지진파

지진파(地震波, 영어: seismic wave)는 지진, 화산, 마그마의 이동, 산사태와 인간에 의한 폭발 등으로 발생하여 지각을 따라 퍼져 나가는 저주파의 파동이다. 지진파의 측정은 지진계를 이용한다.

위쪽부터, P파, S파, 러브파, 레일리파

지진파의 전파 속도는 그 종류와 더불어 매질의 밀도와 탄성에 영향을 받는다. 지진파의 속도는 지각과 맨틀 부분에서는 깊이가 깊어질 수록 빨라지는 경향이 있으나, 외핵에 접어들면 급격히 줄어든다.

지진이 발생하면 서로 다른 속도를 가지는 여러 종류의 지진파가 발생한다. 지진을 연구하는 사람들에게 지진파의 서로 다른 속도로 말미암은 도달 시간의 차이는 진원이 어디인지를 정하는 데에 사용된다.

지구과학에서 지진파의 굴절과 반사는 지구 내부를 연구하는 데에 쓰이며, 인간이 만든 지진파는 얕은 지하의 구조를 조사하는 데에 쓰인다.

종류편집

실체파(實體派)편집

지각 내부를 통과해 전달되는 지진파를 말한다. 실체파는 그 매질의 밀도와 영률에 영향을 받는다. 밀도와 영률은 온도, 조성, 에 관련된다. 이는 빛의 굴절과 닮았다. 실체파에는 P파와 S파의 두 가지가 있다.

P파(primary wave)편집

종파이며 압력파이다. 고체·액체·기체 모두 통과할 수 있다. 속도는 7~8km/s로 비교적 빠르기 때문에 지진 발생 이후에 지진 관측소에 가장 먼저 도달하며, 이 때문에 첫 번째를 의미하는 P파라는 이름이 붙었다. 진폭이 작아 P파로 인한 피해는 적다. 지구 내부의 모든 부분을 통과한다.

S파(secondary wave)편집

횡파이며 전단파이다. 액체와 기체는 전단응력을 가지지 않기 때문에 S파는 고체 상태의 물질만 통과한다. 속도는 3~4km/s로 비교적 느려 P파가 지진 관측소에 도달한 이후에 지진 관측소에 도달한다. 진폭이 커 피해가 크다. 지구 외핵에서는 S파가 관측되지 않는 것으로 보아 외핵은 액체 상태라는 것을 유추할 수 있다.

표면파(表面波)편집

지표면을 따라 전달되는 지진파를 말한다. 속도는 2~3 km/s로 통과하는 매질은 지표면으로만 전달되어 가장느려 진폭도 크고 피해도 크다. 표면파의 종류에는 러브파와 레일리파가 있다.

러브파
표면파이며, 파동속도는 P파나 S파의 속도보다 느리며 분산현상을 보인다. 어거스터스 에드워드 허프 러브1911년경 처음으로 탄성론적으로 유도하였다. 지각 두께 연구에 이용된다.
레일리파
진행방향을 포함한 연직면 내의 타원진동을 한다. 1885년 존 윌리엄 스트럿 레일리가 처음 이론적으로 유도하였다. 레일리파를 통해 횡파의 속도분포를 구할 수 있다.

주시곡선편집

 
주시곡선

주시곡선 (走時曲線) 은 지진이 발생한 뒤 지진파가 전달되는 시간과의 관계를 나타낸 곡선.[1] 이를 이용하면 지구의 내부 구조를 아는 단서를 얻을 수있다.

속도 계산식편집

고체 물질에서 P파와 S파의 속도   는 다음과 같이 주어진다.[2]

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이 식에서 p는 밀도이고 탄성 계수 k와 u는 각기 체적 탄성률(혹은 비압축률)과 전단 계수(강성률)이다. 탄성 계수는 물질이 응력을 받을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸다. 체적 탄성률은 어떤 물체에 모든 방향에서 작용하는 균등한 압축력이 P에서 P'로   증가해 체적 V가 V'로  만큼 감소할 때 압축력의 변화   대 체적 변화율  의 비이다.

 

길이가 L인 정육면체의 윗면이 면에 평행한 전단력 F를 받는 경우, 전단 응력은 전단력 F를 이 힘에 가해진 면적 A로 나눈 값이다.( ) 전단 응력에 의해 정육면체에 전단 변형  이 발생한다. 전단 계수는 전단 응력 대 전단 변형률의 비이다.( )

 

P파의 속도는 항상 S파보다 크다. 또 탄성 계수가 클수록, 지진파의 속도는 증가한다.유체의 경우 전단력에 대한 저항력이 전혀 없으므로( ) 강성률이 없어지고( )  이 된다. 즉 S파는 유체를 통과할 수 없다.

지진파 도달 시간과 진앙거리편집

지각이 균질하다고 가정하고 P, S파의 속도를 각기   라 하고, 시간  에 지표에서 발생해 진앙 거리 L인 지점에 P, S파가 시각   에 도달했다고 하자. 이 경우 지진파 도달과 진앙거리 사이에는 다음 관계가 성립한다.[3]

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이 식을 정리하면

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 는 S파와 P파의 도달 시간의 차이(PS시)이다. 진앙 거리는 지진파 도달 시간의 차에 비례한다.

각주편집

  1. 관리자, 사이언스올. “주시 곡선(travel time curve) 과학문화포털 사이언스올”. 2021년 5월 27일에 확인함. 
  2. 이기화 (2016년). 《모든 사람을 위한 지진 이야기, 274-276쪽》. 
  3. 이기화 (2016년). 《모든 사람을 위한 지진 이야기, 277-278쪽》.