[과학논술] 지진과 판구조론

[제시문 1]

지구에서는 1년에 약 50만 번 이상의 지진이 발생하고 있다. 이 중에서 심각한 피해를 입히는 지진은 약 140회 정도 일어난다. 수년에 한 번씩 일어나는 큰 지진은 재산은 물론 인명까지 많은 피해를 주기도 한다. 지진이 일어나는 시간은 짧기 때문에 건물의 내진 설계가 중요하다. 예를 들어 1988년 12월 7일 규모 6.8의 아르메니아 지진 때는 2만5,000명이 사망했다. 그런데 89년 10월 18일 규모 7.0의 샌프란시스코 지진 때는 63명밖에 사망자가 발생하지 않았다. 이것은 건물의 내진 설계 차이 때문이다.

한편 지진은 좋은 면으로 이용되기도 한다. 지진계를 지표면에 설치한 후 해머나 폭발물로 인공 지진을 일으켜 지하의 구조를 알아낸다. 인공지진은 석유가 저장되어 있는 지질 구조를 찾거나 댐, 도로, 철도 건설에 알맞은 지역을 찾는데도 사용된다.

[제시문 2]

물체에 외부에서 힘이 작용하지 않거나 여러 힘이 작용하고 있어도 작용하는 모든 힘의 합력(알짜힘)이 0이되면 물체의 운동에 변화가 생기지 않는다. 이와 같이 물체는 외력이 외력이 작용하지 않는 한 현재의 운동 상태를 계속 유지하려는 성질이 있는데 이것을 관성이라 한다. 큰 바위와 같이 질량이 큰 물체는 관성이 크고, 스티로폼 조각과 같이 질량이 작은 물체는 관성이 작다.

[제시문 3]

지구가 탄생하고 지각이 만들어진 이후로 대륙은 끊임없이 합쳐지고 갈라져 왔다. 판이 갈라지고 있는 대부분의 지역들은 바다 밑에 있어 쉽게 관찰하기 어렵다. 그러나 동아프리카 열곡대와 같이 육지에서 판이 갈라지는 곳이 있어 쉽게 관찰할 수 있다. 현재 동아프리카 열곡대의 계곡을 따라 활동 중인 화산이 있고, 지진이 자주 발생한다. 이 열곡대를 따라 빅토리아 호, 탕가니카 호, 니아사 호 등의 호수가 있는데, 모두 폭이 좁고, 길쭉한 모양이다.

[논제 1]

제시문 1과 제시문 2를 참고해 지진계의 원리를 설명하시오.

[논제 2]

지진은 환태평양 지진대에서 약 80%, 지중해-히말라야 지진대에서 약 15%, 해저 산맥과 그 밖의 지역에서 약 5% 발생한다. 판구조론의 관점에서 지진대를 설명하시오.

[출제 의도]

<논제 1>은 물리1의 운동의 법칙 중 관성의 원리와 관련이 있는 분야이다.

<논제 2>는 지구과학 전반에 걸쳐 중요하게 다루는 판구조론의 관점에서 지진이 자주 나는 지진대에 관한 이해력을 알아보는 논제이다.

[예시답안 1]

땅 속에서 지진이 발생하면 지진파가 전달되어 땅이 흔들리고 건물과 다리 등이 무너지면서 큰 피해와 많은 사상자가 발생한다. 이때 지진의 세기나 지진이 발생하였는지의 유무에 관해 지진계를 이용하여 알아낼 수 있다.

무거운 추를 매단 실의 한끝을 잡고 손을 좌우로 흔들면 무거운 추는 관성 때문에 쉽게 흔들리지 않고 손만 좌우로 흔들린다. 이러한 관성의 원리를 이용한 지진계는 지진파가 전달되어 오면 지진계는 땅의 흔들림과 같이 흔들리지만 무거운 추는 관성 때문에 흔들리지 않는다. 따라서 추에 달린 펜이 흔들리는 회전 원통의 기록지에 지진파를 기록하게 된다.

지진계는 지진파의 전파에 의한 지면의 진동을 기록하는 장치로 지면의 변위나 속도 또는 가속도에 반응해 기록지에 기록된다. 지진파를 온전히 기록하기 위해서는 관측소에 상하 방향의 지진계 1대, 남북 및 동서 방향의 지진계 2대 도합 3대가 필요하다.

[예시답안 2]

지진은 환태평양 지진대에서 약 80%, 지중해-히말라야 지진대에서 약 15%, 해저 산맥과 그 밖의 지역에서 약 5% 발생한다. 환태평양 지진대는 판의 수렴 경계로 이곳의 진원은 해구로부터 약45도 정도 기울어진 '베니오프대'라고 하는 경사면을 따라 분포한다. 지중해-히말라야 지진대는 판의 수렴 경계이다.

해저 산맥은 해령 지역이라고도 불리는 판의 발산 경계 지역으로 천발 지진이 자주 일어나며, 인근의 변환단층 지역은 판의 보존 경계로 역시 천발 지진이 자주 일어나는 지역으로 모두 판의 경계이다. 동아프리카 열곡대는 판의 발산 경계 지역으로 지진이 일어나는 곳이다.

판의 경계 이외의 지진 지역인 하와이의 열도 같은 곳은 열점 지역으로 이러한 지역에서 발생하는 지진들은 총 에너지 방출량으로 볼 때 미미하다. 따라서 판구조론의 관점에서 지진이 자주 발생하는 지역인 지진대는 대부분 판의 경계를 따라 많이 발생한다고 할 수 있다.

/강산ㆍ서울 노량진 대성학원 강사

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