규모와 진도

지진 규모는 지진이 방출한 에너지의 총량을 나타내는 절대적인 척도이다. 이는 지진의 근본적인 크기를 정량적으로 표현하는 물리량으로, 지진의 원인인 단층 운동의 규모와 직접적으로 연관된다. 규모는 단일 수치로 표현되며, 지진이 발생한 위치나 관측 지점에 관계없이 동일한 지진에 대해 일관된 값을 가진다.

규모의 개념은 1935년 찰스 리히터에 의해 처음 도입되었다. 리히터는 특정 조건의 진폭을 기준으로 규모를 정의했으며, 이는 이후 다양한 측정 방법으로 발전했다. 규모는 일반적으로 로그 스케일을 사용하여 표현되므로, 규모가 1 증가할 때마다 방출되는 에너지는 약 31.6배 증가한다[1].

주요 규모 척도로는 리히터 규모와 모멘트 규모가 있다. 초기에는 지진파의 최대 진폭을 측정하는 리히터 규모가 널리 사용되었으나, 큰 지진의 에너지를 정확히 반영하지 못하는 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해 개발된 모멘트 규모는 단층의 면적, 평균 변위량, 암반의 강성 등을 종합적으로 고려하여 지진의 물리적 크기를 가장 잘 나타내는 척도로 현재 국제적으로 표준으로 채택되어 있다.

리히터 규모는 1935년 찰스 리히터가 캘리포니아 지역의 지진을 연구하기 위해 개발한 규모 척도이다. 이는 특정 조건의 지진계에서 기록된 지진파의 최대 진폭에 기초하여 계산된다. 리히터 규모는 주로 지역적 규모(M_L)로 불리며, 일반적으로 규모 3.0에서 7.0 사이의 중간 규모 지진을 측정하는 데 적합하다. 그러나 규모가 커질수록 포화 현상이 발생하여 실제 에너지를 정확히 반영하지 못하는 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 1970년대에 도입된 것이 모멘트 규모(M_W)이다. 모멘트 규모는 지진의 근본 원인인 지진 모멘트에서 직접 유도된다. 지진 모멘트는 단층이 파열된 면적, 평균 변위량, 그리고 암석의 강성을 모두 고려한 물리량이다. 따라서 모멘트 규모는 매우 작은 지진부터 가장 큰 거대지진까지 포화 없이 일관되게 측정할 수 있으며, 현재 국제적으로 표준 규모 척도로 채택되어 있다.

두 규모 체계의 주요 차이점을 다음 표로 정리할 수 있다.

현대의 지진 보고서에서 "규모"라고 언급될 때는 대부분 모멘트 규모를 의미한다. 예를 들어, 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진의 규모 M9.0은 모멘트 규모로 측정된 값이다. 리히터 규모는 같은 지진에 대해 포화로 인해 더 작은 값을 나타낼 수 있다.

지진의 규모를 측정하는 방법은 주로 지진계로 기록된 지진파의 진폭과 주기를 분석하는 방식에 기반을 둔다. 가장 기본적인 방법은 단일 지진계 관측소에서 기록된 특정 유형의 지진파, 예를 들어 P파나 S파의 최대 진폭을 측정하는 것이다. 이 진폭 값은 관측소에서 지진의 진원까지의 거리와 함께 계산식에 대입되어 규모를 산출하는 데 사용된다. 이러한 방식은 비교적 빠르게 규모를 추정할 수 있어 초동 정보에 유용하지만, 지진의 규모가 커질수록 진폭이 포화되는 한계가 있다.

보다 정확하고 큰 규모의 지진에도 적용 가능한 방법은 모멘트 규모를 계산하는 것이다. 이 방법은 지진파 분석뿐만 아니라 지진의 물리적 근원인 단층의 면적과 평균 미끌림량(변위량)을 추정하여 계산한다. 지진이 발생할 때 방출된 총 에너지를 가장 잘 반영하는 이 방법은 지진 모멘트라는 물리량을 통해 규모를 정의한다. 모멘트 규모는 규모 8 이상의 거대 지진에서도 포화 현상이 발생하지 않아, 현대 지진학에서 표준적으로 사용되는 측정 방법이다.

다양한 규모 측정법을 비교하면 다음과 같다.

실제 운영에서는 신속한 경보를 위해 P파의 초기 진동 정보만을 이용해 규모를 추정하는 방법도 개발되어 사용된다. 또한, 전 세계에 분포한 수많은 지진 관측소 네트워크의 데이터를 종합하여 하나의 지진에 대해 가장 정확한 규모 값을 결정한다.

지진 진도는 특정 지점에서 지진으로 인해 실제로 느껴지거나 관찰되는 흔들림의 강도와 그로 인한 영향을 나타내는 척도이다. 지진의 절대적인 크기를 나타내는 지진 규모와 달리, 진도는 관측자의 위치에 따라 달라지는 상대적인 척도이다. 따라서 하나의 지진에 대해 여러 개의 진도 값이 존재하며, 진앙으로부터의 거리, 지반 조건, 건물 구조 등에 따라 크게 변한다.

진도는 지진동의 물리적 파라미터보다는 사람의 느낌, 물체의 반응, 건축물의 피해 정도와 같은 현상학적 관찰을 기준으로 결정된다. 초기의 진도 척도는 단순히 사람의 느낌에 의존했으나, 현대의 척도는 구조물의 손상 상태를 정량적으로 포함하여 더욱 객관화되었다. 대표적인 척도로는 수정 메르칼리 진도 계급이 전 세계적으로 널리 사용된다.

진도는 로마 숫자(예: IV, VII)나 정수(예: 4, 7)로 표현되는 계급 체계를 사용한다. 각 계급은 다음과 같은 현상과 연결된다.

이러한 진도 분포를 지도에 표시한 것을 등진도선도라고 하며, 이는 진앙의 위치를 추정하고 지진동의 전파 특성 또는 지역별 지반의 증폭 효과를 분석하는 데 활용된다.

수정 메르칼리 진도 계급은 지진으로 인한 지표면의 흔들림과 그로 인한 피해 정도를 사람의 느낌, 구조물의 반응, 자연 환경의 변화를 기준으로 서술적으로 구분한 척도이다. 이 척도는 지진 진도를 측정하는 가장 보편적인 방법 중 하나로, 로마 숫자로 표기되는 I부터 XII까지의 12단계로 구성된다. 각 계급은 특정한 현상에 대한 설명으로 정의되며, 지진의 절대적인 크기가 아닌 특정 지점에서의 영향을 평가하는 데 사용된다.

계급은 다음과 같이 구분된다. 낮은 진도(I-III)는 대부분의 사람이 느끼지 못하거나 실내에 있는 사람만이 미세한 진동을 느끼는 수준이다. 중간 진도(IV-VI)는 실내외 대부분의 사람이 느끼며, 벽걸이 그림이 움직이거나 벽에 금이 가는 등 경미한 피해가 발생할 수 있다. 높은 진도(VII-X)는 사람이 서 있기 어려울 정도의 강한 흔들림을 동반하며, 보통 건물에 부분적 손상이나 붕괴가, 튼튼한 건물에도 상당한 손상이 발생한다. 최고 진도(XI-XII)는 거의 모든 구조물이 파괴되고 지형 자체에 균열이 생기거나 산사태가 발생하는 등 광범위한 파괴를 의미한다.

이 척도는 1902년 주세페 메르칼리가 제안한 원래 계급을, 이후 1931년에 해리 우드와 프랭크 노이만이 현대적인 구조물에 맞게 수정하여 보완한 것이다. 수정 메르칼리 진도 계급은 지진 규모와 달리 하나의 지진에 대해 지역별로 다른 값을 가질 수 있으며, 지진 피해 조사와 지진 위험도 평가, 비구조적 피해 예측에 핵심적인 자료로 활용된다.

진도 측정은 특정 지점에서 지진으로 인해 관찰되는 실제 지진동의 세기와 그에 따른 영향을 평가하는 과정이다. 이는 수정 메르칼리 진도 계급과 같은 척도를 기준으로, 현장 조사와 주민 보고를 통해 이루어진다. 조사원은 건물의 피해 상태, 가구의 움직임, 사람들의 감각, 지표면의 변화 등 다양한 현상을 종합적으로 관찰하고 기록한다. 최근에는 관측소 네트워크를 통해 계측된 지진동 데이터를 자동으로 분석하여 예비 진도를 신속하게 산출하기도 한다.

진도 측정 결과는 해당 지역에 미친 지진의 실제 영향을 직관적으로 보여준다. 예를 들어, 진도 IV는 실내에 있는 많은 사람이 느끼고, 접시나 창문이 떨리며, 벽에서 삐걱거리는 소리가 나는 수준이다. 반면 진도 VIII에서는 일반 목조 건물에 상당한 피해가 발생하고, 가구가 넘어지며, 차량 운전에 지장을 준다. 이러한 영향 평가는 단순한 진동 크기 이상으로, 지역의 지반 조건, 건물의 내진 성능, 인구 밀도 등이 복합적으로 반영된 결과이다.

측정된 진도 분포는 등진도선으로 지도에 표시되어, 지진의 영향을 받은 지역의 범위와 피해의 공간적 패턴을 한눈에 파악할 수 있게 한다. 이 정보는 긴급 대응 기관이 피해가 집중된 지역을 우선적으로 파악하고 구호 자원을 배분하는 데 핵심적인 자료로 활용된다. 또한, 역사적 지진 기록과 결합하여 지역별 지진 취약성과 지반 증폭 효과를 연구하는 데 기초 데이터가 된다.

규모와 진도의 가장 근본적인 차이는 측정 대상에 있다. 지진 규모는 지진 자체의 크기, 즉 지진이 발생할 때 방출된 에너지의 총량을 나타내는 절대적인 물리량이다. 이는 지진계로 기록된 지진파의 진폭과 주기를 분석하여 계산되며, 지진이 발생한 위치와 관계없이 하나의 수치로 표현된다. 따라서 같은 규모의 지진은 지구상 어디에서 발생하든 동일한 에너지를 방출한 것이다.

반면, 지진 진도는 특정 지점에서 느껴지는 지진의 세기, 즉 지진이 인간과 구조물, 지표에 미치는 영향을 기준으로 평가하는 상대적인 척도이다. 진도는 지진의 규모, 진원 깊이, 관측 지점까지의 거리, 그리고 현지의 지반 조건 등 여러 요소에 의해 결정된다. 따라서 하나의 지진에 대해 지역별로 다른 진도 값이 부여된다.

이를 표로 정리하면 다음과 같다.

결론적으로, 규모는 '지진의 전구등'에 비유되고, 진도는 '특정 지점의 밝기'에 비유될 수 있다. 하나의 전구등(규모)이 있더라도 거리에 따라 각 지점에서 느껴지는 밝기(진도)는 다르다.

규모는 지진 자체의 절대적인 크기를 나타내는 무차원 수치이다. 일반적으로 사용되는 모멘트 규모는 지진이 방출하는 에너지의 로그값에 기반하여 계산되므로, 규모가 1 증가할 때마다 방출 에너지는 약 31.6배 증가한다. 규모는 하나의 지진에 대해 전 세계의 관측소에서 계산된 값이 일관되게 도출되는 단일 값을 가지며, 소수점 이하까지 표현된다.

반면, 진도는 특정 지점에서 느껴지는 지진동의 세기와 그에 따른 영향을 등급으로 나타낸 상대적 척도이다. 대표적인 수정 메르칼리 진도 계급은 I단계(느껴지지 않음)부터 XII단계(완전 파괴)까지 로마 숫자로 구분한다. 진도는 관측 지점마다 지반 조건과 진원 거리 등에 따라 다르게 평가되므로, 하나의 지진에 대해 다양한 진도 값이 분포하게 된다.

두 척도의 수치적 특성을 비교하면 다음과 같다.

이러한 차이 때문에, 진도 V를 기록한 지진이라고 해서 그 규모가 항상 일정하지 않다. 얕은 진원의 작은 지진이 진앙 부근에서는 강한 흔들림(높은 진도)을 일으킬 수 있는 반면, 규모가 매우 큰 심발 지진은 넓은 지역에 걸쳐 낮은 진도를 유발할 수도 있다. 따라서 규모는 지진의 물리적 크기를, 진도는 그 지진이 특정 지역에 미치는 영향을 이해하는 데 각각 활용된다.

규모와 진도는 지진을 기술하는 데 함께 사용되지만, 그 적용 사례는 명확히 구분된다. 규모는 지진 자체의 절대적인 크기를 나타내는 단일 값으로, 주로 과학적 분석과 보도에 활용된다. 예를 들어, "도호쿠 지진의 규모는 M9.0이었다"라고 표현하면, 이는 지진이 방출한 총 에너지의 크기를 국제적으로 비교 가능한 수치로 전달한다. 반면, 진도는 특정 지점에서 느껴지는 지진동의 세기와 그에 따른 영향을 나타내므로, 지역별 피해 상황을 신속하게 평가하고 대응 자원을 배분하는 데 핵심적이다.

실제 지진 발생 시, 규모는 초기 보도와 과학적 분석의 기초가 된다. 한 번의 지진은 하나의 규모 값을 가지며, 이는 진원에서의 에너지 방출량을 반영한다. 그러나 같은 규모의 지진이라도 진원 깊이, 지반 조건, 지역의 내진 설계 수준에 따라 각 지역에서의 진도는 크게 달라진다. 따라서, 지진 발생 후 가장 먼저 공개되는 것은 규모이며, 이후 각 관측 지점에서 측정된 진도 분포도가 작성되어 피해 예상 지역을 파악하는 데 사용된다.

진도 정보의 구체적인 적용 사례는 다음과 같다.

이처럼, 규모는 지진의 '전체적인 크기'를 이해하는 데, 진도는 '지역별 영향과 피해'를 구체적으로 파악하고 대응하는 데 각각 적용된다. 한 지진에 대한 규모와 진도 분포도를 함께 분석함으로써, 지진의 물리적 특성과 사회적 영향을 종합적으로 평가할 수 있다.

1960년 발디비아 지진은 관측 역사상 가장 큰 규모의 지진으로 기록된다. 이 지진은 1960년 5월 22일 칠레에서 발생했으며, 모멘트 규모 9.5를 기록했다. 이 지진으로 인해 광범위한 지역에 걸쳐 최대 25미터의 지표 변위가 발생했고, 대규모 쓰나미가 태평양 전역을 휩쓸어 하와이, 일본, 필리핀 등에서도 인명 피해가 발생했다.

2004년 인도양 지진은 모멘트 규모 9.1~9.3으로 추정되며, 역사상 가장 많은 사상자를 낸 지진 중 하나이다. 이 지진으로 발생한 쓰나미는 인도양 연안 14개국을 덮쳐 약 23만 명의 목숨을 앗아갔다. 특히 인도네시아의 수마트라 섬 북부 해역에서 발생한 이 지진은 최대 30미터 높이의 파도를 일으켰다.

2011년 도호쿠 지진은 모멘트 규모 9.0을 기록하며 일본 역사상 가장 강력한 지진이 되었다. 이 지진으로 생성된 쓰나미는 최대 높이 40미터에 달했고, 이는 후쿠시마 제1 원자력 발전소의 멜트다운을 초래하는 직접적인 원인이 되었다. 이 사례는 거대 지진이 단순한 지진동 이상으로 복합적인 사회·기술적 재난을 유발할 수 있음을 보여준다.

진도 분포는 지진의 진원에서 방사상으로 멀어질수록 일반적으로 감소하는 경향을 보인다. 그러나 지반 조건, 지형, 지질 구조에 따라 그 패턴은 복잡하게 변한다. 예를 들어, 연약지반 위에 위치한 지역은 주변의 암반 지역보다 같은 거리에서도 더 높은 진도를 기록하는 경우가 많다. 이는 지반이 지진파를 증폭시키기 때문이다. 또한, 단층의 파괴 방향성에 따라 특정 방향으로 진동이 강해져 진도 분포가 비대칭적으로 나타나기도 한다.

피해 패턴은 기록된 진도와 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 진도 V-VI부터 가벼운 피해가 시작되며, 진도 VII 이상에서는 중등도에서 심각한 피해가 발생한다. 피해 유형은 다음과 같이 진도에 따라 구분될 수 있다.

역사적 지진 사례를 분석하면, 인명 피해와 경제적 손실은 높은 진도가 집중된 지역의 인구 밀도와 사회 기반 시설의 취약성에 크게 좌우된다. 1995년 효고현 남부 지진(규모 Mj 7.3)에서는 진원지 근처의 고베 시가 충적층 위에 위치해 진도 VII의 강한 흔들림을 받으면서 건물 붕괴와 화재로 큰 피해가 발생했다. 반면, 지반이 견고한 지역에서는 같은 거리에서도 상대적으로 피해가 적었다. 이는 진도 분포와 피해의 공간적 불균질성을 잘 보여주는 사례이다.

지진 위험 평가는 특정 지역에서 일정 기간 내에 특정 강도의 지진이 발생할 확률과 그로 인한 피해 가능성을 정량적으로 분석하는 과정이다. 이 평가는 규모와 진도 자료를 핵심 입력값으로 활용하여, 지진 재해로부터의 사회적·경제적 리스를 관리하는 기초를 제공한다.

평가 과정은 일반적으로 지진 발생 가능성 분석, 지반 운동 예측, 취약성 평가, 피해 및 손실 추정의 단계로 구성된다. 먼저 활성단층 연구와 역사적 지진 기록을 바탕으로 미래 지진의 발생 위치, 규모, 빈도를 확률론적으로 예측한다. 이어서 예상되는 지진 규모와 진원지 정보, 지역의 지반 조건을 고려하여 지표에서의 지진동(진도)을 예측한다. 마지막으로 해당 지역의 건물, 인프라, 인구 분포에 대한 취약성 곡선과 결합하여 인명 피해, 경제적 손실 등을 추정한다.

이러한 평가 결과는 국가 및 지자체의 방재 계획 수립, 비상대응 체계 구축, 토지 이용 계획에 직접 반영된다. 예를 들어, 지진 위험이 높은 지역에는 개발을 제한하거나 보다 엄격한 내진 설계 기준을 적용할 수 있다. 또한, 평가에서 도출된 지진 동 경도 분포도는 내진보강 사업의 우선순위를 결정하는 데 중요한 기준이 된다.

지진 위험 평가는 불확실성을 내포하지만, 과학적 데이터에 기반한 합리적인 의사결정을 가능하게 한다. 평가의 정확도는 고해상도의 지질 및 지반 데이터, 정교한 예측 모델, 상세한 자산 데이터베이스의 구축을 통해 지속적으로 향상되고 있다.

지진에 대한 건축 설계 기준은 지진공학의 핵심 분야로, 구조물이 예상되는 지진 동작을 견디고 인명 피해를 최소화하도록 보장하는 것을 목표로 한다. 이 기준은 역사적 지진 데이터, 특히 규모와 진도 자료를 바탕으로 지역별 지진 위험도를 정량화하여 수립된다. 설계 기준은 일반적으로 법규나 표준의 형태로 제정되며, 모든 신축 건물과 주요 개축 공사에 적용된다.

설계 기준은 종종 '설계 기준 지진'이라는 개념을 사용한다. 이는 해당 지역에서 일정한 재현 주기(예: 500년 또는 2,475년) 동안 발생할 가능성이 있는 지진의 크기와 특성을 정의한다. 설계자는 이 기준 지진에 의해 유발될 것으로 예상되는 지반 운동(가속도)을 계산하고, 구조물이 이 하중을 안전하게 지지하도록 설계한다. 기준은 일반적으로 사용 목적(주거, 병원, 학교 등)과 중요도에 따라 구조물을 분류하고, 각 등급에 맞는 설계 요구 사항을 규정한다.

최신의 내진 설계 기준은 성능 기반 설계 개념을 점차 도입하고 있다. 이는 구조물이 소규모 지진에서는 거의 손상 없이, 대규모 지진에서는 붕괴는 방지하되 일정 수준의 손상은 허용하는 등, 다양한 수준의 지진 위협에 대해 목표 성능을 정의하는 방식이다. 이러한 접근법은 규모와 진도 자료를 통해 정교화된 지진 위험도 분석에 크게 의존한다.