이름 반 날짜

EARTH EXPLAINED · 수업 가이드

불의 고리

태평양이 지진과 화산으로 둘러싸인 이유

영상 10:53수준 6~12학년 · 대학 지질학 입문교육 기준 MS-ESS2-2, MS-ESS2-3, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS2-4, HS-ESS3-1
언어 한국어

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재생 방법YouTube를 차단하는 학교 네트워크용

세계의 큰 지진과 활화산 대부분은 왜 하나의 바다 둘레에 줄지어 있을까요?

해구와 화산으로 이루어진 40,000킬로미터 길이의 말굽 모양 띠가 태평양을 둘러싸고 있습니다. 이 수업에서는 섭입이라는 하나의 과정으로 이를 설명하고, 네 가지 실제 사건을 통해 그 결과를 따라갑니다. 지금까지 측정된 가장 큰 지진(칠레, 1960년)과 태평양 전체로 퍼진 그 쓰나미, 세인트헬렌스산(1980년)과 피나투보산(1991년)의 분화, 그리고 조용한 캐스케이디아 섭입대가 마지막으로 파열된 것이 1700년 1월 26일이라는 증거입니다.

자막 (.vtt)자막 (.srt)
16개 언어 자막 추가 제공

학습 목표 이 수업을 마치면 학생들은 다음을 할 수 있습니다:

  1. 섭입 과정을 이용하여, 해구와 지진과 화산이 태평양 가장자리 대부분을 따라 늘어서 있는 이유를 설명합니다.
  2. 가라앉는 판이 끌고 내려간 물이 그 위의 뜨거운 암석의 녹는점을 어떻게 낮추는지, 그리고 그렇게 생긴 화산들이 왜 해구에서 내륙 쪽으로 약 100~300킬로미터 떨어진 곳에 있는지 설명합니다.
  3. 샌안드레아스 단층계를 예로 들어, 수렴(섭입) 경계와 변환 경계를 구별합니다.
  4. 1960년 칠레 지진이 일으킨 연쇄적인 영향을 따라갑니다. 단층 파열, 해안의 침강, 국지적인 쓰나미와 태평양 전체로 퍼진 쓰나미, 그리고 촉발된 분화입니다.
  5. 세인트헬렌스산(1980년)과 피나투보산(1991년)에서 감시와 경보가 결과에 어떤 영향을 미쳤는지 비교합니다.
  6. 큰 분화가 어떻게 지구의 기후를 한두 해 동안 식힐 수 있는지 설명합니다.
  7. 캐스케이디아에서 거대 지진이 일어난다는 증거를 평가하고, 문헌 기록상의 조용한 역사가 왜 안심할 이유가 되지 않는지 설명합니다.

시청 전

핵심 어휘 ★ 상급 학생을 위한 심화 용어

판 구조론
지구의 바깥 껍질이 여러 개의 크고 단단한 판으로 나뉘어 있으며, 이 판들이 그 아래의 더 뜨거운 맨틀 위에서 해마다 몇 센티미터씩 천천히 움직인다는 이론입니다.
해양 지각
해저 아래의 얇은 지각으로, 주로 현무암으로 이루어져 있습니다. 현무암은 어두운 색의 화산암으로, 화강암이 풍부한 대륙의 암석보다 밀도가 높습니다.
섭입
한 판이 휘어지며 다른 판 아래로 가라앉아 맨틀 속으로 되돌아가는 과정입니다.
해구
판이 아래로 휘어지는 곳에 생기는, 해저의 길고 깊은 골짜기입니다. 깊이가 약 11킬로미터인 마리아나 해구는 지구에서 가장 깊은 곳입니다.
화산호
위에 놓인 판 위에 해구와 나란히 생겨나는 화산들의 줄입니다. 가라앉는 판 위에서 생긴 녹은 암석이 이곳에서 지표에 이릅니다.
변환 경계
두 판이 옆으로 서로 스쳐 지나가는 판의 경계입니다. 지진은 일어나지만 화산호는 생기지 않습니다. 샌안드레아스 단층계가 대표적인 예입니다.
규모
지진의 크기를 나타내는 척도입니다. 모멘트 규모가 한 단계(정수 하나) 올라갈 때마다 방출되는 에너지는 약 32배가 됩니다.
쓰나미
많은 양의 바닷물이 갑자기 밀려 움직일 때 생기는 일련의 파도로, 대개 지진으로 해저가 움직여서 일어납니다. 첫 번째 파도가 가장 크지 않은 경우가 많습니다.
침강
땅의 표면이 가라앉는 것입니다. 1960년에 칠레 해안의 일부는 몇 분 만에 2미터 이상 내려앉았습니다.
성층권
날씨 현상이 일어나는 층 위에 있는 대기층으로, 높이 약 10~50킬로미터에 있습니다. 이곳에 이른 입자는 일 년 이상 공중에 머물 수 있습니다.
유령 숲
땅이 갑자기 내려앉아 바닷물이 뿌리에 닿는 바람에 죽은 나무들이 서 있는 숲으로, 과거에 일어난 지진의 증거입니다.
고아 쓰나미
지진이 전혀 느껴지지 않은 곳에서 기록된 쓰나미입니다. 따라서 그 '부모'인 지진은 멀리 떨어진 곳에서 일어났을 것입니다.
물 첨가 용융★
뜨거운 암석에 물이 더해져 녹는점이 낮아지면서 일어나는 용융입니다. 섭입대에서 마그마가 만들어지는 주된 원인입니다.
메가스러스트 지진★
섭입하는 판과 그 위의 판 사이에 있는, 완만하게 기울어진 단층에서 일어나는 지진입니다. 규모 9 이상의 지진은 모두 메가스러스트 지진이었습니다.
재발 주기★
한 단층에서 일정한 크기의 지진이 일어나는 평균 시간 간격으로, 지질 기록을 바탕으로 추정합니다.
황산염 에어로졸★
화산에서 나온 이산화황으로부터 만들어지는 아주 작은 황산 물방울입니다. 성층권에서 햇빛을 반사하여 지표를 식힙니다.

챕터 목록 시간을 선택하면 그 지점부터 재생됩니다

0:00고리

지구본 위에서 본 불의 고리의 모양: 길이 약 40,000킬로미터의 말굽 모양으로, 세계 활화산의 대부분과 지진의 약 90%가 이곳에 있습니다.

0:53왜 고리일까?

섭입을 한 단계씩 설명합니다. 밀도가 높은 해양판이 해구에서 가라앉고, 약 100킬로미터 깊이에서 빠져나온 물이 위의 암석을 녹여 화산호를 만들며, 맞물린 판들은 변형을 쌓았다가 지진으로 풀어냅니다. 캘리포니아는 예외로, 변환 경계입니다.

3:151960년

지금까지 측정된 가장 큰 지진, 칠레 남부의 M9.5: 약 1,000킬로미터 길이의 파열, 2미터 이상 내려앉은 땅, 태평양을 건너 하와이와 일본까지 간 쓰나미, 그리고 38시간 뒤의 분화.

5:32화산

세인트헬렌스산(1980년)과 피나투보산(1991년): 감시와 출입 통제가 이룬 것, 60,000명이 넘는 사람들의 대피가 이룬 것, 그리고 피나투보산의 황이 지구를 섭씨 약 반 도 식힌 과정.

7:58다음 지진

캐스케이디아: 유령 숲, 일본의 '고아 쓰나미', 그리고 마지막 거대 지진의 날짜인 1700년 1월 26일. 그 침묵이 지질학자들을 걱정하게 하는 이유.

9:43여전히 움직이는 땅

오늘날의 불의 고리, 그리고 정리: 기억해야 할 세 가지.

흔한 오개념 교사용

오개념화산은 지각 바로 아래에 있는 액체 암석층이나 녹은 핵에서 마그마를 공급받는다.

증거가 보여 주는 것맨틀은 거의 전부가 고체 암석입니다. 마그마는 조건이 맞아 맨틀의 일부가 녹는 곳에서만 만들어지며, 불의 고리에서는 가라앉는 판에서 나온 물이 녹는점을 낮추는 곳에서 그런 일이 일어납니다.

오개념암석을 녹이는 열은 판 사이의 마찰에서 나온다.

증거가 보여 주는 것핵심 요소는 마찰이 아니라 물입니다. 가라앉는 판이 약 100킬로미터 깊이에서 내놓는 물 덕분에, 그 위에 있는 이미 뜨거운 맨틀 암석이 부분적으로 녹을 수 있습니다.

오개념쓰나미는 먼바다에서도 높은 하나의 거대한 파도이다.

증거가 보여 주는 것쓰나미는 일련의 파도입니다. 깊은 바다에서는 높이가 보통 한 미터도 되지 않지만 여객기만큼 빠르게 움직이며, 얕은 바다에 이르러서야 높아집니다. 1960년 힐로에서는 세 번째 파도가 가장 큰 피해를 냈습니다.

오개념규모 9.5의 지진은 9.0의 지진보다 조금 클 뿐이다.

증거가 보여 주는 것규모가 한 단계 올라갈 때마다 에너지는 약 32배가 되므로, 9.5의 지진은 9.0의 지진보다 대략 5.6배의 에너지를 방출합니다.

오개념수백 년 동안 조용했던 단층은 안전하다.

증거가 보여 주는 것맞물린 섭입 단층에서 긴 침묵은 대개 변형이 쌓이고 있다는 뜻입니다. 캐스케이디아에서는 문헌 기록의 역사 동안 거대 지진이 한 번도 없었지만, 지질 기록을 보면 전체 구간을 따라 평균 약 500년마다 한 번씩 일어났고, 남쪽에서는 더 자주 일어났습니다.

토론 질문

  1. 이번 에피소드에서는 불의 고리를 '사실 해구의 고리'라고 부릅니다. 이것은 무슨 뜻이며, 왜 더 정확한 표현일까요?
  2. 1960년 힐로에서는 파도가 도착하기 몇 시간 전에 사이렌이 울렸는데도 61명이 숨졌습니다. 이는 경보를 내리는 것과 사람들이 그 경보에 따라 행동하는 것의 차이에 대해 무엇을 알려 주나요? 더 나은 경보를 어떻게 설계하겠습니까?
  3. 과학자들은 세인트헬렌스산과 피나투보산 모두에서 경고 신호를 포착했습니다. 각각의 경우에 무엇을 했고 결과는 어땠는지 비교해 보세요. 피나투보산의 대피가 다른 화산 위기의 모범이 된 이유는 무엇일까요?
  4. 마지막 캐스케이디아 지진의 날짜는 일부 일본의 역사 기록에서 밝혀졌습니다. 이것은 과학이 다른 분야와 다른 나라의 증거를 어떻게 활용하는지에 대해 무엇을 알려 주나요?
  5. 피나투보산은 약 두 해 동안 지구 전체를 식혔습니다. 일부 과학자들은 지구 온난화를 상쇄하기 위해 이 효과를 일부러 흉내 내자고 제안했습니다. 누군가 그것을 시도하기 전에 어떤 질문에 대한 답을 먼저 듣고 싶나요?
  6. 만약 오리건주나 워싱턴주 해안에 산다면, 캐스케이디아 쓰나미가 흔들림이 시작된 뒤 몇 분 만에 도착할 수 있다는 점을 고려할 때 무엇을 알고 싶고, 무엇을 하겠습니까?

퀴즈 답을 고르면 자동으로 채점됩니다

1.불의 고리 대부분에서 태평양의 해양판들에는 어떤 일이 일어나고 있나요?

2.해양판이 대륙 아래로 가라앉고, 그 반대가 되지 않는 이유는 무엇인가요?

3.가라앉는 판 위에 있는 암석이 녹는 원인은 무엇인가요?

4.캘리포니아 대부분 지역에는 큰 지진이 일어나지만 활화산의 줄이 없는 이유는 무엇인가요?

5.1960년 5월 22일 칠레 남부에서 일어난 지진이 두드러지는 이유는 무엇인가요?

6.1960년 쓰나미는 칠레에서 약 17,000킬로미터 떨어진 일본에서 약 140명의 목숨을 앗아갔습니다. 그 이유를 가장 잘 설명하는 것은 무엇인가요?

7.1991년 피나투보산의 분화는 어떻게 지구를 식혔나요?

8.세인트헬렌스산과 피나투보산이 공통으로 주는 교훈은 무엇인가요?

9.과학자들은 마지막 캐스케이디아 거대 지진의 정확한 날짜를 어떻게 알아냈나요?

10.캐스케이디아에서 이백 년의 문헌 기록 동안 거대 지진이 없었다는 사실이 지질학자들을 걱정하게 하는 이유는 무엇인가요?

서술형 답안

1. 섭입대의 단면도를 그리고 각 부분의 이름을 적어 보세요. 해양판, 위에 놓인 판, 해구, 맨틀, 물이 빠져나오는 깊이, 화산호, 그리고 거대 지진이 일어나는 구역을 포함하세요.

좋은 답안에 포함되는 내용

완성된 모형에는 다음이 나타나 있습니다. 해구에서 아래로 휘어지는 해양판, 거대 지진의 근원인 해구 근처의 맞물린 판 사이 접촉면, 약 100킬로미터 깊이에서 가라앉는 판으로부터 빠져나오는 물, 그 지점 위 맨틀에서의 부분 용융, 그리고 해구에서 내륙 쪽으로 약 100~300킬로미터 떨어진 지표의 화산호입니다.

2. 에피소드에 나온 증거를 이용하여, 섭입대가 오랫동안 조용한 것이 왜 안전하다는 신호가 아닌지 설명해 보세요.

좋은 답안에 포함되는 내용

판들은 계속 서로 다가가지만(태평양 둘레에서 해마다 7~10센티미터), 그 사이의 단층은 맞물린 채로 있어서 변형이 쌓이다가 한꺼번에 풀려납니다. 칠레의 단층은 1960년 이전 수백 년 동안 맞물려 있었습니다(그에 견줄 만한 이전 파열은 1575년이었습니다). 캐스케이디아의 마지막 대규모 파열은 1700년이었으며, 지질 기록을 보면 평균 약 500년마다 한 번씩 일어났고 남쪽에서는 더 자주 일어났습니다.

3. 1980년 세인트헬렌스산 분화와 1991년 피나투보산 분화를 비교해 보세요. 과학자들이 관측한 것, 당국이 한 일, 그리고 그 결과를 비교하세요.

좋은 답안에 포함되는 내용

세인트헬렌스산에서는 두 달 동안의 감시 끝에 당국이 그 지역의 출입을 통제했습니다. 57명이 숨졌지만, 출입 통제가 없었다면 사망자는 거의 틀림없이 훨씬 더 많았을 것입니다. 피나투보산에서는 필리핀과 USGS의 과학자들이 경고 신호를 알아차리고 당국을 설득해, 6월 15일 분화 전에 60,000명이 넘는 사람들을 대피시켰습니다. 이 분화는 이십 세기에 두 번째로 큰 분화였습니다. 그래도 수백 명이 주로 지붕 붕괴, 이류, 붐비는 대피소의 질병으로 숨졌지만, 수천 명이 목숨을 구했습니다.

심화 학습 대학 및 고등학교 심화

쓰나미는 얼마나 빨리 이동할까?

쓰나미의 파장(수백 킬로미터)은 바다의 깊이보다 훨씬 길기 때문에, 쓰나미는 천해파처럼 행동하며 그 속력은 물의 깊이 d에만 달려 있습니다: c = √(g·d), 여기서 g = 9.81 m/s².

문제태평양의 평균 깊이를 4,000 m로 잡으세요. 속력을 m/s와 km/h로 계산하세요. 칠레 발디비아에서 하와이 힐로까지의 대권 거리는 약 10,700 km입니다. 도달 시간을 예측하고, 관측된 15시간과 비교하세요.

풀이

c = √(9.81 × 4,000) ≈ 198 m/s ≈ 713 km/h로, 제트 여객기의 속력에 가깝습니다. 10,700 km ÷ 713 km/h ≈ 15시간으로, 관측된 도달 시각과 일치합니다. (실제 파도는 완벽한 대권이 아니라 해저의 깊이를 따라 나아가기 때문에, 예보관들은 자세한 해저 지형 자료를 사용합니다.)

규모 한 단계의 의미

모멘트 규모는 로그 척도입니다. 정수로 한 단계 올라갈 때마다 지진이 방출하는 에너지는 약 101.5 ≈ 32배가 됩니다.

문제1960년 칠레 지진(M9.5)은 2011년 도호쿠 지진(M9.1)보다 몇 배의 에너지를 방출했을까요? 1989년 로마 프리에타 지진(M6.9)과 비교하면 어떨까요?

풀이

2011년 도호쿠 지진의 101.5 × 0.4 ≈ 4배, 로마 프리에타 지진의 101.5 × 2.6 ≈ 7,900배입니다.

화산이 그 자리에 서 있는 이유

호상 화산은 가라앉는 슬랩이 약 100킬로미터 깊이에 이르러 물을 내놓는 곳 바로 위에 있습니다. 따라서 해구에서 화산까지의 거리는 슬랩이 얼마나 가파르게 기울어 내려가는지에 따라 달라집니다: 수평 거리 ≈ 깊이 ÷ tan(경사각).

문제경사각이 30°와 45°인 슬랩에 대해 해구에서 화산호까지의 거리를 추정해 보세요. 슬랩이 거의 평평하게 내려가는 곳에서는 어떤 일이 일어날 것으로 예상하나요?

풀이

100 km ÷ tan 30° ≈ 173 km, 100 km ÷ tan 45° = 100 km. 경사가 완만할수록 화산호는 더 내륙 쪽에 생기며, 그래서 실제 화산호는 해구에서 약 100~300킬로미터 떨어져 있습니다(에피소드에 나온 코르돈 카우예는 약 240킬로미터입니다). 슬랩이 거의 평평한 곳에서는 아주 먼 내륙에 가서야 100킬로미터 깊이에 이르거나 아예 이르지 못해, 화산호가 끊깁니다. 안데스에는 페루 중부, 그리고 칠레 중부와 아르헨티나의 평평한 슬랩 구간 위에 화산 공백 지대가 있습니다.

섭입 단층의 변형 수지

나스카판은 해마다 약 7센티미터씩 남아메리카와 수렴합니다. Cisternas와 동료들(2005)이 연구한 해안 퇴적물을 보면, 1960년 규모의 지진이 이 해안을 평균 약 300년마다 덮쳤으며, 1737년과 1837년의 더 작은 지진들은 쌓인 변형의 상당 부분을 그대로 남겨 두었습니다.

문제123년 동안(1837년부터 1960년까지) 수렴량은 얼마나 쌓일까요? 300년 동안은 어떨까요? 중간 규모의 지진을 여러 번 겪은 단층이 왜 여전히 거대 지진을 일으킬 만큼의 변형을 쌓아 두고 있을 수 있을까요?

풀이

123년 동안 약 8.6 m, 300년 동안 약 21 m입니다. 중간 규모의 지진은 미끄러짐 결손의 일부만 풀어내므로, 변형은 한 지진 주기에서 다음 주기로 넘어갈 수 있으며, 결국 한 번의 파열이 수백 년 동안 쌓인 변형을 풀어냅니다.

일부 분화만 기후를 바꾸는 이유

대기 아래층에 머무는 이산화황은 며칠에서 몇 주 사이에 비에 씻겨 나갑니다. 성층권에 이른 황은 황산염 물방울을 만들어 한두 해 동안 공중에 머물며 햇빛을 반사합니다. 피나투보산의 분연주는 약 35킬로미터까지 올라가 성층권 깊숙이 들어갔습니다. Hansen과 동료들(1992)은 기후 모델을 이용해 뒤이어 나타난 냉각을 예측했습니다.

문제기후에는 화산재의 부피보다 분연주의 높이와 분화의 황 함량이 더 중요한 이유를 설명해 보세요. 열대 지방의 분화가 두 반구 모두에 영향을 미치는 이유는 무엇일까요?

풀이

화산재는 며칠에서 몇 주 사이에 떨어지지만, 성층권의 황산염 물방울은 오래 남아 햇빛을 반사합니다. 단, 분연주가 황을 날씨 현상이 일어나는 층 위로 실어 올렸을 때에만 그렇습니다. 열대 상공의 성층권 바람이 연무를 두 반구로 퍼뜨리므로, 피나투보산 같은 열대의 분화는 지구 전체를 식힙니다.

교육 기준 연계

Next Generation Science Standards (NGSS, 미국)

MS-ESS2-2

지구과학적 과정이 다양한 시간적·공간적 규모에서 지구 표면을 어떻게 바꾸어 왔는지에 대해 증거에 기반한 설명을 구성한다.

이번 에피소드: 느린 판의 수렴과, 갑작스러운 지진·침강·분화의 대비.

MS-ESS2-3

화석과 암석의 분포, 대륙의 모양, 해저 구조에 관한 자료를 분석하고 해석하여 과거 판의 운동에 대한 증거를 제시한다.

이번 에피소드: 판의 운동을 보여 주는 해저의 증거로서의 해구와 화산호.

MS-ESS3-2

자연재해에 관한 자료를 분석하고 해석하여 미래의 재난을 예측하고, 그 영향을 줄이는 기술의 개발에 도움을 준다.

이번 에피소드: 쓰나미 경보, 화산 감시, 캐스케이디아 지진의 재발과 그곳의 사이렌 및 대피 훈련.

HS-ESS2-1

지구의 내부 과정과 표면 과정이 서로 다른 공간적·시간적 규모에서 작용하여 대륙과 해저의 지형을 만드는 방식을 보여 주는 모델을 개발한다.

이번 에피소드: 섭입대 모델: 해구, 맞물린 단층, 물의 방출, 용융, 화산호.

HS-ESS2-4

지구 시스템으로 들어오고 나가는 에너지 흐름의 변화가 어떻게 기후 변화를 일으키는지 모델을 이용해 설명한다.

이번 에피소드: 피나투보산이 만든 성층권의 황산염과 1991년부터 1993년까지의 지구 냉각.

HS-ESS3-1

천연자원의 이용 가능성, 자연재해의 발생, 기후의 변화가 인간 활동에 어떤 영향을 미쳐 왔는지에 대해 증거에 기반한 설명을 구성한다.

이번 에피소드: 발디비아의 가라앉은 해안, 힐로의 해안가, 대피, 그리고 캐스케이디아의 재난 대비.

Advanced Placement (AP, 미국)

대학 강좌

일반 지질학

판의 경계; 섭입대; 해구와 화산호; 물 첨가 용융에 의한 호상 마그마 활동; 변환 단층

자연재해

메가스러스트 지진; 쓰나미의 발생과 전파; 경보 시스템; 고지진학과 지진 재발

화산학과 기후

분화 감시와 예측; 화산 위기 관리; 성층권 에어로졸과 복사 강제력

대본 자막과 같은 한국어 내레이션

0:00고리

우주에서 태평양을 내려다보면, 분지 거의 전체를 둘러싸는 선 하나를 그릴 수 있습니다. 그 선은 알래스카에서 내려와 일본과 필리핀을 지나고, 뉴질랜드를 거쳐, 칠레와 멕시코, 그리고 태평양 북서부의 해안을 따라 다시 올라갑니다. 이들이 함께 이루는 말굽 모양의 길이는 약 40,000킬로미터에 이릅니다.

0:20그 선을 따라 세계 활화산의 대부분, 흔히 추정하기로 약 사분의 삼과, 세계 지진의 약 90%가 자리하고 있습니다. 지질학자들은 이것을 불의 고리라고 부릅니다.

0:32이번 에피소드에서는 불의 고리가 왜 존재하는지, 그리고 그것이 무슨 일을 해 왔는지 알아보겠습니다. 불의 고리에서 일어난, 지금까지 측정된 가장 큰 지진과, 행성 전체를 식힌 분화를 살펴보겠습니다. 그다음에는 지금은 조용하지만 결코 끝나지 않은 한 구간을 찾아가 보겠습니다.

0:53왜 고리일까?

그 설명은 판 구조론에서 시작됩니다. 태평양의 바닥은 대부분 태평양판이라는 하나의 거대한 판으로 이루어져 있고, 그 가장자리를 따라 나스카판, 코코스판, 후안데푸카판, 필리핀해판 같은 더 작은 판들이 있습니다. 이 판들은 거의 모두 해양 지각으로 덮여 있는데, 해양 지각은 주로 현무암이라는 어두운 화산암으로 이루어져 있으며, 대륙의 암석보다 밀도가 높습니다.

1:17밀도가 높은 해양판이 대륙이나 더 젊고 가벼운 해양판을 만나면, 휘어지며 그 아래로 미끄러져 내려가 맨틀 속으로 되돌아갑니다. 지질학자들은 이 과정을 섭입이라고 부릅니다. 예를 들어 칠레 앞바다에서는 나스카판이 해마다 약 7센티미터씩 남아메리카 아래로 가라앉고 있습니다.

1:37판이 아래로 휘어지는 곳에서는 해저가 움푹 꺼져 길고 깊은 해구가 생깁니다. 지구에서 가장 깊은 바다인 마리아나 해구는 깊이가 약 11킬로미터이며, 바로 이런 방식으로 만들어졌습니다. 그런 의미에서 불의 고리는 사실 해구의 고리입니다.

1:54불은 물에서 비롯됩니다. 가라앉는 판은 광물 속에 갇힌 바닷물을 함께 끌고 내려갑니다. 약 100킬로미터 깊이에서 그 물이 위쪽의 뜨거운 암석으로 빠져나가고, 암석의 녹는점을 낮춥니다. 암석의 일부가 녹고, 녹은 암석이 위로 올라오면서, 해구 뒤편 약 100~300킬로미터 지점에 화산들이 줄지어 생겨납니다.

2:18불의 고리의 모든 호는 같은 과정으로 만들어집니다. 앞바다에는 해저가 내려가는 해구가 있고, 그 뒤에는 녹은 암석이 지표에 이르는 화산들이 줄지어 있습니다. 그 사이에서는 지진이 흔한데, 두 판이 서로 매끄럽게 미끄러지지 않기 때문입니다. 두 판은 서로 맞물려 수십 년, 또는 수백 년 동안 변형을 쌓았다가, 한꺼번에 미끄러집니다.

2:41가장 잘 알려진 예외는 캘리포니아입니다. 캘리포니아만에서 북쪽으로 멘도시노곶까지는, 한 판이 다른 판 아래로 가라앉는 대신 두 판이 샌안드레아스 단층계를 따라 옆으로 서로 스쳐 지나갑니다. 그래서 이 해안 구간에는 큰 지진은 일어나지만, 화산호는 없습니다. 멘도시노곶 북쪽에서는 섭입이 다시 시작되고, 섀스타산과 래슨봉 같은 화산들도 다시 나타납니다. 로마 프리에타 지진 에피소드에서 샌안드레아스 단층의 이야기를 다루고 있습니다.

3:151960년

1960년 5월 22일 오후 세 시가 막 지났을 무렵, 칠레 남부. 나스카판은 수백 년 동안 남아메리카 아래에 맞물려 있었고, 그날 오후 두 판 사이의 단층이 마침내 무너졌습니다.

3:31파열은 콘셉시온 바로 남쪽에서 시작해 발디비아와 칠로에섬을 지나 타이타오반도 근처까지, 해안을 따라 약 1,000킬로미터에 걸쳐 찢어져 나갔습니다. 많은 증언에 따르면, 흔들림은 약 십 분 동안 이어졌습니다. 전 세계의 지진계가 이 지진을 기록했습니다. 나중에 9.5로 계산된 규모는 이 지진을 지금까지 측정된 가장 큰 지진으로 만들었습니다.

3:55발디비아에서는 땅 자체가 움직였습니다. 해안 일부를 따라 땅이 2미터 이상 가라앉았고, 바닷물이 영영 밀려 들어와 강가의 농지를 습지로 바꾸어 놓았습니다.

4:08다음은 쓰나미였습니다. 앞바다에서는 해저가 위로 솟구쳐, 그 위의 바닷물 기둥 전체를 들어 올렸습니다. 몇 분 만에 바닷물이 칠레 해안으로 밀려들었고, 어떤 곳에서는 해발 25미터에 이르렀습니다.

4:24파도는 거기서 멈추지 않았습니다. 먼바다에서 쓰나미는 제트 여객기만큼 빠르게 이동합니다. 지진 발생 열다섯 시간 뒤 쓰나미는 하와이에 도달했고, 22시간 뒤에는 칠레에서 약 17,000킬로미터 떨어진 일본에 이르렀습니다.

4:39하와이섬의 힐로에서는 파도가 도착하기 몇 시간 전에 경보 사이렌이 울렸지만, 많은 사람이 파도를 구경하려고 해안가로 내려갔습니다. 세 번째 파도는 약 35피트 높이로 밀려들었고, 61명이 숨졌습니다.

4:55일본에는 아무런 경보도 없었고, 그곳에서 파도로 약 140명이 숨졌습니다. 모두 합쳐 이 지진과 쓰나미로 칠레에서 1,600명 이상, 태평양 건너 다른 곳에서 200명 이상이 숨진 것으로 추정됩니다.

5:10그 뒤 불의 고리는 자신의 나머지 절반의 모습을 드러냈습니다. 지진 발생 서른여덟 시간 뒤, 안데스산맥의 화산인 코르돈 카우예가 분화하기 시작했는데, 흔들림이 그 아래의 마그마 계통을 교란했기 때문일 가능성이 큽니다. 이틀 만에 칠레 남부는 해구, 지진, 화산이라는 전체 과정이 작동하는 모습을 모두 보게 되었습니다.

5:32화산

이제 화산 그 자체로 넘어가 보겠습니다. 칠레 지진으로부터 이십 년 뒤, 불의 고리는 미국 본토 48개 주에서 분화했습니다.

5:431980년 5월 18일 오전 8시 32분, 워싱턴주의 세인트헬렌스산을 규모 5.1의 지진이 뒤흔들었습니다. 산의 북쪽 사면 전체가 관측 사상 가장 큰 산사태로 미끄러져 내렸고, 그 뒤에 있던 화산이 옆으로 폭발했습니다.

6:01폭발은 최대 17마일 떨어진 숲까지 쓰러뜨렸고, 화산재는 11개 주에 걸쳐 내렸으며, 산은 정상부 1,300피트를 잃었습니다. 쉰일곱 명이 숨졌습니다. 그중에는 약 6마일 떨어진 능선에서 지켜보던 지질학자 데이비드 존스턴도 있었습니다. 무전으로 전한 그의 마지막 말은 이랬습니다. 밴쿠버, 밴쿠버, 드디어 왔다.

6:25과학자들은 두 달 동안 이 산을 지켜보고 있었고, 당국은 산 주변 지역을 폐쇄해 두었습니다. 그러한 폐쇄 조치가 없었다면 사망자는 거의 틀림없이 훨씬 더 많았을 것입니다. 이 교훈은 불의 고리 전체에 적용됩니다. 화산은 대개 경고 신호를 보냅니다. 그것을 읽어 낼 누군가가 그곳에 있다면 말입니다.

6:42열한 해 뒤, 그 교훈은 수천 명의 목숨을 구했습니다. 필리핀의 피나투보산은 약 500년 동안 조용했는데, 1991년 봄에 움직이기 시작했습니다.

6:56필리핀과 미국 지질조사국의 과학자들은 경고 신호를 알아차리고 당국을 설득해 주민을 대피시키도록 했습니다. 6월 15일, 피나투보는 이십 세기에 두 번째로 큰 분화를 일으켰으며, 화산재 기둥은 성층권까지 35킬로미터 높이로 치솟았습니다.

7:16비에 젖은 화산재가 지붕을 무너뜨리면서 수백 명이 숨졌고, 그 뒤 몇 달 동안 이류와 붐비는 대피소의 질병으로 수백 명이 더 숨졌습니다. 그러나 60,000명이 넘는 사람들이 제때 위험 지역에서 벗어났고, 이 대피는 지금도 화산 위기 관리의 모범 사례로 연구되고 있습니다.

7:38피나투보는 지구 전체에도 영향을 미쳤습니다. 분화는 약 20,000,000톤의 이산화황을 성층권으로 뿜어 올렸고, 이것이 얇은 미세 물방울 연무를 이루어 지구 전체로 퍼지면서 햇빛을 우주로 반사했습니다. 이후 두 해 동안 지구의 평균 기온은 섭씨 약 반 도 떨어졌습니다.

7:58다음 지진

이제 캘리포니아 북부와 밴쿠버섬 사이의 불의 고리 구간, 캐스케이디아 섭입대로 알려진 곳을 살펴보겠습니다. 불의 고리의 다른 구간들과 마찬가지로, 이곳에도 앞바다에 섭입대가 있는데 그 해구는 퇴적물 아래에 묻혀 있고, 내륙에는 화산들이 줄지어 있습니다. 그런데도 이백 년에 걸친 문헌 기록 동안, 이곳에서는 거대 지진이 한 번도 일어나지 않았습니다. 바로 그 침묵이 지질학자들을 걱정하게 만듭니다.

8:23오랫동안 캐스케이디아에서 거대 지진이 일어날 수 있다는 사실을 아무도 몰랐습니다. 그러다 1980년대에 지질학자들은 워싱턴주 해안을 따라 유령 숲을 발견했습니다. 땅이 갑자기 내려앉아 바닷물이 뿌리에 닿으면서 죽은 삼나무들이 서 있는 숲이었습니다. 나중에 나이테 분석으로 이 나무들이 죽은 시기가 1699년에서 1700년 사이의 겨울로 밝혀졌습니다.

8:46결정적인 증거는 바다 건너편에서 나왔습니다. 일본의 기록에는 1700년 1월 27일 밤에 도착한 쓰나미가 묘사되어 있는데, 당시 일본에서는 아무런 지진도 느껴지지 않았습니다. 과학자들은 이를 고아 쓰나미라고 부릅니다. 과학자들은 도달 시간을 거꾸로 계산해, 그 쓰나미가 1월 26일 저녁 아홉 시쯤 캐스케이디아 앞바다에서 일어난 규모 9의 지진에서 비롯되었음을 밝혀냈습니다.

9:12그 지진은 삼백 년도 더 전에 일어났습니다. 지질 기록을 보면 캐스케이디아의 거대 지진은 불규칙하게 되풀이됩니다. 전체 구간을 따라 평균 약 500년마다 일어나며, 남쪽에서는 더 자주 일어납니다. 다음 지진은 시애틀, 포틀랜드, 밴쿠버를 뒤흔들 것이며, 그 쓰나미는 해안 일부에 불과 15분 만에 도달할 것입니다. 그래서 이 지역에서는 지진 대피 훈련을 하고, 오리건 해안을 따라 쓰나미 사이렌이 서 있는 것입니다.

9:43여전히 움직이는 땅

불의 고리는 결코 오래 조용히 있지 않습니다. 그 위에는 수백 개의 활화산이 늘어서 있습니다. 일본 한 나라에서만 보통 한 해에 약 2,000번의 지진이 감지되며, 태평양판은 해마다 7~10센티미터씩 북쪽과 서쪽 가장자리의 해구 속으로 계속 움직이고 있습니다.

10:01자, 기억할 것 세 가지입니다. 첫째, 불의 고리는 태평양의 해양판들이 가장자리의 깊은 해구에서 이웃한 판들 아래로 가라앉는 곳을 나타냅니다. 둘째, 그 가라앉음이 세계의 거대 지진 대부분을 일으키며, 여기에는 1960년 칠레에서 일어난, 지금까지 측정된 가장 큰 지진도 포함됩니다. 그리고 셋째, 그 판들이 끌고 내려가는 물이 그 위의 암석을 녹이고, 그것이 태평양을 둘러싼 화산들을 만들어 냅니다.

10:29그 40,000킬로미터 거의 전 구간을 따라 태평양의 바닥은 천천히 지구 속으로 되돌아 가라앉고 있으며, 불의 고리는 주변의 땅을 계속해서 바꾸어 나갈 것입니다. Earth Explained를 시청해 주셔서 감사합니다. 구독하고 다음 이야기를 만나 보세요. EarthWatch 24-7에서 언제든지 지구를 실시간으로 보실 수 있습니다.

출처

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  2. Cisternas, M., Atwater, B. F., et al. (2005). Predecessors of the giant 1960 Chile earthquake. Nature, 437, 404–407. doi.org/10.1038/nature03943사용 내용: 1960년 규모 지진의 재발; 1737년과 1837년의 지진
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  8. Atwater, B. F., Musumi-Rokkaku, S., Satake, K., Tsuji, Y., Ueda, K., & Yamaguchi, D. K. (2005). The Orphan Tsunami of 1700: Japanese Clues to a Parent Earthquake in North America. U.S. Geological Survey Professional Paper 1707. pubs.usgs.gov/pp/pp1707사용 내용: 유령 숲, 1700년 쓰나미와 그 날짜
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에피소드 속 이미지: USGS, NOAA, NASA(퍼블릭 도메인), 지도는 NASA GIBS를 통한 NASA/USGS Landsat; 애니메이션은 EarthWatch 24-7 제작. 전체 출처: earthwatch247.com/credits.html.

이 수업 인용하기

EarthWatch 24-7. (2026). 불의 고리: 태평양이 지진과 화산으로 둘러싸인 이유 [동영상 수업]. Earth Explained, 에피소드 3. https://earthwatch247.com/learn/ring-of-fire/ko/

정답

  1. C. 이것이 섭입입니다. 밀도가 높은 해양판이 해구에서 아래로 휘어져 맨틀 속으로 가라앉습니다.
  2. A. 해양 지각은 대륙의 암석보다 밀도가 높은 현무암이므로, 가라앉는 쪽은 해양판입니다.
  3. D. 약 100킬로미터 깊이에서 가라앉는 판이 물을 내놓고, 이 물이 그 위의 뜨거운 맨틀 암석의 녹는점을 낮춥니다(물 첨가 용융).
  4. B. 샌안드레아스 단층계는 변환 경계입니다. 가라앉는 판이 없으므로 물이 아래로 운반되지 않고, 화산호도 생기지 않습니다.
  5. A. 규모 9.5는 지금까지 측정된 것 가운데 가장 크며, 파열의 길이는 약 1,000킬로미터였습니다.
  6. C. 파도는 약 22시간 만에 태평양을 건넜고, 일본에는 아무런 경보도 없었습니다.
  7. B. 황이 성층권에 이르러 황산염 물방울을 만들고 햇빛을 반사했습니다. 지구의 평균 기온은 두 해에 걸쳐 섭씨 약 반 도 떨어졌습니다.
  8. D. 세인트헬렌스산의 출입 통제와 피나투보산의 60,000명이 넘는 대피는 모두 과학자들이 알아차린 경고 신호에 따른 것이었습니다.
  9. C. 나이테 분석으로 유령 숲의 나무들이 죽은 시기가 1699–1700년 겨울로 밝혀졌고, 1700년 1월 27일 쓰나미에 관한 일본의 기록으로 지진 발생 시각이 1월 26일 오후 9시 무렵으로 좁혀졌습니다.
  10. A. 맞물린 섭입 단층은 소리 없이 변형을 쌓습니다. 마지막 파열은 삼백 년도 더 전에 일어났습니다.

서술형 답안

  1. 완성된 모형에는 다음이 나타나 있습니다. 해구에서 아래로 휘어지는 해양판, 거대 지진의 근원인 해구 근처의 맞물린 판 사이 접촉면, 약 100킬로미터 깊이에서 가라앉는 판으로부터 빠져나오는 물, 그 지점 위 맨틀에서의 부분 용융, 그리고 해구에서 내륙 쪽으로 약 100~300킬로미터 떨어진 지표의 화산호입니다.
  2. 판들은 계속 서로 다가가지만(태평양 둘레에서 해마다 7~10센티미터), 그 사이의 단층은 맞물린 채로 있어서 변형이 쌓이다가 한꺼번에 풀려납니다. 칠레의 단층은 1960년 이전 수백 년 동안 맞물려 있었습니다(그에 견줄 만한 이전 파열은 1575년이었습니다). 캐스케이디아의 마지막 대규모 파열은 1700년이었으며, 지질 기록을 보면 평균 약 500년마다 한 번씩 일어났고 남쪽에서는 더 자주 일어났습니다.
  3. 세인트헬렌스산에서는 두 달 동안의 감시 끝에 당국이 그 지역의 출입을 통제했습니다. 57명이 숨졌지만, 출입 통제가 없었다면 사망자는 거의 틀림없이 훨씬 더 많았을 것입니다. 피나투보산에서는 필리핀과 USGS의 과학자들이 경고 신호를 알아차리고 당국을 설득해, 6월 15일 분화 전에 60,000명이 넘는 사람들을 대피시켰습니다. 이 분화는 이십 세기에 두 번째로 큰 분화였습니다. 그래도 수백 명이 주로 지붕 붕괴, 이류, 붐비는 대피소의 질병으로 숨졌지만, 수천 명이 목숨을 구했습니다.

심화 학습

  1. 쓰나미는 얼마나 빨리 이동할까?: c = √(9.81 × 4,000) ≈ 198 m/s ≈ 713 km/h로, 제트 여객기의 속력에 가깝습니다. 10,700 km ÷ 713 km/h ≈ 15시간으로, 관측된 도달 시각과 일치합니다. (실제 파도는 완벽한 대권이 아니라 해저의 깊이를 따라 나아가기 때문에, 예보관들은 자세한 해저 지형 자료를 사용합니다.)
  2. 규모 한 단계의 의미: 2011년 도호쿠 지진의 101.5 × 0.4 ≈ 4배, 로마 프리에타 지진의 101.5 × 2.6 ≈ 7,900배입니다.
  3. 화산이 그 자리에 서 있는 이유: 100 km ÷ tan 30° ≈ 173 km, 100 km ÷ tan 45° = 100 km. 경사가 완만할수록 화산호는 더 내륙 쪽에 생기며, 그래서 실제 화산호는 해구에서 약 100~300킬로미터 떨어져 있습니다(에피소드에 나온 코르돈 카우예는 약 240킬로미터입니다). 슬랩이 거의 평평한 곳에서는 아주 먼 내륙에 가서야 100킬로미터 깊이에 이르거나 아예 이르지 못해, 화산호가 끊깁니다. 안데스에는 페루 중부, 그리고 칠레 중부와 아르헨티나의 평평한 슬랩 구간 위에 화산 공백 지대가 있습니다.
  4. 섭입 단층의 변형 수지: 123년 동안 약 8.6 m, 300년 동안 약 21 m입니다. 중간 규모의 지진은 미끄러짐 결손의 일부만 풀어내므로, 변형은 한 지진 주기에서 다음 주기로 넘어갈 수 있으며, 결국 한 번의 파열이 수백 년 동안 쌓인 변형을 풀어냅니다.
  5. 일부 분화만 기후를 바꾸는 이유: 화산재는 며칠에서 몇 주 사이에 떨어지지만, 성층권의 황산염 물방울은 오래 남아 햇빛을 반사합니다. 단, 분연주가 황을 날씨 현상이 일어나는 층 위로 실어 올렸을 때에만 그렇습니다. 열대 상공의 성층권 바람이 연무를 두 반구로 퍼뜨리므로, 피나투보산 같은 열대의 분화는 지구 전체를 식힙니다.