[홍태경의 지구 이야기] 北 핵실험 측정치 서로 다른 이유는

지난 3일 우려했던 북한의 6차 핵실험이 있었다. 이번 핵실험은 역대 북한 핵실험 가운데 가장 큰 핵실험으로 평가되고 있다. 북한의 핵실험으로 발생한 강한 지진파는 한국을 비롯해 전 세계 주요 지진 관측소에 기록됐다. 또 기상청과 한국지질자원연구원의 자동 분석 시스템은 지진원의 규모와 위치를 1차적으로 확인했다.

홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수

이후 정밀 분석을 통해 핵실험 여부와 개선된 규모값과 핵실험 위치가 결정됐다. 국내 지진 관측소 자료와 북한과 중국의 접경지를 따라 설치된 지진계 자료를 종합해 북한 핵실험의 정확한 위치가 결정된 것이다. 특히 핵실험장과 지리적으로 가장 가까운 곳에서 측정된 지진파형 자료는 정확한 핵실험 위치를 계산하는 데 크게 기여했다. 하지만 정부가 발표한 북한 핵실험 규모값이 미국이나 일본, 포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO) 등 외국 전문 기관의 발표값과 차이가 나면서 국민들의 시선이 곱지 않다.

핵실험 규모 차이를 이해하기 위해서는 지진 규모 산정 방식에 대한 이해가 필요하다. 지진 규모는 지진파형에 따라 다른 규모식을 사용한다. 하지만 측정 지역이나 거리에 관계없이 지진 규모값이 일정하게 계산될 수 있도록 각 규모식은 상호 교정되어 있다. 이런 교정에도 불구하고 지진 규모값은 다르게 측정될 수 있다.

가장 큰 원인은 지진파가 통과하는 매질의 불균질성이다. 국내 대부분의 관측소는 북한 핵실험장으로부터 수백㎞ 떨어져 있다. 지진파는 북한 핵실험장에서 국내 관측소들까지 동해 지각을 가로지른다. 한반도 내륙 지역의 지각 두께는 약 35㎞ 내외이지만 동해 연안의 지각 두께는 20㎞ 정도에 불과하다. 또 백두산을 포함해 한반도 북쪽 지역의 지각 구조는 매우 복잡하다. 이렇듯 불균질한 한반도 지각을 통과한 지진파는 많은 변형을 겪는다.

전파 경로에 따라 지진파의 진폭이 크게 차이 날 수밖에 없다. 결과적으로 관측소별 지진 규모값이 달라지면서 정확한 추정에 어려움을 겪게 된다. 이에 반해 수천㎞ 떨어진 원거리 관측소에서 관측되는 지진파는 핵실험장 아래의 맨틀을 통해 전파되며 한반도 주변의 복잡한 지각구조에 영향을 크게 받지 않는다. 이런 까닭에 원거리에서는 북한 핵실험 규모를 안정적으로 결정할 수 있게 되는 것이다.

측정치에 차이를 보이는 또 다른 이유는 자연지진과 다른 핵실험의 특성 때문이다. 자연지진과 핵실험은 에너지 배출 과정이 다르다. 자연지진은 단층면을 경계로 양쪽 암반이 서로 비켜 나가면서 에너지가 발산된다. 반면 핵실험 에너지는 폭발에 의한 것이다. 핵실험은 자연지진에 비해 고주파수 에너지 구성비율이 높다.

우리가 활용하는 지진 규모식은 자연 지진의 규모를 측정하기 위해 만들어졌다. 측정 거리별로 활용하는 지진파형과 진폭을 측정하는 주파수가 정교하게 결정돼 있다. 이에 따라 자연지진의 경우 어떤 거리에서 측정하더라도 일정한 규모값이 나온다. 자연지진에 맞춰 개발된 지진 규모식을 다른 에너지 분포를 보이는 핵실험 지진파형에 적용할 경우 측정 거리와 분석 지진파형에 따라 서로 다른 값으로 측정될 수 있다. 이런 현상은 핵실험 규모가 커질수록 좀더 확연히 드러난다. 그렇기 때문에 핵실험 규모 측정값이 달라지는 것은 자연스러운 일이다. 북한 핵실험에 대한 우리 정부의 측정값과 외국 주요 기관의 측정값 모두 의미 있는 과학적 분석 결과다. 핵실험 규모값 차이가 기관들의 분석 능력 차이를 의미하는 것은 아니란 말이다.

핵실험 규모값이 핵실험 성능과 폭발량 산정에 활용되면서 서로 다른 핵실험 규모값은 혼란을 야기시킨다. 현재 활용되고 있는 핵실험 규모값과 폭발량 간의 관계식은 냉전시대에 은밀히 행해지는 핵실험을 서로 감시하기 위해 개발된 것이다. 이것은 먼 거리 지진파형을 바탕으로 한 규모값을 기반으로 만들어졌다.

불필요한 국민적 혼란을 피하기 위해서도 이에 대한 보완책 마련이 필요하다.