지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구 심화

표면파

지표면을 따라 전파되는 러브파·레일리파로 진폭이 크고 진동 주기가 길어 건물 피해를 주로 일으킨다.

지구 내부를 통과하지 않고 지표면을 따라 퍼져 나가는 지진파로, 러브파와 레일리파가 있으며 속도는 가장 느리지만 진폭이 커서 지진 피해의 대부분을 일으킵니다.

연못에 돌을 던지면 물결이 수면을 따라 퍼집니다. 표면파도 그렇게 지표면에 갇혀 퍼지는데, 갇혀 있는 만큼 에너지가 흩어지지 않아 오래, 크게 흔듭니다.

쉽게 말하면

지진파는 실체파와 표면파로 나뉩니다. 실체파(P파·S파)가 지구 내부를 뚫고 다니며 내부 구조를 알려 주는 '탐사용 파'라면, 표면파는 지표면을 따라 달리는 '피해를 내는 파'입니다.

표면파에는 두 종류가 있습니다. 러브파는 지표면을 수평으로, 진행 방향에 직각으로 좌우로 흔듭니다. 레일리파는 땅이 타원을 그리며 구르듯 움직이게 만들어, 위아래와 앞뒤가 섞인 진동을 만듭니다. 두 파 모두 지표 근처에 에너지가 몰려 있고 깊이 들어갈수록 급격히 약해집니다.

표면파가 위험한 이유는 세 가지가 겹치기 때문입니다. 첫째, 진폭이 큽니다. 실체파처럼 3차원 공간 전체로 퍼지지 않고 표면 근처에 갇혀 있어서 거리가 멀어져도 에너지가 덜 흩어집니다. 둘째, 진동 주기가 깁니다. 천천히 크게 흔드는 진동은 높은 건물이나 긴 다리처럼 고유 주기가 긴 구조물과 공명하기 쉽습니다. 셋째, 흔들림이 오래 지속됩니다. 이미 실체파에 한 번 흔들려 약해진 건물을 표면파가 길게 밀어붙이는 셈입니다.

지진 기록에서 표면파는 늘 마지막에 나타납니다. 가장 느리기 때문입니다. '가장 늦게 도착하는 파가 가장 크게 흔든다' — 이 뒤집힌 관계가 지진 조기 경보가 성립하는 이유이기도 합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

지진 기록의 순서: P파 → S파 → 표면파

관측 기록에는 작은 진동(P파)이 먼저 찍히고, 조금 뒤 진폭이 커지며(S파), 마지막에 가장 크고 긴 흔들림(표면파)이 나타납니다. 도착 순서는 속도 순서이고, 진폭 순서는 그와 정반대입니다.
예시 2

먼 곳의 고층 건물이 더 크게 흔들리는 일

진앙에서 멀리 떨어진 도시에서도 고층 건물만 유난히 크게 흔들리는 경우가 있습니다. 멀리까지 살아남은 긴 주기의 표면파가 고유 주기가 긴 고층 건물과 잘 맞아떨어져 공명하기 때문입니다.
예시 3

지구 내부 탐사에는 쓰이지 않는 이유

표면파는 지표를 따라 돌기만 하고 핵이나 깊은 맨틀을 통과하지 않습니다. 그래서 암영대 같은 정보를 주지 못합니다. 지구 내부 구조를 밝힌 것은 어디까지나 실체파입니다.

자주 하는 오해

제일 늦게 도착하니 제일 약한 파라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움표면파는 가장 느리고 마지막에 오니까 흔들림도 가장 약할 것이다

실제로는도착 순서는 속도가 정하고, 피해 크기는 진폭이 정합니다. 표면파는 가장 느리게 도착하지만 진폭이 가장 커서 피해의 대부분을 냅니다.

속도와 진폭은 서로 다른 성질입니다. 표면파는 지표 근처에 에너지가 갇혀 있어 멀리까지 큰 진폭을 유지하고, 주기가 길어 구조물과 공명하기도 쉽습니다.

표면파를 P파·S파와 나란한 '세 번째 실체파'로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움지진파에는 P파, S파, 표면파 세 종류가 있고 셋 다 지구 속을 지나간다

실제로는표면파는 지구 내부를 통과하지 않습니다. 지표면이라는 경계가 있어야만 존재할 수 있는 파입니다.

표면파는 실체파가 지표라는 자유면에 부딪히며 만들어지는, 표면에 붙어 다니는 파입니다. 깊이 들어갈수록 급격히 약해지므로 핵이나 깊은 맨틀에 대한 정보를 담고 있지 않습니다. 그래서 지구 내부 구조 문제에 표면파를 끌어오면 논리가 어긋납니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

지진파고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 지구 탄생과 생동하는 지구

자주 묻는 질문

Q1러브파와 레일리파는 어떻게 다른가요?

러브파는 땅을 수평으로 좌우로만 흔들고, 레일리파는 땅이 타원을 그리며 구르듯 위아래로도 움직이게 합니다. 러브파가 레일리파보다 조금 빨라 대개 먼저 도착합니다.

Q2지진 조기 경보는 표면파를 감지하는 건가요?

아닙니다. 가장 빠른 P파를 먼저 감지해서, 아직 도착하지 않은 S파와 표면파가 오기 전에 경보를 냅니다. 경보가 가능한 이유 자체가 '큰 피해를 주는 파일수록 느리다'는 사실 덕분입니다.

Q3같은 규모의 지진인데 왜 어떤 지역만 피해가 큰가요?

지반이 무르고 퇴적층이 두꺼운 곳에서는 표면파의 진폭이 더 크게 증폭됩니다. 같은 지진이라도 지반 조건에 따라 흔들림의 세기가 달라지는데, 이것이 규모는 하나인데 진도는 지역마다 다른 이유이기도 합니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 지구과학 · 지구 탄생과 생동하는 지구 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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