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홈›지구과학›판 구조론

어떻게 알았을까: 지진파

맨틀까지 뚫은 시추공은 없지만, 우리는 외핵이 액체라는 것을 압니다. 한 종류의 지진파가 지구 반대편에 끝내 도착하지 않기 때문입니다.

3D 모형을 불러오는 중

끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

맨 위에서 지진이 하나 일어났습니다. 노란 선이 P파, 파란 선이 S파입니다. 「재생」을 누르면 파동이 다시 퍼지고, 「시간」을 끌면 한 단계씩 볼 수 있고, 「진원」을 움직이면 지진 위치가 바뀝니다. 파동 경로는 PREM 지구 모형을 단순하게 만든 속도로 계산했습니다.

두 종류의 파동

단층이 미끄러지면 행성 전체로 파동이 퍼져 나갑니다. 그 파동들 가운데 가장 빠른 것은 P파(primary, 처음 오는 파)입니다. P파는 늘인 용수철을 따라 전해지는 떨림처럼, 나아가는 방향으로 암석을 밀었다 당겼다 합니다. 그리고 P파는 고체와 액체와 기체를 모두 지나갈 수 있습니다. 그다음에 오는 것이 S파(secondary, 둘째로 오는 파)입니다. S파는 자기가 나아가는 방향과 직각을 이루는 쪽으로, 암석을 옆으로 흔들며 지나갑니다. 그런데 액체는 이런 옆 방향의 비틀림을 버텨 내지 못합니다. 그래서 S파는 액체 속을 전혀 지나가지 못합니다.

두 파동 모두 더 깊은 곳의 더 단단한 암석 속에서 빨라집니다. 그래서 땅속으로 비스듬히 내려간 파동은 물속에서 빛이 꺾이듯 휘어져, 다시 지표로 올라옵니다. 세계 곳곳에 놓인 지진계 수천 대가 이런 파동이 도착하는 시각을 하나하나 잽니다. 지진학자들은 지진이 난 곳에서의 거리마다 달라지는 도착 시간의 차이를 보고, 깊이마다 파동이 얼마나 빨리 가는지를 계산합니다. 그리고 속도가 갑자기 바뀌는 곳이 바로 층과 층 사이의 경계가 됩니다. 영국지질조사국(BGS)은 이것을 유리 프리즘을 지나면서 꺾이는 빛에 비유합니다.

암영대

지진이 난 곳에서부터 지구 둘레를 따라 각도를 잰다고 해 봅시다. 그러면 지진이 난 곳의 정반대 지점이 180°가 됩니다. 직접 오는 S파는 약 104°까지는 기록되다가, 그 너머에서는 완전히 사라집니다. 이것은 맨틀과 지구 중심 사이에 있는 무언가가 S파를 가로막고 있다는 뜻입니다. 그리고 S파는 액체에서만 멈추므로, 그 층은 액체여야 합니다. 그런데 P파는 이와 조금 다르게 행동합니다. P파도 약 104° 너머에서 사라지지만, 약 140°부터는 다시 나타납니다. USGS는 이것을 액체로 된 핵이 P파를 꺾어 버리기 때문이라고 설명합니다. P파는 외핵 안으로 들어가면 속도가 크게 느려집니다. 액체 철은 그 위쪽의 단단한 암석보다 P파를 느리게 전하기 때문입니다. 그래서 P파는 지구 중심 쪽으로 급하게 꺾여 들어가고, 지진이 난 곳에서 멀리 떨어진 곳에서 다시 나옵니다. 그 결과 104°와 140° 사이의 지표 띠에는 직접 오는 P파가 하나도 닿지 않습니다.

이런 모습은 위 모형에서 여러분이 직접 확인할 수 있습니다. 화면의 시계를 보고 있으면 P파는 약 20분 뒤에 지구 반대편에 닿지만, S파는 끝내 반대편에 닿지 못합니다. 「진원」 슬라이더를 움직여 지진의 위치를 바꾸면, 암영대도 지진을 따라 함께 움직입니다. 이것은 암영대가 지표에 있는 어떤 특별한 장소 때문이 아니라, 지구의 내부 때문에 생긴다는 뜻입니다. 이 단순한 모형에서는 핵을 겨우 비껴가는 마지막 P파가 약 97° 부근에서 지표로 올라옵니다. 하지만 실제 파동은 핵의 가장자리를 돌아서 휘어지기도 하므로, 약한 P파가 그보다 조금 더 멀리까지 갑니다.

배경1930년대에 덴마크 측지연구소에서 일하던 지진학자 잉에 레만은 큰 지진들이 남긴 기록을 연구하다가 한 가지를 알아차렸습니다. P파가 하나도 와서는 안 되는 암영대 안에 희미한 P파가 도착해 있었던 것입니다. 1936년에 레만은 이 현상을 설명할 수 있는 생각을 내놓았습니다. 액체 핵 안에 파동이 더 빨리 지나는 내핵이 따로 있고, 그 내핵이 일부 P파를 암영대 안으로 꺾어 보낸다는 것이었습니다. 그 뒤에 이어진 연구들로 이 내핵이 고체라는 사실이 밝혀졌습니다. 위 모형에서 104°와 140° 사이에 떨어지는 몇 가닥의 노란 선이 바로 내핵을 지나온 P파입니다.
해 보세요. 「S파만」을 고르고 재생하면, 화면의 파란 선이 하나도 빠짐없이 모두 외핵에서 끝납니다. 그다음에는 「P파만」을 고르고, 양쪽으로 104°와 140° 사이에 생기는 빈 곳을 찾아보세요.
P파가장 빠름, 밀고 당김, 고체와 액체 모두 통과
S파더 느림, 옆으로 흔듦, 액체를 지나지 못함
P파 암영대진원에서 104°~140°: 직접 P파가 오지 않음
S파 암영대약 104° 너머: 직접 S파가 없음, 외핵이 액체라는 증거
잉에 레만, 1936년암영대 안의 희미한 P파로 내핵을 밝힘
  1. 액체를 지나지 못하는 파동은?
    • S파
    • P파
    • 둘 다
    • 둘 다 아님
  2. 지진계에 먼저 도착하는 파동은?
    • P파
    • S파
    • 동시에 도착
    • 날씨에 따라 다름
  3. P파 암영대는 진원에서 약 몇 도부터 시작할까요?
  4. P파가 다시 나타나는 곳은 약 몇 도부터?
  5. S파 암영대가 알려 주는 것은?
    • 외핵이 액체다
    • 지각이 얇다
    • 내핵이 뜨겁다
    • 맨틀이 액체다
  6. P파가 외핵에서 크게 꺾이는 이유는?
    • 액체에서 크게 느려져서
    • 크게 빨라져서
    • 핵이 자석이라서
    • 지각에 반사되어서
  7. 1936년에 내핵을 제안한 사람은?
    • 잉에 레만
    • 알프레트 베게너
    • J. 투조 윌슨
    • 해리 헤스
  8. 진원에서 170° 떨어진 관측소가 직접 기록하는 것은?
    • P파만
    • S파만
    • P파와 S파 모두
    • 아무것도
  9. 60° 떨어진 관측소는?
    • P파와 S파 모두
    • P파만
    • S파만
    • 아무것도
  10. 지진 위치를 바꾸면 암영대도 따라 움직입니다. 원인은?
    • 어느 방향이나 같은 지구 내부 구조
    • 지표의 특별한 장소
    • 바다
    • 달
핵심 정리
  • P파: 가장 빠름, 밀고 당김, 고체와 액체 통과.
  • S파: 옆으로 흔듦, 액체에서 멈춤.
  • 104° 너머 직접 S파가 없으니 외핵은 액체.
  • 104°~140°에 직접 P파 없음: 핵이 꺾음. 레만(1936)은 그곳의 희미한 P파로 내핵을 찾음.
이 과정의 출처 (13)
  • USGS This Dynamic Earth: Inside the Earth, Historical perspective, Understanding plate motions, Ring of Fire, Hotspots (pubs.usgs.gov/gip/dynamic/inside.html, historical.html, understanding.html, fire.html, hotspots.html)
  • USGS Earthquake Hazards Program, Shadow Zone (usgs.gov/media/images/shadowzonegif): no direct P waves 104° to 140°
  • USGS FAQ Where do earthquakes occur? (usgs.gov/faqs/where-do-earthquakes-occur): circum-Pacific belt about 81% of the largest earthquakes, Alpide belt about 17%
  • USGS FAQ How many active volcanoes are there on Earth? (usgs.gov/faqs/how-many-active-volcanoes-are-there-earth): about 1,350 potentially active, about 500 erupted in historical time
  • NOAA Ocean Exploration, What is the Ring of Fire? (oceanexplorer.noaa.gov/facts/rof.html): more than 450 volcanoes, nearly 40,250 km
  • NOAA Science On a Sphere, Earthquake Magnitude Perspective (sos.noaa.gov/catalog/datasets/earthquake-magnitude-perspective): most great earthquakes are megathrust events at convergent boundaries
  • British Geological Survey, Discovering Geology: What causes earthquakes? (bgs.ac.uk/discovering-geology/earth-hazards/earthquakes/what-causes-earthquakes/): crust 25 to 70 km under continents and 5 to 10 km under oceans, mantle to 2,890 km, about 15 major plates, slab pull, ridge push, elastic rebound (Reid, 1906)
  • IRIS, Seismic shadow zone animations (iris.edu/hq/inclass/animation/seismic_shadow_zone_basic_introduction)
  • Earle, Physical Geology 2e, 9.2 The temperature of Earth's interior (opentextbc.ca/geology/chapter/9-2-the-temperature-of-earths-interior/)
  • ESRF 2013, The Earth's centre is 1000 degrees hotter than previously thought (esrf.fr/news/general/Earth-Center-Hotter)
  • Lehmann 1936 extracts, Harvard EPS (courses.seas.harvard.edu/climate/eli/Courses/EPS281r/Sources/Inner-Core/Lehmann-1936-extracts+interpretation.pdf)
  • layer depths 660 km and 5,150 km from PREM (Dziewonski and Anderson 1981)
  • Coastline figure: Natural Earth 1:110m (public domain).

확인한 날: 2026-10-17