방사성기체 `토론`으로 지진 예측

김규범 교수팀, 세계 최초 규명
지난 6월 개봉한 미국의 재난 블록버스터 영화 '샌 안드레아스'는 규모 9.0의 역사상 최대 규모 지진을 소재로 삼았다. 지진의 진원을 밝혀내기 위해 연구진과 첨단 기술이 총동원됐지만 9.0의 강진을 막아내기엔 역부족이었다. 영화 속에선 불가능했던 지진 예측 실마리가 국내 대학의 연구를 통해 확보됐다.

김규범 서울대학교 교수(지구환경과학부·사진)와 오용화 박사과정생은 자연 방사성 기체인 토론(Rn-220)이 지진 발생 전 분명한 전조현상을 보인다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.

그동안 지진 예측방법을 개발하기 위한 수많은 연구가 이뤄져 왔다. 특히 화학성분을 감지하는 기술이 발달하면서 방사능 불활성 기체인 라돈(Rn-222)이 지진 예측 변수로 주목받았다. 라돈은 일반 기체와 달리 암석에서 생성된다. 반감기(방사성 핵종의 원자 수가 방사성 붕괴에 의해 원래보다 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간)는 3.8일로 긴 편이다. 그런데 반감기가 길면 기상 변화에 의해서 농도가 급격히 바뀌기 때문에 지진 예보에 어려움이 있다.

연구진은 라돈에 비해 반감기가 56초로 짧은 토론에 주목했다. 이들은 경북 울진 성류굴에서 라돈과 토론을 매일 한 시간씩 약 1년간 측정했다. 측정 결과, 2011년 3월 발생한 일본 도호쿠 대지진(규모 9.0) 발생 약 1개월 전부터 15일간 라돈과 토론의 이상 농도가 지속됐다는 것을 발견했다. 라돈은 다른 기간과 농도변화가 크지 않은 데 반해 토론은 관측기간 중 이 시기에만 이상 변화를 보였다. 또 라돈과 토론은 일반적인 기상 변화에서는 역의 농도 증감 상관관계를 보인 반면, 지진 전조현상이 나타날 때는 정의 상관관계를 드러냈다.

김규범 교수는 "라돈과 토론의 반감기 차이로 인해 동굴 공기의 체류 시간이 긴 시기에는 라돈의 농도가 크게 높아지고 토론의 농도는 미세하게 감소한다"며 "지진 전조현상이 나타날 때는 두 핵종 농도가 모두 급격히 높아진다"고 설명했다.

이번 연구를 통해 토론을 이용한 지진 예측이 가능해진 것이다.

김 교수는 "소형 인공동굴을 개발해 지구의 다양한 지역에서 토론·라돈 전조를 측정한다면 태풍처럼 지진을 예보하는 날이 올 수 있다"고 덧붙였다.

이 연구결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트'에 최근 게재됐으며 물리학 전문 매거진 '피직스 월드'에도 소개됐다.

안아름기자 sebin1215@