[홍태경의 지구 이야기] 퍼즐과 실루엣

2001년 9월 11일 미국 뉴욕 세계무역센터와 워싱턴 국방부 건물에 대한 동시 다발적인 항공기 테러 이후 미국 공항에는 보안검색 강화를 위해 전신 스캐너가 설치되었다. 옷 속에 감추어 반입될지 모를 위험물을 비행기 탑승 전에 탐지하기 위한 장비다. 항공 운항 안전이라는 취지에도 불구하고 이 스캐너는 영상을 통해 몸의 윤곽을 그대로 드러낸다는 점 때문에 공분의 대상이 됐고, 결국 인체 투영 부분은 단순화된 모습으로만 표시되도록 수정된 새로운 장비로 대체되면서 이 일은 일단락되었다. 한편으로 이 해프닝은 사람들이 과학기술의 수준에 새삼스레 놀라는 계기가 되기도 했다.

이런 정밀 영상화는 고주파수 에너지를 활용한 다양한 각도에서 피사체 투영이 있었기에 가능했다. 하지만 지진파를 통한 지구 내부 영상화는 녹록지 않다. 지구 내부 영상화 작업은 보이지 않는 물체로부터 생긴 그림자를 통해 본래의 피사체의 모양을 추정하는 일과 같다.

우리 머리 위에서 비치는 해는 발아래로 동그란 그림자를 만들어내지만 뉘엿뉘엿 지는 해는 전봇대와 같은 그림자를 길게 그려놓는다. 이 모든 그림자는 모두 우리의 실루엣이다.

홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수

지표에서 수집된 정보는 이렇듯 다양한 각도에서 만들어진 그림자와 같다. 그림자 간에 서로 모양이 다를지라도 이들 중 일부는 별개의 것이라고 말할 수 없는 이유도 여기에 있다. 지표에서 수집된 다양한 정보는 지구 내부 구조를 정확히 이해하는 데 있어 때론 충분치 않고 잘못된 결론을 이끌어 내기도 한다. 심지어 지표에서 자료 수집조차 용이하지 않은 경우도 있다. 현재 상식처럼 받아들여지고 있는 판구조 운동은 지진 분포, 대륙의 모양, 동물 종의 분포, 고지자기 방향 등 지구 표면에서 관측되는 다양한 자료를 기반으로 추론한 것이다. 하지만 이러한 판구조 운동을 유발하는 지구 내부의 대류 운동 규모와 특성은 여전히 베일에 쌓여 있다.

지표 관측 자료 분석의 한계를 극복하기 위해 다양한 실험이 동반되기도 한다. 초대형 지진의 발생 기작과 환경에 관한 다양한 실험이 그것이다. 암석 고압 마찰 실험을 통해 응력과 마찰의 상관관계, 단층의 파열과 미끄러짐 등 복잡한 관계를 실험을 통해 하나씩 이해해 가고 있다.

최근 제한적이지만 지구 내부를 직접 확인할 수 있는 길이 생기고 있다. 이런 직접 확인은 그간 막연히 믿어왔던 여러 사실들을 직접 확인할 수 있는 좋은 기회를 제공한다. 일본 해양연구소가 주축이 돼 시도하고 있는 난카이 해구 지역 직접 시추가 한 예다. 연구소 측은 직접 시추를 통해 초대형 지진이 발생하는 판경계부의 물질 상태와 응력 분포 등 다양한 정보를 수집하고 있다. 또 한국을 포함해 미국, 일본, 중국 등 전 세계 23개국이 참여하는 해양 지각 시추 탐사도 활발히 진행되고 있다. 미국, 일본 등은 활성 단층에 대한 직접 시추를 통해 단층면의 상태를 직접 모니터링함으로써 지진 발생 기작을 파악하기 위해 노력하고 있다. 하지만 인간이 도달할 수 있는 깊이의 한계로 이런 직접적인 관측과 자료 수집은 여전히 제한적일 수밖에 없다.

각각의 연구 결과는 전체 그림을 이루는 수많은 퍼즐 가운데 하나의 퍼즐 조각을 맞추는 일과 같다. 하나의 퍼즐 조각으로 전체 그림을 이해하기 어렵지만 퍼즐 조각을 하나씩 맞추다 보면 결국 전체 그림과 실체가 드러나기 마련이다. 이 퍼즐 맞추기는 때론 비슷한 퍼즐 조각을 반복적으로 맞추고 있는 것으로 보일 때도 있다. 이는 다른 각도에서 투영된 다양한 그림자들을 모아 조금씩 실체를 이해해 가고 있는 과정의 또 다른 모습이다. 이렇듯 지구를 이해하는 일도 다양한 관측과 연구 결과의 종합으로 도달할 수 있는 일이다.

지구과학은 우리가 살아가는 행성에 대한 학문이다. 이는 지구라는 행성에서 살고 있는 인류의 생존을 위해 꼭 필요한 작업이다. 어렵고 지난하지만 지구과학을 연구해야 하는 이유로 충분하지 않은가?