지진파

P파(Primary Wave)는 소리와 같은 종파이며, 전파 속도가 5~8km/s로 S파, L파보다 빠르다. 매질을 압축하거나 팽창하기 때문에 고체, 액체, 기체를 모두 통과하며 진폭이 짧다. P파는 S파, L파에 비해 진폭이 약해 지진 시에 큰 피해를 입히지 않는다. P파는 암석을 통과하면서 암석을 압축시키거나 팽창시킨다. 또한 P파는 종의 진동처럼 진원지로부터 모든 방향으로 퍼져나간다. Primary 또는 Push의 앞글자를 따서 P파라고 한다. 일본의 긴급지진속보가 바로 이 P파를 기반으로 속보를 내보낸다. 속도가 본격적인 진동이 오고 피해가 비교적 큰 S파보다 더 빠르기 때문에 진원과의 거리가 10km라는 가정 하에 10초 정도 지진을 대비할 시간을 벌 수 있다.

2.1.2 . S파[편집]

S파(Secondary Wave)는 횡파이며, 전파 속도는 3~4km/s이다. S파는 매질의 입자를 상하좌우로 진동시키고, 진동 방향은 횡파로 진행하는 방향에 수직한다. 고체는 통과 가능하나 액체, 기체를 통과하지 못하기 때문에 외핵을 통과하지 못한다. 진폭은 P파보다 크고, L파보다 작다. S파는 통과 시 매질의 부피변화는 일으키지 않으나 전단변형을 수반하게되며 상하진동에 의해 큰 피해를 준다. Secondary 또는 Shake의 앞글자를 따서 S파라고 한다.

2.2 . 표면파(Long wave,L파)[편집]

표면파(Long wave,L파)는 보통 전파 속도가 2~3km/s로, P파,S파, L파 중 가장 느리며, 지표면의 고체를 따라 전파되고 그 종류에는 러브파(love파)와 레일리파(Rayleigh파)가 있다. L파를 Love파를 지칭하며 쓰는 경우도 있긴 하나, 일반적으로 L파라 함은 러브파(Love파)와 레일리파(Rayleigh파)를 포함해 표면파를 Long wave라 하여 묶어 부르는 것이다. 애초에 러브파는 특별한 지층 구조에서만 존재할 수 있지만 레일리파는 자유지표면이 있을 경우 항상 존재하기 때문에 지진 기록에서 P파와 S파 뒤에 따라오는 큰 진폭의 지진파는 일반적으로 레일리파(Rayleigh파)이다. 즉, 2015 개정 교육과정 기준 지구과학2에 수록된 지진 기록에서 일컫는 'L파'는 Long wave, 표면파를 의미하며 일반적으로 레일리파이다.

2.2.1 . 러브파(Love파)[편집]

러브파(Love Wave)는 발견자 'Augustus Edward Hough Love'의 이름을 딴 표면파이다. 수평횡파(SH파)가 지층의 상부에 자유면이 존재하고 하부에 높은 S파 속도가 존재하는 경우, 하부층에서 반사되거나 turning point가 존재하게 되고 이러한 층에 파가 갇히는 경우 발생된다. 하부층으로 전파하는 경우 진폭은 지수함수적으로 감쇠하고, 임계각 가까이 전파되는 파는 하부층의 선두파의 속도로 전파되고 더 수평적으로 전파되는 파는 S파의 속도와 동일하게 전파되나,평균적으로는 2~3km/s 정도의 속도를 갖는다. 기본적으로 횡적으로 운동하며, 분산의 특성을 가진다. 피해와 진폭이 P, S파보다 많이 크다.

[1]

2.2.2 . 레일리파(Rayleigh파)[편집]

레일리파(Rayleigh Wave)는 발견자 'John William Strutt Rayleigh'의 이름을 딴 표면파이다. 수직횡파(SV파)가 임계각 이상으로 자유면에 입사되었을 때 반사되는 P파와 SV파가 자유면에 갇혀서 지표면을 따라 진행하는 현상이 벌어지고 이는 경계면으로부터 떨어지면서 지수적으로 감쇠하는 파가 발생하게 된다. 특성을 살펴보면 매질이 타원 운동을 하면서 지표면에서는 파의 진행방향과 반대방향으로 움직이는 역회전을 보여준다. 속도는 여러가지 조건에 따라 S파 속도의 대략 0.9 정도의 속도를 지니며 따라서 평균적으로 2~3km/s 정도의 속도를 가진다.단, 일반적으로 러브파보다는 느리다. 지표면을 따라 전파되는 표면파이면서 L파와 같은 큰 진폭을 갖고 끝 부분에서 역회전 타원형으로 에너지를 발산하기에 가장 피해가 크다. 때문에 특히 지진의 규모가 크면 지표면이 출렁거릴 수 있다.

3 . 활용[편집]

3.1 . PS시[편집]

P파와 S파의 속도 차이로 인해 진앙으로부터의 거리에 따라 둘의 도달 시간에 차이가 생기는데, 이를 PS시라 한다. 두 파동의 속력을 알 때 PS시를 이용하면 진앙과 진원까지의 거리를 구할 수 있으며, 이 PS시가 길수록 진원과 진앙까지의 거리가 먼 것이다.

간단히 진원 거리 식의 유도 과정을 보이면 다음과 같다.

[math(\displaystyle t_{PS}=\frac{d}{v_S} - \frac{d}{v_P})]

[math(\displaystyle \therefore d = \frac{v_P \cdot v_S}{v_P - v_S} \cdot t_{PS})]

([math(t_{PS})]: PS시, [math(d)]: 진원 거리, [math(v_P)]: P파 속력, [math(v_S)]: S파 속력)

[1] 2D의 한계로 착각할 수 있는데 상하 파장이 아닌 좌우로 흔들리는 파장이다.

또한 주시 곡선이 주어져 있을 때, 두 곡선에서 세로축의 값 차이가 PS시와 일치하는 지점에서 가로축의 값을 읽으면 진앙 거리를 얻을 수 있다.

3.2 . 지구의 구조[편집]

P파는 고체, 액체, 기체 모두 통과 가능하고, S파는 고체만 통과 가능하다. 이런 P파와 S파의 성질을 알게 되면서 지진파 분석을 통해 지구의 층상 구조를 알 수 있게 되었다.

지구 전체에 전달되는 지진파의 전파 경로를 분석해보면, 진원에서 103도 지점까지는 P, S파가 모두 도달하고, 103도에서 142도까지는 극히 일부 지역을 제외하면 아무 파도 도달하지 않으며, 110도에 한해 약한 P파가 도달하고, 142도부터 180도까지는 P파만 도달한다. 특정 지역에 S파가 도달하지 않는 것은 외핵이 액체 상태이기 때문이며, 이를 통해 30~2,900km는 고체 상태의 맨틀, 2,900~5,100km는 액체 상태의 외핵, 5,100~6,400km는 고체 상태의 내핵이 있음을 알게 되었다.

매질의 물성 변화로 인해 지진파의 속도가 급격히 바뀌는 면을 불연속면이라 한다. 이 불연속면에는 지각과 맨틀의 경계인 모호로비치치 불연속면(모호면), 맨틀과 외핵의 경계인 구텐베르크-비헤르트 불연속면, 외핵과 내핵의 경계인 레만 불연속면이 있다.

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지진파

분류

1 . 개요[편집]

2 . 종류[편집]