지구과학 고3 해수의 운동 심화

해일

지진·화산·태풍 등으로 발생하는 지진 해일과 폭풍 해일의 원리 및 피해 대처 방안을 이해한다.

해저 지진·화산 분출·해저 사태로 바닷물 기둥 전체가 위아래로 밀려나 생긴 지진 해일, 또는 태풍의 낮은 기압과 강한 바람으로 해수면 자체가 부풀어 오르는 폭풍 해일을 말합니다.

보통 파도가 욕조 수면을 손으로 찰랑거린 것이라면, 해일은 욕조 바닥판을 통째로 들어 올린 것입니다. 표면만 흔들리는 게 아니라 물기둥 전체가 움직이기 때문에 해안에 닿았을 때 물이 끊기지 않고 계속 밀려듭니다.

쉽게 말하면

해일에는 원인이 전혀 다른 두 가지가 한 이름으로 묶여 있습니다. 하나는 지진의 규모와 진도에서 다루는 해저 지진이 만드는 지진 해일이고, 다른 하나는 태풍이 만드는 폭풍 해일입니다. 원인이 다르니 대처 시간과 방법도 다릅니다.

지진 해일의 핵심은 파장입니다. 바람이 만드는 해파는 파장이 길어야 수백 미터라 깊은 바다에서는 심해파로 행동하지만, 지진 해일은 파장이 수백 km에 이릅니다. 수심 몇 km인 태평양조차 이 파장에 비하면 '얕은 물'이므로 지진 해일은 처음부터 끝까지 천해파로 움직입니다. 천해파의 속력은 수심 $h$ 만으로 정해집니다.

$v = g h$

그래서 수심이 깊은 외해에서는 제트기에 가까운 속력으로 달리고, 해안으로 오면서 수심이 얕아지면 느려집니다. 앞이 느려지니 뒤에서 오던 물이 따라붙어 쌓이고, 파장이 짧아지는 대신 파고가 급격히 솟습니다. 외해에서는 파고가 1 m도 안 되어 배 위에서는 알아채지 못하다가 해안에서 갑자기 수 m로 자라는 이유가 이것입니다. 다만 모든 해저 지진이 해일을 만들지는 않습니다 — 단층이 상하로 어긋나 해저 지형이 수직으로 들리거나 내려앉아야 위의 물기둥이 밀려납니다. 좌우로만 미끄러지는 단층은 큰 지진이어도 해일을 거의 만들지 않습니다.

폭풍 해일은 지진과 무관합니다. 태풍 중심의 기압이 낮으면 그만큼 해수면이 빨려 올라가고(대략 기압 1 hPa가 낮아질 때 해수면 약 1 cm 상승), 여기에 강한 바람이 바닷물을 해안 쪽으로 계속 밀어붙여 물이 쌓입니다. 이 상승분이 조석의 만조와 겹치면 평소 안전하던 방파제 높이를 넘어섭니다. 그래서 태풍 피해 예보는 언제나 '만조 시각과 겹치는지'를 함께 봅니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

수심 4000 m 태평양을 가로지르는 지진 해일의 속력

$v = g h = 9.8 \times 4000 \approx 198 m/s \approx 700 km/h$

여객기와 비슷한 속력입니다. 지진 해일 경보 체계가 진앙에서 멀리 떨어진 나라까지 몇 시간 안에 정보를 돌려야 하는 이유입니다.
예시 2

같은 해일이 수심 10 m 해안에 왔을 때

$v = 9.8 \times 10 \approx 9.9 m/s \approx 36 km/h$

속력은 외해의 20분의 1 이하로 줄었지만, 사람이 뛰어서 벗어날 수 있는 속력은 아닙니다. 그리고 이렇게 느려진 만큼 뒤따르던 물이 쌓여 파고가 높아집니다.
예시 3

바닷물이 갑자기 빠져나가는 장면

해일의 골(내려간 부분)이 마루보다 먼저 도착하면 해안의 물이 평소보다 훨씬 멀리 빠져나갑니다. 이것은 '물이 줄었다'는 신호가 아니라 곧 마루가 도착한다는 신호입니다. 드러난 바닥으로 걸어 나가면 안 되는 이유입니다.

순서대로 하면

지진 해일 도달 시간 어림하기

1지나갈 바다의 평균 수심 $h$ 를 잡습니다. 대양이면 수천 m 단위입니다.
2천해파 속력 $v = g h$ 로 전파 속력을 구합니다. 파장이 수심보다 훨씬 기니 이 식을 씁니다.
3진앙에서 해안까지의 거리 $L$ 을 속력으로 나눠 도달 시간 $t = L / v$ 를 얻습니다.
4실제로는 수심이 구간마다 달라 속력도 달라집니다. 구간을 나눠 각각의 시간을 더하면 더 정확해집니다.
5이렇게 얻은 시간이 '대피에 쓸 수 있는 시간'입니다 — 가까운 바다에서 난 지진이면 이 시간이 몇 분밖에 안 될 수 있습니다.

지진 해일 vs 폭풍 해일

구분	지진 해일	폭풍 해일
원인	해저 지진·화산 분출·해저 사태로 해저가 수직으로 변형	태풍의 낮은 기압(빨아올림) + 강한 바람(밀어붙임)
움직이는 것	해수면부터 바닥까지 물기둥 전체	해안 쪽으로 쌓이는 해수면 상승
예보 시간	발생 후 감지 — 먼 바다면 수 시간, 가까우면 수 분	태풍 경로로 며칠 전부터 예측 가능
피해가 커지는 조건	안쪽으로 좁아지는 만 지형에서 파고가 더 솟음	만조 시각과 겹칠 때
대처	지진을 느끼면 경보를 기다리지 말고 즉시 고지대로	저지대 침수 대비, 해안 접근 금지, 방조 시설 점검

자주 하는 오해

해안에 가까워지면 해일이 더 빨라진다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움파고가 높아지니까 속력도 같이 빨라진다

실제로는수심이 얕아지면

v = g h

에 따라 오히려 느려집니다. 느려지기 때문에 파고가 높아지는 것입니다.

앞서가던 물이 얕은 곳에서 속력을 잃으면 뒤에서 오던 물이 따라붙어 쌓입니다. 파장이 짧아진 만큼 같은 에너지가 좁은 구간에 몰리면서 높이로 나타납니다. 속력과 파고는 반대로 움직입니다.

해일을 '아주 큰 파도' 한 번으로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움높은 파도가 한 번 부딪치고 빠져나가면 끝난다

실제로는해일은 파장이 수백 km라, 마루 하나가 지나가는 데만 수십 분이 걸립니다. 물이 밀려 들어온 채로 계속 차오르고, 뒤이어 두세 번째 파가 더 크게 올 수도 있습니다.

보통 파도는 표층의 물이 제자리에서 원운동을 하는 것이라 부딪치면 곧 빠집니다. 해일은 물기둥 전체가 실제로 이동하는 흐름이라 해안에 도착하면 육지 안쪽으로 밀고 들어옵니다. '첫 파가 지나갔으니 안전하다'며 돌아가는 것이 가장 위험한 판단입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

화산과 지진(초)초5 지진의 규모와 진도고3 해파고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 해수의 운동

에크만 수송과 지형류고3 조석고3 해파고3

자주 묻는 질문

Q1지진 규모가 크면 반드시 해일이 생기나요?

아닙니다. 해저가 수직으로 들리거나 내려앉아 위의 물기둥을 밀어내야 합니다. 규모가 커도 단층이 좌우로만 미끄러졌다면 해일은 거의 생기지 않고, 반대로 육지의 지진은 아무리 커도 지진 해일을 만들지 않습니다. 화산과 지진에서 배운 대로 해저 화산 분출이나 해저 사면 붕괴도 같은 방식으로 물기둥을 밀어낼 수 있습니다.

Q2해안에서 지진을 느끼면 어떻게 해야 하나요?

경보 방송을 기다리지 말고 즉시 최대한 높고 먼 곳으로 이동합니다. 가까운 바다에서 난 지진이면 경보가 나올 때쯤 이미 해일이 도착할 수 있습니다. 바닷물이 갑자기 빠져나가는 것도 곧 해일이 온다는 신호이며, 경보가 해제될 때까지는 첫 파가 지나가도 해안으로 돌아가지 않습니다.

Q3방파제가 있으면 안전한가요?

폭풍 해일의 일부는 막을 수 있지만 지진 해일은 다릅니다. 폭풍 해일은 해수면 상승분이 얼마인지 어느 정도 예측되지만, 지진 해일은 지형에 따라 파고가 예상보다 훨씬 높아질 수 있고 물기둥 전체가 밀려오므로 넘어선 물이 계속 유입됩니다. 구조물보다 '높은 곳으로 빨리 이동'이 확실한 대처입니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 지구과학 · 해수의 운동 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

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

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