탄성반발설 (Elastic Rebound Theory)

한 줄 정의: 단층 양쪽의 암석이 판 운동에 따라 서서히 탄성 변형을 축적하다가 마찰 강도를 넘는 순간 단층이 급격히 미끄러지며 변형이 해소되고 그 에너지가 지진파로 방출된다는 지진 발생 메커니즘 이론이다.

쉽게 풀면

나무 막대를 양쪽에서 서서히 구부리면 휘어지다가 어느 순간 '딱' 하고 부러지며 양쪽이 튕겨 돌아갑니다. 지각도 마찬가지로, 단층을 사이에 둔 양쪽 땅이 판의 움직임에 끌려 수십~수백 년 동안 조금씩 휘어지며 에너지를 저장하다가, 단층면의 마찰이 버티지 못하는 순간 단번에 미끄러져 원래 모양으로 돌아갑니다. 이 순간적인 튕김이 지진입니다. 1906년 샌프란시스코 지진 후 리드가 측량 자료를 분석해 제안했습니다.

왜 중요한가

탄성반발설은 지진이 단층의 급격한 미끄러짐이라는 현대 지진학의 출발점이며, 지진 주기, 응력 축적률, 단층 잠김과 GPS 측지로 관측되는 지각 변형을 연결하는 이론적 기반입니다. 지진 재발 간격 추정과 장기 지진 위험도 평가는 이 모델 위에서 이루어집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"GPS 관측으로 얻은 단층 횡단 속도 프로파일은 잠김 깊이 15km의 탄성 변형 축적 모델과 잘 일치한다."

단층 주변 땅의 움직임을 위성 측량으로 재 보니 깊이 15km까지 단층이 붙어 있어 에너지가 쌓이고 있다는 뜻이다.

"지진 후 측지 자료에서 확인된 동시 변위는 탄성반발에 따른 누적 변형의 해소로 해석된다."

지진 직후 땅이 튕긴 양을 측정했더니 그동안 쌓인 변형이 풀린 것과 맞아떨어진다는 의미이다.

조금 더 깊게 보면

리드(Reid, 1910)의 원래 모델은 완전 주기적 지진을 예측했으나, 실제 단층은 마찰 성질의 불균질성 때문에 시간 예측 모델, 미끄럼 예측 모델, 혹은 불규칙한 재발을 보입니다. 현대적 확장인 속도-상태 마찰 법칙은 단층면이 속도 약화 구간에서 지진성 미끄러짐, 속도 강화 구간에서 안정 크리프를 보인다고 설명하며, 최근 발견된 느린 지진과 에피소딕 미끄러짐도 이 틀 안에서 다루어집니다. 지진 간 변형 축적은 탄성 반공간 내 전위 모델(Okada 해)로 계산하며, 잠김 깊이와 장기 미끄럼 속도를 측지 자료로 역산합니다.

주의할 점

탄성반발설은 판 경계 천발지진에 잘 맞지만, 심발지진(수백 km 깊이, 취성 파괴가 불가능한 조건)은 상전이나 탈수 취성화 같은 다른 메커니즘이 필요하다. 또한 이 이론은 재발 주기가 규칙적임을 보장하지 않으므로 '지진 주기'를 정확한 예측 도구로 오해하면 안 된다.