최근 수정 시각 : 2024-11-28 20:26:09

규모(지진)

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발생 국가: 파일:바누아투 국기.svg 바누아투
<rowcolor=#000,#e4e4e4> 발생 시각 ( UTC+11) 규모 진원 최대 진도[1]
2024년 12월 17일
12시 47분 26초 		Mw 7.3 바누아투 포트빌라 서쪽 30km 해역 Ⅸ
쓰나미 여부
해일경보 해제 #
예상 최고높이: 1m
실측 최고높이: 25cm #
[1] USGS Shakemap 기준

1. 개요2. 리히터 규모(ML)
2.1. 계산법2.2. 규모
3. 모멘트 규모(Mw)
3.1. 파생 단위3.2. 모멘트 규모가 있는 지진의 목록3.3. TNT 환산
4. 일본 기상청 규모(Mj)5. 실체파 규모(mB, mb), 표면파 규모(Ms)6. 기타

1. 개요

규모는 지진의 세기를 나타내는 단위로, 진원지와의 거리에 관계 없이 해당 지진이 가지는 절대적인 강도를 나타내는 단위이다. 규모의 종류에는 리히터 규모(ML), 모멘트 규모(Mw), 일본 기상청 규모(MJ), 실체파 규모(mb), 표면파 규모(Ms) 등이 있다. 진도와는 다르게 규모는 종류가 다르다고 해서 다른 값이 아니다. 규모의 종류가 여러 개인 것은 규모를 보다 정확하게 측정하기 위함일 뿐이다.

예를 들어 절대적인 에너지 방출 값이 규모 5.3인 지진이 발생하였다고 한다면, 각국의 기관들은 각자의 방식으로 이 에너지를 측정할 것이다. 대한민국 기상청의 경우 리히터 규모로 발표하며, 미국 지질조사국(USGS)는 모멘트 규모, 일본 기상청은 일본 기상청 규모를 사용해 발표한다. 각 결과가 규모 5.2, 5.3, 5.4라고 해서 절대적인 에너지 방출 값인 규모 5.3이 바뀌는 것은 아니다. 단지 규모의 종류와 환산식, 관측 설비 등의 차이로 인해 오차가 발생하는 것 뿐이다.

실제로 한국 기상청에서 지진 발표에 사용하는 규모는 리히터 규모이지만, 기상청에서 국외지진을 발표하는 경우 외국 기관의 규모를 따른다. 예를 들어 2023년 튀르키예·시리아 대지진 당시 USGS에서 발표한 규모는 모멘트 규모로 7.8이었다. 기상청은 USGS의 분석결과를 그대로 인용하여 이 지진을 규모 7.8로 발표했다.

추가적으로 규모는 지진에 대한 수치를 나타낼 때 함께 쓰이는 진도와는 완전히 다른 개념[1]이다. 규모는 절대적인 수치로 지진으로 인한 총 에너지 방출량을, 진도는 상대적인 수치로 특정 지역에서의 흔들림을 말한다. 규모는 보통 3.5처럼 소수점 한자리까지 적으며[2], 진도는 서울 진도 2[3] 또는 II처럼 정수만 사용한다.[4] 규모와 진도의 차이점에 관한 보다 자세한 설명은 진도(지진)문서 참조.

2. 리히터 규모(ML)

리히터 규모 또는 릭터 규모(Richter magnitude scale)는 한국 기상청에서 지진 발표시 사용하는 규모로, 지진이 방출하는 에너지량을 지진파의 최대 진폭을 측정해 추정하며, M,L,로 표현한다. 1935년 미국의 지진학자 찰스 리히터(1900~1985)가 고안하였다. 리히터 규모는 이후 개량되면서 국지 규모 (local Magnitude) 라고 불리기도 한다. 하지만 리히터 규모는 큰 규모의 지진에서 정확도가 떨어진다.[5] 이러한 문제 때문에 현재 지진 관련 기관들은 M 4~M 5 지진 부터 모멘트 규모를 사용하는 편이지만, 언론에서는 다른 규모 척도로 측정한 지진을 리히터 규모라고 하기도 한다.

2.1. 계산법

파일:external/rmstech.co.kr/richter.gif

지진 기록에서 지진파의 최대 진폭[6]과 PS시[7]를 측정하여 그 값을 표시한후 그 두 점을 잇는 직선을 그어서 지진의 규모[8]를 결정한다.

2.2. 규모

다음은 리히터 규모와 발생하는 에너지(erg)[9], 폭약(TNT)이 내는 폭발력 그리고 피해정도의 관계이다. 리히터 규모 [math(M)]과 에너지 [math(E)]는 로그와 관련된 수식으로 표현할 수 있다. [math(log E)] [math(=11.8+1.5M)] 따라서 규모가 0.1 증가할때는 1.4배의 차이를 나타내며, 1 증가할 때마다 에너지는 10^1.5≒32배 차이이고 2 차이는 1000배, 3차이는 32000배이다.
리히터 규모 발생하는 에너지(erg) 폭약(TNT) 피해 정도
1~1.9 2 × 1013~6 × 1014 480 g 지진계가 감지할 수 있는 정도다.
2~2.9 6 × 1014~2 × 1016 15 kg 예민한 사람이 느낄 수 있을 정도다.
3~3.9 2 × 1016~6 × 1017 480 kg 땅이 조금 흔들리는 정도다.
4~4.9 6 × 1017~2 × 1019 15 t 진원이 얕을 경우 진앙 부근에서 피해가 발생한다.
5~5.9 2 × 1019~6 × 1020 480 t 약한 건물이 파손되는 등 작은 피해가 발생한다.
6~6.9 6 × 1020~2 × 1022 15 kt[10] 주택이 무너지는 등 상당한 피해가 발생한다.
7~7.9 2 × 1022~6 × 1023 480 kt 아파트 등 큰 빌딩이 무너질 정도로 큰 피해가 발생한다.
8~8.9 6 × 1023~2 × 1025 15 Mt 해저 지진일 경우 큰 지진 해일이 발생한다.
9~9.9 2 × 1025~6 × 1026 480 Mt 대규모의 지각 변동이 일어난다. 땅이 갈라지고 지면이 파괴된다.
관측사상 가장 큰 규모의 지진은 1960년에 발생한 칠레 대지진으로, 규모 9.5로 추정된다. [11]
10~ 6 × 1026~ 15 Gt 지상의 모든 것이 파괴된다.

3. 모멘트 규모(Mw)

모멘트 규모 (Moment Magnitude Scale, 약자로 MMS)는 지진이 방출하는 에너지의 양을 단층면의 어긋난 면적과 단층이 어긋난 길이의 곱에 비례하는 물리적인 양을 사용해 나타낸 값으로, Mw로 표기한다.

1979년에 1935년에 찰스 리히터가 개발한 리히터 규모를 대체하기 위해 개발되었다. 요즘은 리히터 규모는 더 이상 널리 사용되지 않지만[12] #, 여전히 작은 규모의 지진에서는 리히터 규모를 사용하고 있다. 작은 규모에서는 모멘트 규모 산출에 사용되는 장주기 지진동이 작아 모멘트 규모 산출이 어렵기 때문이다. [13]

모멘트 규모는 주로 큰 지진을 측정하는 데 사용된다. 리히터 규모와 모멘트 규모를 제외한 다른 규모 척도들은 단주기 지진동만 사용하는 데, 큰 규모의 지진은 단주기 지진동은 안 커지는 데 장주기 지진동은 커지는 현상이 발생 해 규모가 과소평가 된다.[14] # 언론에서는 리히터 규모를 사용하지 않은 지진도 리히터 규모라고 하기도 한다. [15]

1960년 칠레 대지진은 리히터 규모는 8.3와 표면파 규모 8.5인 반면 모멘트 규모는 9.4 ~ 9.6이다. 이러한 차이는 리히터 규모와 표면파 규모가 일정 규모 이상부터 포화 현상이 발생해서 나타난다. 따라서 이 경우에는 규모 9.4~9.6을 산출한 모멘트 규모가 가장 정확한 규모라고 볼 수 있다.

리히터 규모와 모멘트 규모, 그리고 다른 규모 척도 모두 로그함수를 사용한다. 따라서 지진 규모가 1이 올라가면, 에너지는 약 31.6배[16] 증가한다. (진폭은 10배) 또 모멘트 규모는 역사 지진 중에서 규모가 큰 지진을 측정하는 데 유용하다.

3.1. 파생 단위

모멘트 규모를 측정하기 위하여 여러가지 방법이 개발되었다.
Mwb: 주기 10초에서 100초의 장주기 실체파의 모멘트 텐서 역전에 기초하여 측정한다.
Mwr: 국지적 거리 (최대 1,800km 이내) 에서 측정한 지진파의 전체를 모멘트 텐서 역전하여 측정한다. RMT라고 부르기도 한다.
Mwc: 중주기 혹은 장주기 실체파와 표면파의 센트로이드 모멘트 텐서 역전에 기초해 측정한다.
Mww: W상 (P파가 도착했을 당시 주기 100-1,000초가 넘는 초장주파의 상) 에서 센트로이드 모멘트 텐서 역전에 기초해 측정한다.
그 외에도 수십 가지의 단위들이 있지만, 거의 사용하지 않기도 하고, 다 서술하려면 시간도 오래 걸리기 때문에 서술하지 않는다.

3.2. 모멘트 규모가 있는 지진의 목록

3.3. TNT 환산

규모값을 절대적인 에너지 수치와 비교하기 위해 지진 발생시 방출되는 에너지를 기존의 화학 폭발물인 TNT의 세기와 비교하기도 한다. 줄 단위의 지진 에너지와 그에 해당하는 폭발 에너지를 비교하기 위해 TNT 1톤당 4.2 - 109의 환산량이 적용된다. 아래의 표는 지진의 에너지와 모멘트 규모, TNT 환산량간의 관계를 보여준다.
모멘트 규모 TNT 환산
Mw 1.0 474g
Mw 1.5 2.6kg
Mw 2.0 15kg
Mw 2.5 84kg
Mw 3.0 474kg
Mw 3.5 2.6t
Mw 4.0 15t
Mw 4.5 84t
Mw 5.0[21] 474t
Mw 5.5 2.6kt
Mw 6.0 15kt
Mw 6.5 84kt
Mw 7.0 474kt
Mw 7.5 2.6Mt
Mw 8.0 15Mt
Mw 8.5 84Mt
Mw 9.0 474Mt
Mw 9.5[22] 2.6Gt
Mw 10.0 15Gt
Mw 10.5[23] 84Gt
Mw 11.0 474Gt
Mw 11.5 2.6Tt
Mw 12.0[24] 15Tt


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4. 일본 기상청 규모(Mj)

일본 기상청 규모(Mj)는 일본 기상청에서 개발하여 사용하고 있는 규모로, 5초 이내의 단주기 진동을 이용해 구하는 규모이다. 단주기 진동만을 이용하는 특성상 리히터 규모, 표면파 규모, 실체파 규모처럼 포화현상이 발생하기 때문에 일본 기상청에서는 동일본 대지진 처럼 큰 규모의 지진이 발생한 경우 모멘트 규모를 사용하고 있다.

모멘트 규모와 최대한 유사하게 산출될 수 있도록 개발되었으나, 모멘트 규모와는 일부 차이를 보이는 경우가 많다. 규모 7 이하에선 일본 기상청 규모가 모멘트 규모보다 크게 산출되는 경우가 많으며, 규모 8이 넘을 경우 모멘트 규모가 더 크게 산출되는 경우가 많다.

5. 실체파 규모(mB, mb), 표면파 규모(Ms)

실체파 규모와 표면파 규모 모두 리히터 규모의 한계를 보완하기 위해 개발된 규모이다.

실체파 규모(mB, mb)는 이름처럼 실체파를 이용하여 계산하는 규모이다. 참고로 실체파(body wave)는 p파와 s파를 뜻한다. 일반적으로 실체파 규모는 p파만을 이용하여 구한다.

표면파 규모(Ms)는 이름처럼 표면파를 이용하여 계산하는 규모이다. 지표면을 타고 이동하는 표면파인 레일리파를 이용하여 규모를 계산한다.

6. 기타

  • 지금까지 지구에서 관측된 지진 중 가장 강력한 지진은 1960년 칠레 앞바다에서 일어난 모멘트 규모 9.5의 칠레 대지진이며, 지구 자체의 내부 에너지만으로 일어날 수 있는 가장 강력한 지진, 초강진은 모멘트 규모 10.3 ~ 10.6이라고 한다.[25][26] 참고로 약 기원전 6500만 년경에 몇몇 수각류를 제외한 나머지 공룡이 전부 멸종당한 K-Pg 멸종 당시 지구에 충돌한 운석은 지구 전반에 걸쳐 리히터 규모 11 - 13[27]의 지진을 발생시킨 것으로 추정된다.
  • 지진은 행성 뿐만 아니라 항성에서도 발생하며 태양에서는 몇 시간에서 며칠마다 일진(日震)이 일어나고 있다.[28] 그리고 관측사상 가장 강력한 성진(星震)은 2004년에 태양계에서 약 5만 광년 떨어진 마그네타[29] SGR 1806-20[30]의 겉껍질에서 일어난 리히터 규모 22.8의 성진이다. #[31] 이는 앞서 설명했던 9.5짜리 대지진이 발산한 에너지의 대략 1해 7,778경 배에 달한다. 이 정도 에너지는 태양이 약 15만 년 동안 내놓는 에너지보다 많은 수치로, 이는 광속의 64%로 가속된 달이나 초속 2,220 km로 움직이는 지구를 부딪쳐야 나오는 정도의 에너지이다. 인류가 관측한 자연재해 중에서 이보다 더욱 강력한 에너지를 한번에 뿜어내는 경우는 초신성과 감마선 폭발[32] 및 블랙홀간 충돌로 발생하는 중력파[33]이외에는 거의 없다고 보면 될 정도이다.
  • xkcd의 말에 따르면 지구가 버틸 수 있는 지진에너지의 한계치는 대략 리히터 규모 15에 상당하며, 45억년전 지구 역사상 가장 큰 행성 충돌인 테이아와의 충돌에 비견될 수 있고, 이 이상의 에너지로 지진이 일어나면 에너지량이 지구 자체의 중력 결합 에너지보다 크기 때문에 지구가 산산조각난다고 한다. 목성처럼 지구보다 더 큰 행성에 충돌할 때 로슈 한계로 지구가 잘게 부서지면서 충돌하는 것을 예시로 들 수 있다. 이론상 더 큰 규모의 지진 발생이 가능은 하나, 차이점이라면 그저 더 크게 폭발하게 될 것이라는 것이다. 그가 알기 쉽게 설명한 가상매체에서의 예시로는 은하 제국이 죽음의 별에서 발사한 레이저가 얼데란[34]에 적중할때 최소 리히터 규모 15의 지진을 일으켰다고 한다.[35]
  • 지진으로 인한 흔들림의 지속시간은 규모에 비례한다. M7이면 약 10초간, M8이면 약 1분간, M9이면 약 3분간. #

[1] 진도와 규모의 차이를 적절히 설명한 서울특별시의 게시글 [2] 다만, 규모는 로그 스케일이기 때문에 소수점 무한대까지 가능하다. [3] 일본 기상청 진도 계급과 중화민국 중앙기상국 진도 계급 말고는 자연수로 표현하지 않는다. [4] 진도 2.8과 같은 표현은 거의 쓰이지 않는다. "규모 2.8의 지진이 발생해 충남에서 진도III 충북에서 진도II를 기록했다."와 같은 표현이 올바른 표현이다. 가끔 진도 2.8과 같은 표현을 뉴스나 기사에서 사용하는 경우가 있는데 뉴스나 기사가 십중의 구 이상이 잘못된 표현을 한 것이며 그냥 간단하게 규모 2.8로 받아들이면 된다. 다만, 계기진도와 계측진도를 표기하는 차원에서 진도 2.8 과 같이 쓰이는 경우가 있긴 하지만, 계기진도 또는 계측진도2.8 이라고 분명하게 분류를 해 주어야한다. 그러니 진도 2.8은 잘못된 표현이 맞다. [5] 단주기 지진동만 쓰는 게 원인이다. 큰 규모의 지진은 장주기 지진동만 커진다. [6] 그래프 우측 [7] 지진기록에서 P파 도착시간부터 S파 도착시간 사이의 시간간격, 초기 미동 계속 시간이라고도 함, 그래프 좌측 [8] 그래프 중앙 [9] 1erg는 10-7J에 해당한다. [10] 히로시마에 떨어진 원자폭탄 수준. [11] 하지만 칠레 초거대지진이 규모 9.5라는 것은 리히터 규모 9.5가 아니라, 모멘트 규모 9.5이다. 리히터 규모도 있긴 한데, 잘못된 값이라 서술하지 않는다. 하지만 모든 규모의 종류들은 로그 스케일로 통일되어 있어서 모멘트 규모가 9.5여도 2.6Gt이 된다. [12] 대신 리히터 규모를 개량한 국지 규모 (local Magnitude) 는 널리 사용되고 있다. [13] 하지만, 지진 관측소가 무수히 많아진다면 극미소지진 즉, 규모 1.0 미만의 지진을 모멘트 규모로 산출해 낼 수 있을 것이다. [14] 그리고 또 리히터 규모는 거리 제한이 있는 데, 600km이다. 이 거리를 넘어가면 표면파 감쇄로 규모가 과소평가 된다. [15] # JTBC에서 규모 진도 용어 정리에서 6:55초에 네팔에서 발생한 규모 7.8의 지진을 리히터 규모라고 했는데 모멘트 규모가 맞는 표현이다. # 그리고 5:53초에 일본 기상청 진도 계급이 8단계라고 했는데 10단계 (0, 1, 2, 3, 4, 5약, 5강, 6약, 6강, 7) 이다. 그리고 우리나라에서는 수정 메르칼리 진도 계급을 사용하는 데, 2001년 이전까지는 JMA 진도 계급을 쓰다가 2001년 1월 1일부터 수정 메르칼리 진도 계급을 사용하고 있다. 또 미국이 수정 메르칼리 진도 계급을 사용한다. [16] 정확히 [math(\sqrt 1000)]배이다. 따라서 규모가 2 올라가면 에너지는 정확히 1000배 커진다. [17] 리히터 규모 5.8 [18] 리히터 규모 5.4 [19] 일본 기상청 규모 8.4 [20] 리히터 규모 8.3 [21] 일반적으로 USGS (미국 지질조사국)은 이 규모 부터 주로 모멘트 규모로 발표한다. [22] 1960년 칠레 대지진 [23] 지구 혼자서 발생 시킬 수 있는 지진의 규모와 비슷하다. 디스코 팡팡 위에 지각이 놓여져 있다고 생각하면 된다. 이와 비슷하거나 더 큰 규모의 지진은 최소 1km 크기의 소행성 충돌과 비슷한 강한 외력을 가하지 않는 이상 불가능하다. [24] K-Pg 대멸종 때 소행성 충돌과 비슷한 규모다. [25] 이 정도 에너지의 지진이 지구에서 일어나려면 초화산의 대분화. 그것도 작게는 옐로우스톤의 분화 정도는 돼야 하고 크게는 시베리아 트랩이라든가, 판게아를 두 쪽으로 분리해버린 고대 애팔라치아 산맥의 대폭발 같은 초거대화산의 대분화 정도는 돼야 일어날 정도이다. 또는 직경 1km 이상의 천체가 충돌할 때 발생하는 에너지다. [26] 가상의 사례로 영화 2012에 등장하는 로스엔젤레스 지진의 규모가 10.9이다. 10.9가 측정된 뒤 지진계도 측정 한계치에 도달해 멈췄으며 이후 지각이 갈라져 마그마가 튀어오르는데 이는 12.0이거나 이를 넘을 수도 있다. [27] 리히터 규모는 수치가 1이 오를때마다 에너지가 약 32 배정도 증가하는 로그 계산법이 쓰이는데 단순 계산상으로는 상술된 칠레 대지진보다 3.5 큰 값의 규모이므로 약 177,828배(10(1.5×3.5))의 에너지를 자랑한다. [28] 1996년 7월 9일 발생한 태양플레어의 리히터 규모는 11.3으로 측정됐다. [29] 빠른 회전속도와 특히나 강한 자기장을 가진 중성자별 [30] 자기장의 세기가 무려 100기가 테슬라로, 발견된 천체 중에서 자기장이 가장 세다. [31] 발생한 에너지 일부는 곧바로 흡수되었고 약 1.3×1039 J(= 질량으로 환산 시 약 1.45×1022 kg으로, 달 질량의 19.5%에 달한다.)의 에너지가 외부로 방출됐다. [32] 초신성 및 장기 감마선 폭발(Long GRB)은 태양이 탄생부터 죽음을 맞이할 때까지(백색왜성이 될 때까지) 내놓을 수 있는 에너지량보다 더 많은 에너지를 한번에 뿜어낸다. [33] 인류 역사상 최초로 관측된 중력파의 발생원은 블랙홀끼리 충돌병합으로, 이때 태양 3개분의 질량이 에너지로 전환되어 방출됐다. [34] 스타워즈에 등장하는 지구와 지름, 질량, 환경 등이 비슷한 가상의 행성 [35] 행성이 산산조각 난다.

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