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지난 2017년 11월, 경북 포항에서 일어난 규모 5.4의 지진을 기억하나요? 지진은 포항에 큰 피해를 입혔을 뿐 아니라, 멀리 떨어진 수도권 지역도 흔들어 많은 사람들을 놀라게 했지요. 지진은 왜 일어나는 걸까요? 또 지진을 예측하는 방법은 없는 걸까요? 메이커 스쿨에서 섭섭박사님과 함께 지진계를 만들며 알아봐요!

지구는 바깥에서부터 지각, 맨틀, 외핵, 내핵 순으로 이뤄져 있어요. 그중 우리가 발을 딛고 살아가는 ‘땅’은 가장 바깥층인 ‘지각’이지요. 지각은 하나처럼 보이지만 사실 여러 조각의 지각판들로 이루어져 있어요. 이 지각판들은 바로 아래에 있는 맨틀 위에 떠서 쉬지 않고 조금씩 움직이고 있지요. 움직이던 지각판들이 서로 부딪히거나 밀어내면 충격으로 인해 땅이 흔들리는 ‘지진’이 발생한답니다.

특히 판과 판이 만나는 경계에서 지진이 활발하게 일어나요. 지구에서 발생하는 대부분의 지진 활동은 일본, 동남아, 미국 알래스카, 뉴질랜드 등 가장 큰 규모의 지각판들이 모인 태평양 지역에서 일어나고 있지요. 태평양을 둘러싸고 있는 지진대를 ‘환태평양 지진대’라고 해요. 더불어 이 지역에선 지구에서 일어나는 화산 활동의 75%가 일어나기도 한답니다.

● 미션 1 - 흔들림을 감지하라!

132년 무렵, 중국 후한 시대 세계 최초의 지진계 ‘지동의’가 만들어졌어요. 항아리 모양으로 생긴 지동의의 위쪽엔 구슬을 물고 있는 용 8마리가 있는데, 지진이 나서 땅이 흔들리면 용이 물고 있던 구슬이 아래쪽에 있는 두꺼비의 입속으로 떨어져요. 사람들은 이를 보고 땅이 흔들린 걸 알아챘지요.

근대의 지진계는 1880년대, 영국의 지진학자 제임스 유잉, 토머스 그레이, 존 밀른이 만들었어요. 스프링이나 긴 끈에 무거운 추를 매달고, 그 밑에 펜을 달아 진동이 오면 종이에 기록하는 형태였지요. 지진이 나면 지진계가 땅과 함께 흔들리지만 스프링에 매달린 추는 관성에 의해 제자리에 정지해 있어요. 추에 달린 펜은 지진 때문에 흔들리는 종이에 진동을 고스란히 기록할 수 있답니다.

최근에는 ‘전자기 유도’ 원리를 이용한 지진계가 많이 쓰여요. 전자기 유도 원리는 코일 주변에서 자석이 움직이면 코일 속 자기장이 변해 전류가 흐르는 현상이에요. 전자기 유도 지진계는 자석이 흔들려 발생시킨 전류를 기록해 지진을 감지해요. 이번 메이커 스쿨에서는 전자기 유도를 이용한 지진계를 만들었답니다.

● 미션 2 -  지진 활동을 분석하라!

지진이 발생하면 지각을 통해 지진파가 전달돼요. 지진파는 크게 ‘P파’와 ‘S파’로 나뉘지요. 이중 지진계가 먼저 기록하는 파동은 P파예요. P파는 지진의 진행 방향과 나란히 진동해 ‘종파’라고 불러요. S파는 진행 방향과 수직으로 진동해 ‘횡파’라고 부르지요. S파는 진동하는 폭과 에너지가 P파보다 크기 때문에 땅을 위아래로 흔들며 큰 피해를 입힌답니다. 지진을 3차원으로 측정하기 위해서는 P파를 측정하는 수평 지진계와 S파를 측정하는 수직 지진계가 모두 필요하지요.

이번 메이커 스쿨에서는 S파를 측정할 수 있는 수직 지진계를 만들었어요. 자석이 달린 스프링을 짧게 달아 수평 진동보다 수직 진동에 더 민감하도록 만들었지요. 만약 같은 재료로 코일을 감은 판을 맨 밑에 두고 스프링을 늘려 달아주면 용수철이 수평 방향으로도 쉽게 흔들려 수평 지진계를 만들 수 있답니다. 그러면 P파도 측정할 수 있지요. 

지진계를 완성한 기자단 친구들은 지진계가 제대로 작동하는지 시험해 봤어요. 두 명씩 짝을 지어 지진계와 컴퓨터를 연결하고, 지진파를 측정하는 전보 프로그램을 켰지요. 이후 지진계가 놓인 책상을 흔들며 세게 흔들 때와 약하게 흔들 때 그래프가 어떻게 바뀌는지 관찰했답니다. 친구들이 책상을 세게 흔들자 컴퓨터 화면에는 큰 폭의 그래프가, 약하게 흔들자 작은 폭의 그래프가 나타났지요.

섭섭박사님은 “친구들이 책상을 흔들면 지진계에 달린 자석이 흔들리면서 코일에 전류가 생긴 것”이라고 설명해주셨답니다.

수업에 참여한 김승민 친구는 “이번 수업을 통해 지진계의 원리를 이해하게 됐다”며 “지진계를 집에 가져가서 가족에게 지진계의 원리를 설명해줄 것”이라고 뿌듯해했답니다.