지진의 종류에는 단층지진, 화산지진, 함락지진, 인공지진 등이 있는데, 미국 서해안의 샌프란시스코에서 동남으로 길게 뻗어 있는 산안드레아스단층 지진은 단층지진의 대표적인 예이다. 1906년 이곳의 지진에서는 단층면의 양쪽 지층이 수평으로 7m나 이동한 것이 확인되었다. 지진은 확인되나 단층이 발견되지 않는 경우도 많은데 지하 깊은 곳에서 단층이 발생하면 지표로 오면서 단층이 소멸되기 때문이다. 대양저 산맥(해령)에는 해령의 연장 방향과 수직 방향으로 변환단층이 발달 되어 있는데 이곳에서도 단층 양쪽의 해양지각이 서로 반대방향으로 움직여 지진을 일으킨다. 산안드레아스단층도 변환단층으로 알려져 있다.

세계에서 지진이 가장 많이 발생하는 지역은 환태평양지진대이다. 베니오프(Hugo Benioff, 1899~1968)는 해구를 따라서 천발지진 이, 해구 옆의 대륙 쪽에는 중발지진이, 더 먼 곳에서는 심발지진이 일어난다는 사실을 발견하였다. 해구는 판구조론에 의하면 해양판이 대륙판 밑으로 들어가는 수렴지역으로 이때 판과 판이 부딪치면서 지진이 발생한다. 이곳에서의 지진을 베니오프대 지진이라 한다. 일본은 천발지진이 발생하는 해구 위에 있는 지역이라 규모가 큰 지진이 자주 발생하게 되고 우리나라도 그 여파로 동해는 쓰나미의 위협을 받기도 한다.

활화산 주위에도 소규모의 지진이 많이 발생한다. 마그마가 움직이거나 가스가 분출될 때 지각이 움직여 지진이 발생하는데 이런 지진을 화산지진이라 한다. 대양저 산맥에는 그 중심부에 V자 모양의 열곡이 존재하는데, 이곳에서도 마그마의 분출로 인한 많은 지진이 발생한다. 함락지진은 땅속의 큰 공간이 무너질 때 생기며, 인공지진은 핵폭탄실험 등의 인공적인 폭발물이 폭발할 때 생긴다.

지진파의 종류와 이용

지진을 일으키며 에너지가 처음 방출된 곳을 진원이라 하며, 진원에서 연직으로 지표면과 만나는 점을 진앙이라 한다. 진원지에서 지진이 발생하면 그 점을 중심으로 암석 내에 저장되어 있던 탄성에너지의 일부가 탄성파로 모든 방향으로 전달되어 가는데, 이것이 지진파이다. 지진파의 종류에는 지구 내부를 깊숙이 통과해가는 실체파인 P파와 S파가 있으며, 지구표면 가까이의 바깥층을 따라 전파해가는 표면파로 러브파(L파)와 레일리파(R파)가 있다. 또 큰 규모의 지진이 발생한 후에는 마치 종이 울리고 난 후처럼 수일 내지는 수 주일에 걸쳐 지구 전체가 진동하는, 지구의 자유진동(自由振動)이 관측된다. P파는 음파처럼 어떤 매질을 통과할 때 파의 진행방향과 진동방향이 같은 종파이며 가장 먼저 도착하므로 Primary wave(P파)라 하며 압축과 팽창을 거듭해서 부피변화를 일으킨다. 종파는 고체, 액체, 기체의 모든 매질을 통과한다. S파는 파의 진행방향에 수직 방향으로 진동하는 횡파로 두 번째로 도착하므로 Secondary wave(S파)라 하며 매질의 모양변화를 가져온다. S파는 고체만 통과할 수 있다. 표면파는 지표면의 움직임을 가져온다. 레일리파는 해양의 너울처럼 땅을 출렁거리게 하며 러브파는 파의 진행방향에 대하여 지표면의 입자들이 수직으로 좌우 진동을 하게 하여 건물에 막대한 구조적 변화를 줘서 가장 많은 지진피해를 끼친다.

지진파를 관측하면 진앙까지의 거리도 알아낼 수 있다. P파의 속도는 깊이가 깊어지면 더 빨라지지만 지각에서 초속 8km이며 S파는 초속 4km이다. ps시는 ‘P파가 도착한 후 S파가 도착할 때까지 걸리는 시간’으로 이 값을 알면 진앙까지의 거리를 구할 수 있다. 이는 번개와 천둥이 도착하는 시간차를 이용하여 번개가 발생한 지역까지의 거리를 구하는 것과 같은 원리로 시간과 거리와 속도의 관계식을 이용하면 된다.
 

1909년 유고슬라비아의 지진학자 모호로비치치는 발칸 지진 때의 지진 기록을 분석하여 p파의 속도가 지표 아래 수십km 부근에서 급격히 증가한다는 사실을 발견하였다. 이런 사실은 이곳을 경계로 구성물질의 뚜렷한 경계가 있다는 것을 지시하는 것으로 이 경계면이 바로 지각과 맨틀의 경계인 모호로비치치 불연속면이다.

1912년 독일태생의 미국물리학자인 구텐베르크는 진앙으로부터 103°~143°인 지역에서는 P파와 S파가 관측되지 않는 암영대가 있으며 143° 이상에서의 거리에서는 S파가 도달하지 않는 것을 발견하였으며 이를 근거로 지구 내부 2,900km보다 깊은 곳에 P파의 속력이 급격히 감소되고 S파가 전달되지 않는 액체 상태인 외핵의 존재를 밝혔다. 그래서 맨틀과 외핵의 이 경계면을 구텐베르크 불연속면이라 한다.

1936년 덴마크의 지진학자인 레만은 뉴질랜드의 불러 부근에서 발생한 지진자료의 분석을 통해 외핵 내부에 고체인 내핵의 존재를 밝혔다. 외핵을 통과하여 굴절되어 도착한 P파의 경로를 분석하여 추정한 것이다. 이 분석을 통해 외핵 안쪽에 P파를 굴절시키는 다른 층인 내핵의 존재를 밝혀낸 것이다. 지진파의 속도분포로부터 외핵은 철과 산소의 화합물(FeO)상태일 것으로 추정되며, 내핵의 물질은 철질 운석과 유사하게 철 90%와 니켈 10%의 금속 화합물로 구성되어 있다고 추정된다. 이처럼 지진파는 지구 내부구조를 밝힐 수 있는 중요한 열쇠인 것이다.

지진파의 이동경로 및 이동 속도.

지진의 관측과 규모

지진계를 통해 지진진동의 모양이 드럼 위에 감긴 종이나 인화지에 기록된다.
<출처: NGD>

지진은 지진 관측소에 설치된 지진계를 통하여 관측한다. 이때 최소한 수평지진계를 서로 직교하게 2대, 수직지진계를 1대 놓아야 한다. 지진계에서 중요한 부분은 무거운 추와 드럼(drum)인데 지진을 관측할 때 가장 큰 문제점은 땅이 흔들리면 지진계도 같이 흔들린다는 사실이다. 이 때문에 추는 지진계의 모든 부분이 흔들려도 관성으로 정지되어 있도록 만들었다. 그리고, 드럼이 지진에 따라 흔들리면서 정지된 추에 달린 펜이나 추에 붙은 거울에서 반사되는 광선으로 지진진동의 모양이 드럼 위에 감긴 종이나 인화지에 기록되도록 하였다.

지진의 크기를 나타내는 척도로는 진도와 규모가 사용된다. 진도는 주변의 요소에 따라 영향을 많이 받으므로 실제 지진의 크기를 정확하게 분류하는 수단은 되지 못하여 지진의 크기를 보다 정량적으로 평가하는 수단으로서는 지진발생 시 방출되는 에너지의 양을 나타내는 척도인 규모를 많이 사용한다. 규모에는 리히터 규모, 표면파 규모, 실체파 규모가 사용되고 있다. 보통 규모 1이 차이가 나면 에너지 방출에 있어서 25~30배의 에너지 증가를 가져온다.