지구 핵에서 반사된 지진파, 일본 열도를 다시 움직였다

2011년 3월 11일, 일본을 강타한 동일본대지진(규모 9.0)은 역사상 가장 강력한 지진 중 하나였다. 그런데 이 지진이 발생한 지 약 13~15분 후, 일본 열도 전체가 다시 한번 흔들렸다. 시카고대학교 지구물리학과의 박선영(Sunyoung Park) 교수 연구팀은 국제 학술지 '사이언스(Science)' (2026년 6월 18일 자)에 발표한 연구에서 이 놀라운 현상의 원인을 밝혀냈다 .

ScS파가 무엇을 했나

본진 발생 약 1315분 후, 지진으로 발생한 전단파(S파)가 맨틀을 통해 약 2,900km 아래로 내려가 액체 상태의 외핵(Outer Core) 경계면에 도달했다. S파는 액체 상태의 외핵을 통과하지 못하고 'ScS'라는 지진파 위상(Phase)으로 반사되어 지표로 되돌아왔다 . 이 반사파가 일본 열도 아래에 도달했을 때, 일본 열도를 둘러싼 두 개의 주요 판 경계 단층을 따라 두 번째로 뚜렷한 미끄러짐(슬립)을 촉발했다 . 일본 전역에 설치된 GPS 관측망은 이로 인해 지표가 계단식으로 최대 56mm 동쪽으로 이동한 사실을 기록했다 .

이번 연구는 지구 핵에서 반사된 지진파가 단층을 움직인 최초의 사례를 기록한 것으로 평가된다 .

영향 범위 규모

이 ScS파에 의해 촉발된 두 번째 단층 활동은 실로 엄청난 범위에서 발생했다. 그 범위는 약 3,000km에 달하며, 이는 역사상 기록된 가장 광범위한 지진 활동으로 꼽힌다 . 북쪽의 홋카이도부터 혼슈를 거쳐 남서쪽의 규슈까지, 일본 열도 전체가 이 영향권 안에 들었다 . 이 이차적 사건에서 방출된 에너지는 규모 7.5의 지진과 맞먹는 수준이다 .

지진 재해 대비에 주는 시사점

이번 발견은 지진 재해 대비 시스템에 세 가지 중요한 시사점을 던진다.

1. 새로운 유형의 지연성 여진 발생 메커니즘
기존의 지진 위험 모델은 본진과 여진의 관계를 정적 응력 변화나 표면파 트리거링만으로 설명해왔다. 하지만 이번 연구는 지구 깊은 곳에서 반사된 파동이 본진 발생 후 수분이 지나 단층을 다시 활성화할 수 있음을 보여준다. 이는 현재의 조기 경보 및 예측 시스템이 고려하지 않는 새로운 위험 시간대를 의미한다 .

2. 광범위한 공간적 영향력
핵 반사파(ScS파)는 단층 파열대 주변뿐만 아니라 대륙 규모(수천 km)의 먼 거리까지 상당한 응력 변화를 전달할 수 있다. 따라서 대규모 섭입대 지진이 발생할 경우, 기존의 지진 위험 예상 구역보다 훨씬 넓은 지역에서 이차적인 단층 활동이 유발될 수 있음을 시사한다 .

3. 모니터링 및 모델링의 공백
현재의 지진 관측망과 GPS 배열은 이러한 파동을 감지하는 데 필요한 신호를 이미 기록하고 있지만, 이 현상은 아직 운영 중인 재해 평가 시스템에 반영되지 않았다. 향후에는 특히 규모 8.5 이상의 지진에서 ScS파의 진폭이 충분히 커서 원거리 단층 미끄러짐을 유발할 수 있다는 점을 고려해, 실시간 여진 및 쓰나미 예측 모델에 핵 반사파에 의한 트리거링을 추가하는 방안이 필요하다 .