Modified Mercalli Intensity Scale, MM)

현재 대한민국에서 사용하는 수정 메르칼리 진도 계급은 1902년 주세페 메르칼리가 개발하고 1921년 해리 O. 우드와 프랭크 노이만이 수정한 진도 계급이다. 미국에서 시작되어 여러 나라에서 사용하고 있으며, 대한민국에서는 2001년 1월 1일부터 사용하고 있다.[45]

수정 메르칼리 진도 계급은 다음과 같이 12단계(I-XII)로 구성되어 있다.

# 진도 I: 미세한 진동. 특수한 조건에서 극히 소수 느낌.

# 진도 II: 실내에서 극히 소수 느낌.

# 진도 III: 실내에서 소수 느낌. 매달린 물체가 약하게 움직임.

# 진도 IV: 실내에서 다수 느낌. 실외에서는 감지하지 못함.

# 진도 V: 건물 전체가 흔들림. 물체의 파손, 뒤집힘, 추락. 가벼운 물체의 위치 이동.

# 진도 VI: 똑바로 걷기 어려움. 약한 건물의 회벽이 떨어지거나 금이 감. 무거운 물체의 이동 또는 뒤집힘.

# 진도 VII: 서 있기 곤란함. 운전 중에도 지진을 느낌. 회벽이 무너지고 느슨한 적재물과 담장이 무너짐.

# 진도 VIII: 차량운전 곤란. 일부 건물 붕괴. 사면이나 지표의 균열. 탑·굴뚝 등의 구조물 붕괴.

# 진도 IX: 견고한 건물의 피해가 심하거나 붕괴. 지표의 균열이 발생하고 지하 파이프관 등의 지하 시설물 파손.

# 진도 X: 대다수 견고한 건물과 구조물 파괴. 지표균열, 대규모 사태, 아스팔트 균열.

# 진도 XI: 철로가 심하게 휨. 구조물 거의 파괴. 지하 파이프관 작동 불가능.

# 진도 XII: 지면이 파도 형태로 움직임. 물체가 공중으로 튀어오름.

미국[44], 홍콩[42] 등 여러 국가에서 수정 메르칼리 진도 계급(MM)을 사용하고 있다.

5. 2. 일본 기상청 진도 계급 (Japan Meteorological Agency Seismic Intensity Scale, JMA)

일본 기상청에서 사용하는 진도 계급으로서, 2000년까지 대한민국에서도 쓰던 진도 계급이다.[46]

1996년 이후 지진계의 흔들림의 크기를 통해 진도를 결정하게 되었다. 또한 5와 6을 각각 약, 강 2단계로 나누어 총 10단계(0, 1, 2, 3, 4, 5약, 5강, 6약, 6강, 7)로 구분한다.

진도설명
0느낄 수 없는 정도
1민감한 사람만 느낄 수 있는 정도
2보통 사람이 느끼고, 문이 약간 흔들림
3가옥이 흔들리고, 물건이 떨어지고, 그릇에 담긴 물이 진동함
4가옥이 심하게 흔들리고, 물이 담긴 그릇이 넘쳐 흐름
5약벽에 금이 가고, 건물이 다소 무너짐
5강벽에 금이 가고, 건물이 다소 무너짐
6약가옥 파괴 30% 이하 예상, 산사태가 일어날 수 있음
6강가옥 파괴 30% 이하 예상, 산사태가 일어날 수 있음
7가옥 파괴 30% 이상 예상, 산사태가 일어나고 단층이 생김



일본 기상청 진도 계급은 현재 기계에 의한 측정값, 즉 “계측 진도”를 사용하고 있으며, 디지털 진도계가 관측한 계측값을 10단계로 환산하여 일본 기상청이 발표한다. 기상청은 지진 및 쓰나미의 조기 알림을 위해 지진 발생 수분 이내에 보도 기관 등에 진도를 포함한 지진 정보를 발표한다. 진도 3 이상인 경우 현을 수 개로 구분한 지역별 진도, 그 후 지점별 진도라는 형태로 단계적으로 상세한 정보가 발표된다. 대규모 지진의 경우, 그 후 데이터를 상세히 분석하는 등 하여 추계 진도 분포도도 작성된다. 1996년 9월까지는 기상대 직원이 체감이나 피해 등으로 판정했다.[21]

5. 3. 중화민국 중앙기상국 진도 계급 (Central Weather Bureau Seismic Intensity Scale, CWB)

타이완 중앙기상국에서 사용하는 진도 계급으로, 지표 가속도를 갈(gal, 1gal = 1cm/s²) 단위로 측정하여 0급부터 7급까지 8단계로 분류한다.[47] 2020년 1월 1일부터는 기존의 5급(강진)과 6급(열진)을 5약, 5강, 6약, 6강으로 세분화하여 0부터 7까지의 10단계 진도 계급으로 변경되었다.[25]

5. 4. 메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급 (Medvedev-Sponheuer-Karnik Scale, MSK)

메드베데프-스폰하우어-카르니크 계급(MSK 계급)은 1964년에 만들어진 진도 계급이다.[48] 독립국가연합, 동유럽, 이스라엘, 인도 등에서 사용되고 있다. 이 진도 계급은 I에서 XII까지 12단계로 구성되어 있다.[48] 1964년 회의에서 국제적으로 통일된 진도 계급으로 제안되었지만, 결국 채택되지는 못했다.[23]

5. 5. 중국 진도 계급 (China Seismic Intensity Scale, CSIS)

중국 진도 계급(CSIS 계급)은 중화인민공화국에서 사용되는 진도 계급이다. I에서 XII까지 12단계로 구성되어 있다.[49] 1980년에 제정되었으며, 1999년에 개정되었다.

5. 6. 유럽 광대역 진도 계급 (European Macroseismic Scale, EMS)

유럽 광대역 진도 계급은 유럽 국가에서 사용되는 진도 계급으로, 1988년경 유럽 지진학 위원회에서 제안되었다.[50] I부터 XII까지 12단계로 구성되어 있다.[41]

6. 공학적 진도

기상청 진도 계급은 편리하고 널리 보급되어 있지만, 객관적인 척도로서는 불충분하여 건축물의 내진 설계 등에 사용하기 어렵다. 따라서 지진동의 강도를 나타내는 공학적 정의가 필요하며, 현재는 가속도에 기반한 정의(사노 진도)가 주로 사용된다.[17]

일반적으로 지진의 강도는 지진파의 가속도에 비례한다고 생각되며, 주로 공학적 진도(사노 진도) K가 사용되고 있지만, 진도의 크기가 공학적 진도 K에 비례하는 것은 아니므로, 다른 정의도 존재한다.[20]

6. 1. 사노 진도 (Sano's seismic coefficient)

기상청 진도 계급은 편리하고 일반적으로 널리 보급되어 있지만, 개인의 주관에 의존하여 계급이 판정되었던 점도 있어 객관적인 척도로서는 불충분하였다. 따라서 건축물의 내진 설계 등을 하는 데 있어서는 과학적으로 정확한 척도로 사용할 수 없어 별도로 지진동의 강도를 나타내는 공학적 정의가 필요하게 된다. 현재는 다음의 가속도에 의한 정의(사노 진도)가 자주 사용되고 있다.[17]

1916년(다이쇼 5년)에 사노 토시키는 저서 『가옥내진구조론』(家屋耐震構造論)에서 내진 계산을 위한 척도로서 지진동의 강도는 지진파의 최대 가속도 α에 비례한다고 생각하여, α의 중력가속도 g(=980 갈)에 대한 비 K를 '''진도'''(seismic coefficient)라고 명명했다.[18] 현재는 '''사노 진도'''(Sano's seismic coefficient) 또는 '''공학적 진도'''라고도 불린다.[19]

사노 진도 K = \alpha / g

지진동에 의한 수평 가속도 αh, 연직 가속도 αv가 문제가 될 때는,

K_h = \alpha_h/g \ ,\ K_v = \alpha_v /g

로 하고, 각각 '''수평 진도'''(horizontal seismic coefficient) 및 '''연직 진도'''(vertical seismic coefficient)라고 부른다. 내진 설계에서는 기본적으로 수평 진도가 문제가 된다.

이 진도 개념의 도입은 물체가 지진동을 받는 것에 의해 가해지는 힘(지진력)의 산출을 간명하게 했다.

지금, (질량이 아니라) 무게 W(kg중)의 물체가 αGal의 지진동을 받았다고 하자. 이때, 물체의 질량을 m이라고 하면, 뉴턴의 운동 방정식에서 지진력 F는

F = m \ \alpha

가 된다. 여기서, 중력가속도는 지구상에서는 거의 일정한 g이므로 m=W/g이 되므로,

F = m \ \alpha = \frac{W}{g} \alpha=\left( \frac{\alpha}{g} \right) W = K W

가 유도된다.

즉, 무게 Wkg중의 물체가 진도 K의 지진동을 받을 때, 지진동의 방향에

지진력 F=KW(단위: kg중)

을 받게 된다.

구조 계산법 중의 허용 응력도 계산(일차 설계)에서는 지진력을 결정하는 계수의 하나로서 표준 전단력 계수 Co를 사용하고 있으며, 일반적으로 0.2, 연약 지반에 있어서의 목조 건축물에서는 0.3으로 되어 있으며, 각각 대략 수평 진도 0.2, 수평 진도 0.3에 상당한다(엄밀하게는 지역 계수, 진동 특성 계수 등 다른 계수도 관계되므로 약간 다르다). 건축물의 지상층 설계에 있어서는, 1981년 이전의 법령에서 "수평 진도"가 규정되어 있었지만 현행 법령상으로는 표준 전단력 계수가 이것을 대체하고 있다. 지하층 설계에 있어서는 법령상으로도 "수평 진도"가 등장한다. 여기서 말하는 수평 진도 0.2는 수평 가속도 0.2g=약 200갈에 상당한다.

내진 기준으로 정하는 일차 설계 수평 진도 0.2를 초과하면 건물은 손상을 일으키기 시작하고, 이차 설계 수평 진도 1.0을 초과하면 붕괴가 시작된다고 여겨진다. 이렇게 생각하면 1000갈 정도의 지진으로 건물이 붕괴하는 것처럼 들리지만, 실제 지진에서는 최대 가속도는 순간적으로만 나타나기 때문에, 일반적으로 이것의 수 배의 최대 가속도의 지진에 견딜 수 있다. 다만, 탁월 주기(그 건물을 흔든 지진동의 주기를 스펙트럼으로 나타냈을 때 큰 값을 취하는 주기)가 고유 진동 주기에 가까운 지진동에서는 이것이 한정되지 않는다.

6. 2. 기타 공학적 진도

일반적으로 지진의 강도는 지진파의 가속도에 비례한다고 생각되며, 주로 공학적 진도(사노 진도) K가 사용되고 있지만, 진도의 크기가 공학적 진도 K에 비례하는 것은 아니므로, 다른 정의도 존재한다.[20]

하우스너(G.W. Hausner)는 지진의 강도를 측정하는 지표로서, 응답속도스펙트럼을 주기 0.1초에서 2.5초 사이에서 평균하여 다음과 같은 값을 정의하였다.

: SI(cm/s) = \frac{1}{2.4}\int^{2.5}_{0.1}S_v dT

하우스너는 이 값을 '''스펙트럼 강도'''('''SI''', Spectral Intensity)라고 명명했다.

건물을 흔드는 지반의 지진동을 속도의 주기 분포로 표현한 속도응답스펙트럼에 대하여, 지진동에 반응하여 건물 자체가 흔들리는 진동을 속도의 주기 분포로 표현한 것이 응답속도스펙트럼이다. 일반적으로 전자보다 후자 쪽이 더 큰 속도값을 취하며, 또한 피크 주기도 다르기 때문에, 건물 피해를 고려할 때는 후자 쪽이 더 중요하다.

단, 고유주기 2.5초를 초과하는 장주기 지진동은 SI 값의 정의 밖이므로, 피해와의 상관성이 낮아진다.

참조

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[48] 웹인용 震度の歴史と求め方 http://www.cive.gifu[...] 2010-01-17
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[50] 웹사이트 震度について (1)｜雑感｜ケミカルグラウト株式会社 https://www.chemical[...] 2021-03-26


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