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지진은 예고 없이 찾아오지만 단 몇 초라도 빠르게 감지하면 피해를 줄일 수 있다. 열차를 멈추고, 항만 수문을 닫고, 원전 가동을 멈추는 데 필요한 단 몇 초를 더 벌기 위해 전 세계 과학자들이 기술 개발에 나서고 있다.·
지진 감지 기술의 중요성을 일깨운 대표적인 사건이 바로 2011년 3월 동일본 대지진이다. 당시 초기 경보가 부정확해 일부 지역은 대피 시간을 고작 10분밖에 확보하지 못했다. 지진 규모도 실제보다 작게 예측해 쓰나미(지진 총부채상환비율 해일) 경보도 축소됐다. 거기다 후쿠시마 원전 사고까지 이어지며 전 세계에 큰 충격을 안겼다.
동일본 대지진에서 교훈을 얻은 일본은 세계 최초로 ‘해저 지진 조기경보 시스템’을 완성했다. 일본 주변 해역에 6000㎞가 넘는 광섬유 케이블을 설치하고, 해저 단층 위에 186개의 관측소를 연결해 구축됐다. 해저에 구축한 지진 감지 ‘신경망’은 제2금융권이자 지진파와 쓰나미로 인한 수압 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.
◇일본 해역에 6000㎞ 잇는 광섬유망 구축
일본 방재과학기술연구소(NIED)에 따르면 이 시스템은 지진·쓰나미 해저 관측망(S-net), 지진·쓰나미 고밀도 해저 네트워크 시스템(DONET), 난카이 해곡 지진 및 쓰나미 관측 네트워크(N-net) 등의 새희망홀씨 한도 네트워크로 구성된다.
S-net은 2011년 동일본 대지진이 발생한 일본 해구 주변을 중심으로 구축됐으며, 5600㎞가 넘는 케이블과 150개 관측소로 구성됐다. 홋카이도 앞바다에서 혼슈 지바현 앞바다까지 이어진다.
DONET은 일본 남서부의 난카이 해곡의 한 지역을 감시한다. N-net은 난카이 해곡을 전체적으로 감시한 서울신용평가정보 다. 일본 혼슈의 난카이도 앞쪽 바다에 있는 난카이 해곡은 필리핀해 판이 일본 남서부 아래로 밀고 들어오는 곳으로, 이곳에서 대지진이 일어나면 최대 규모 9에 달할 수 있다는 관측이 나온다.
일본은 2019년부터 시코쿠 고치현 앞바다에서 규슈 미야자키시 동부 해역인 휴가나다 지역까지 이어지는 N-net을 건설하기 시작해 지난달 완공했다. 주부채무통합 일본은 북에서 남으로 홋카이도와 혼슈, 시코쿠, 규슈 등 4개 큰 섬으로 구성된 나라다. 동일본 대지진 이후 4개 섬을 모두 잇는 지진·쓰나미 해저 관측망이 완성된 것이다.
이전에는 지진파가 육지에 설치된 센서에 도달할 때까지 기다려야 했다면, 이제는 해저 단층 바로 위에서 지진을 곧바로 감지할 수 있다. 덕분에 지진 경보는 최대 20초, 쓰나미 경보는 최대 20분까지 앞당겨 낼 수 있다. 항공기 착륙을 우회시키거나 항만의 수문을 닫기에 충분한 시간이다.
또 해저 지진 조기경보 시스템은 대지진 전조로 알려진 미세한 지각 움직임인 ‘슬로 슬립(slow slip)’ 현상을 탐지할 수 있다. 지진이 일어나지 않고도 응력(應力·물질을 변형시키는 힘)이 해소되는 이 현상은 대규모 지진의 전 단계로 여겨지며, 조기 예보 체계의 핵심 단서가 될 수 있다.



일본의 해저 지진, 쓰나미 해저 관측망인 S-net, DONET, N-net. 북에서 남으로 홋카이도에서 혼슈, 시코쿠, 규슈 등 일본을 구성하는 4개 섬 앞바다를 모두 이었다./NIED


◇기존 케이블·관측소 활용해 지진 탐지하기도
지난 2월에는 일본처럼 새로 해저 케이블을 묻지 않아도 전 세계 바다 밑에 깔린 광섬유 통신망을 센서로 활용하는 새로운 기술도 나왔다. 광섬유 케이블을 따라 전달되는 미세한 진동을 감지하는 방식이다.
스위스 취리히 연방공대 연구진은 광섬유와 기존 지진계의 데이터를 통합 분석해 보다 정확하게 지진을 감지하는 새로운 알고리즘을 도입했다. 알고리즘은 감지된 에너지를 추적해 지진의 진원지를 파악할 수 있다.
이 기술은 기존 지진계가 놓이기 힘든 해저·산악·도시 지하 등에서도 미세 진동을 실시간 감지하는 데 쓰일 수 있다. 기존 지진계는 비용이 많이 들고 설치가 어렵지만, 광섬유 케이블은 이미 전 세계에 촘촘하게 퍼져 있어 활용성이 높다.
다만 광섬유 케이블은 길이 방향의 진동만 감지할 수 있었고, 기존 지진계처럼 3차원으로 땅의 움직임을 측정하기는 어렵다. 또 도시의 교통이나 산업 소음 등 외부 진동에도 쉽게 영향을 받는다는 단점이 있었다.
영국 카디프대 연구진은 핵실험을 감지하기 위해 만든 수중 음향 해양 관측소 4곳을 활용해 지진 감지 시스템 ‘그레이트(GREAT)’를 개발했다. 쓰나미보다 10배 빠른 압력파를 감지하고, 머신러닝 알고리즘을 사용해 신호를 해석한다.
연구진은 “이 시스템은 몇 초 안에 지진 규모와 단층 이동 유형, 쓰나미 발생 가능성을 예측하고 경보를 발령할 수 있다”면서도 “전 세계에서 쓰나미를 감지하기 위해서는 수중 음파 관측소가 총 24개 필요할 것으로 추정한다”고 설명했다.



통신용 해저케이블 관련 이미지./트위터 캡처


◇지진 적은 지역은 AI 기반 감지 기술
지난해 한국에서는 고속열차처럼 진동에 민감한 교통수단의 안전을 확보하기 위한 AI(인공지능) 기반의 지진 감지 기술이 개발됐다.
유민택 가천대 토목환경공학과 교수가 이끄는 연구진은 AI에 고속열차가 평소 주행 중 겪는 진동 데이터를 학습시켜, 정상적인 흔들림과 지진으로 인한 이상 진동을 구별할 수 있는 모델을 만들었다. 지진 데이터를 학습시키지 않아도 정상 상태 데이터를 바탕으로 이상 징후를 포착하는 ‘비지도 학습 방식’이다.
연구진은 기존의 지진 감시 방식과 AI 모델의 성능을 비교했다. 선로 탈선 위험이 커지는 지반 가속도(지진 발생 시 진동으로 지반이 움직인 가속도) 구간에서 정확도를 분석한 결과, AI 모델이 더 빠르고 정확하게 지진을 감지했다. 열차가 정상적으로 달릴 때는 반응하지 않고, 실제 지진 상황에서만 경보를 울린다는 점에서 기존 방식보다 효율적이다.
해당 기술은 지진 발생이 드문 지역에도 쉽게 적용할 수 있다. 기존에는 다양한 지진 데이터를 확보하기 어려운 지역에서 조기 경보 시스템을 구축하기 어려웠지만, 이 AI는 정상 데이터만 있어도 작동하기 때문에 더 많은 지역으로 확대될 수 있다.
연구진은 “한국도 2016년 포항 지진, 2017년 경주 지진을 계기로 지진에 대한 경각심이 높아졌다”며 “지진 발생 시 열차를 신속하게 감속하거나 정지시킬 수 있는 지진 감지 및 경보 시스템이 피해를 완화하는 데 필요하다”고 설명했다.
참고 자료
Geophysical Journal International(2025), DOI: https://doi.org/10.1093/gji/ggae459
Scientific Reports(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-51354-7
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