국내 연구진이 지하 수십㎞의 상부 맨틀에서 주요 구성암석인 감람석이 고온고압에 놓이면 지진파의 속도와 방향 등에 영향을 주는 격자구조 방향성이 크게 변한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

서울대 지구환경과학부 정해명 교수팀은 21일 지구 내부로 깊이 들어갈 때 발생하는 3만기압(3㎬) 정도의 고압이 맨틀의 60~70% 정도를 차지하는 감람석 격자선호방향(CPO)에 극적인 변화를 일으킨다는 사실을 실험으로 확인했다고 밝혔다.

이 연구결과는 지각판들이 충돌하는 지진 위험대 아래의 맨틀 운동과 지진파 속도 및 방향 등 해석에 큰 영향을 주는 획기적인 연구결과로 '네이처' 자매학술지인 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 22일자 인터넷판에 게재됐다.

지구 내부는 해양지역의 경우 5~10㎞ 두께의 지각과 그 아래 410㎞ 정도의 상부 맨틀로 돼 있다. 맨틀 위에 떠 있는 지각판들이 움직이고 충돌하면서 한 지각판이 다른 지각판 아래로 빨려 들어가는 곳이 일본 근해 같은 지진대가 된다.

상부 맨틀을 이루는 감람석의 격자구조는 일정한 방향성(격자선호방향)을 가지고 있는데 격자선호방향에 따라 지진파 전파방향이 달라지고 전파속도도 20%까지 바뀔 수 있다.

정 교수팀은 이 연구에서 감람석이 지하 70㎞에서 받는 압력인 2.5㎬에서 110㎞에서 받는 3.6㎬ 정도의 압력을 받을 때 감람석 격자선호방향이 갑자기 변한다는 사실을 발견했다.

고온고압 실험 결과 1천300℃에서 감람석에 지하 90㎞에서 받을 수 있는 압력인 3㎬을 가하자 내부 격자선호방향(타입A→타입B)이 갑자기 바뀌었다는 것이다.

정 교수는 "지진파가 방향에 따라 다른 지진파의 비등방성은 맨틀 내부의 지질구조를 밝혀내는 강력한 도구"라며 "이 연구결과는 지진파 가운데 횡파(S파)의 비등방성을 쉽게 설명할 수 있고 지구 내부 구조와 움직임도 새롭게 해석할 수 있게 해준다"고 말했다.