2025년 지진의 전 세계 3D 깊이-규모 분포

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Wolfram 블로그–”Global 3D depth-magnitude distribution of 2025 earthquakes” (2025년 12월 22일)
저자 Jeffrey Bryant
원문 게시물
전 세계에서 발생하는 대부분의 지진은 대륙판 경계를 따라 나타납니다. 이는 새로운 해양지각이 생성되는 발산형 판 경계에서 발생하기도 하고, 판의 충돌과 섭입이 이루어지는 수렴형 판 경계에서 발생하기도 합니다. 이와 함께, 지표 아래에서 마그마가 이동하거나 녹으면서 주변 암석을 밀어내고 파괴할 때에도 지진이 발생할 수 있습니다. 다만 이러한 지진은 일반적으로 규모가 작으며, 전 세계적으로 기록 및 분석되는 수준 또한 대규모 지진에 비해 상대적으로 제한적인 경우가 많습니다.
지구의 지각은 여러 개의 판으로 나뉘어 있습니다. 밀도가 높은 현무암질 암석은 철과 마그네슘이 풍부한 무거운 광물로 구성되어 있으며, 해양지각의 대부분을 형성합니다. 반면 대륙지각은 실리콘 함량이 높아 상대적으로 밀도가 낮고, 맨틀 위에 “떠 있는” 형태로 존재합니다. 이러한 판이 서로 밀고 이동하는 과정에서 응력이 축적되며, 결국 어느 지점에선가 그 응력이 해소되면서 지진이 발생합니다. 일반적으로 밀도가 높은 해양지각은 대체로 밀도가 낮은 대륙지각 아래로 섭입됩니다. 이처럼 밀도가 높은 판이 중력에 의해 아래로 끌려 내려가는 현상을 “슬랩 풀”이라고 하며, 이는 판 운동을 주도하는 가장 중요한 원동력 중 하나로 알려져 있습니다. 특히 차갑고 수화된 해양지각이 섭입될 경우, 섭입하는 판 전체와 그에 연결된 대륙지각까지 함께 끌어당기는 효과가 발생합니다. 한편, 대서양 중앙해령과 같은 해령에서는 새로운 해양지각이 형성되면서 “슬랩 푸시”라고 불리는 힘이 작용하지만, 전체적으로 보면 해령에서의 밀어내는 힘보다 섭입대에서의 “슬랩 풀” 효과가 지각 이동을 지배하는 주요 요인으로 작용합니다.
판이 섭입하든, 새로 형성되든, 혹은 서로 맞물린 채 미끄러지든, 이러한 판 운동의 결과로 지진은 필연적으로 발생합니다. 언론 보도에서는 지진을 다룰 때 주로 지표에서 나타나는 피해 양상이나 진앙의 위치에 초점을 맞추는 경우가 많으며, 지진 발생 깊이에 대해서는 상대적으로 언급이 적습니다. 그러나 전 세계의 지진을 발생 깊이까지 포함하여 시각화해보면, 특히 서태평양 지역에서 매우 깊은 지진이 다수 발생하고 있음을 확인할 수 있습니다. 이는 태평양판이 주변의 다른 판 아래로 활발하게 섭입하고 있기 때문입니다. 정리된 지진 데이터를 체계적으로 탐색하면, 지구의 자전과 판 구조의 차이에 따라 지역별 지진 발생 깊이가 어떻게 달라지는지도 보다 명확하게 파악할 수 있습니다.
먼저 2025년에 발생한 규모 2~10의 모든 지진 데이터를 조회합니다.
In[]:=
data=EarthquakeData[All,{2,10},{{2025,1,1},{2025,12,31}}];
이제 조회된 지진의 총 개수를 계산합니다.
In[]:=
Length[data]
Out[]=
27464
전체 데이터에서 지진 규모, 발생 위치 및 깊이 정보를 추출합니다.
In[]:=
props=Lookup[#,{"Magnitude","Position","Depth"}]&/@data;
추출된 위치와 깊이 값은 미터 단위의 Cartesian 좌표로 변환합니다.
In[]:=
triples0={#[[1]],GeoPositionXYZ[#[[2]]][[1]],QuantityMagnitude[#[[3]],"Meters"]}&/@Normal[props][[All,2]];
지진을 0.1 규모 단위로 삼중 항으로 그룹화하고, 깊이 값은 2.5배로 과장하여 표면 위치에서 차감함으로써 해당 규모 범위에서 지진 깊이가 보다 명확하게 시각화되도록 처리합니다.
In[]:=
triples={Round[#[[1]],0.1],#[[2]](Norm[#[[2]]]-2.5#[[3]])/Norm[#[[2]]]}&/@triples0;
또한 조회된 데이터에서 지진 규모의 전체 범위를 계산합니다.
In[]:=
range=MinMax[triples[[All,1]]]
Out[]=
{2.,8.8}
보다 직관적인 공간 기준을 제공하기 위해 전 세계 모든 국가와 그 부속 지역의 경계 폴리곤 데이터를 조회합니다.
In[]:=
polys=EntityValue["Country",GeoVariant["Polygon","AllAreas"]];
이 폴리곤은 3D 선 객체로 변환되며, 원점에서 방사하는 법선을 적용해 구면 좌표계에 맞게 배치합니다.
In[]:=
lines=Line[#[[1]],VertexNormals->#[[1]]]&/@(Flatten[GeoBoundary[polys]/.JoinedCurve->Identity]/.gp_GeoPosition:>GeoPositionXYZ[gp]["Data"]);
지진 데이터 역시 규모별로 그룹화한 뒤, 각 그룹에 크기와 색상을 차등 적용하고 동일하게 원점에서 방사하는 법선을 적용합니다.
In[]:=
points=KeyValueMap[{​​Blend[{StandardRed,StandardYellow,White},Rescale[#,range]],​​PointSize[#^3/20000],​​Point[#2,VertexNormals->#2]​​}&,GroupBy[triples,First->Last]];
이 과정에서 포인트(Point) 원시 객체 수를 26,953개에서 61개로 대폭 줄여 렌더링 시간을 최적화합니다.
In[]:=
Length[points]
Out[]=
61
이러한 모든 요소를 종합하여 3D 그래픽 장면을 구성합니다.
In[]:=
gr=With[{t=3Pi/4},​​Graphics3D[​​{Inset[Graphics[{Gray,Circle[]}],{0,0,0},Automatic,ImageScaled[.952]],points,GrayLevel[.5],lines},Background->Black,Boxed->False,SphericalRegion->True,ViewAngle->Pi/12,Lighting->{AmbientLight[GrayLevel[.1]],DirectionalLight[White,ImageScaled[{0,0,1}]]},ViewPoint->4{Cos[t],Sin[t],0},ImageSize->450​​]]
Out[]=
각 프레임의 렌더링에 충분한 시간을 들인다면, 최종적으로 영상을 생성할 수 있습니다.
In[]:=
AnimationVideo[Show[gr,ViewPoint->4{Cos[t],Sin[t],0},ImageSize->450],{t,0,2Pi},RasterSize->450,DefaultDuration->15]
Out[]=
섭입대는 종종 폭발적인 화산활동과 밀접하게 연관되어 있습니다. 섭입하는 해양지각에 포함된 수화된 광물이 대륙지각 아래로 이동하면서, 그에 포함된 물이 주변 규산염 암석의 용융점을 낮추어 밀도가 낮은 용융 물질이 생성되고, 이는 지표를 향해 상승할 수 있는 조건을 갖추게 됩니다. 이러한 규산염이 풍부한 마그마는 점성이 매우 높고 다량의 가스를 포함하고 있어, 결과적으로 폭발적인 화산 활동을 유발합니다.
시간이 지남에 따라 추가적인 지진이 발생하게 되는데, 이는 시각화된 자료에서 확인되는 지진 군집을 따라 나타날 가능성이 매우 높습니다. 이러한 지진의 가시적 군집은 판 경계의 위치를 명확히 드러내는 지표로 작용합니다. 드물게는 판 내부에서도 지진이 발생할 수 있는데, 이는 때로 맨틀 플룸(mantle plume)의 영향이거나, 오랜 기간 휴면 상태에 있던 고대 단층이 재활성화되면서 생기기도 합니다. 이러한 유형의 지진을 보여주는 대표적인 사례로는 미국 중부 미주리주의 뉴 마드리드(New Madrid) 지진대를 들 수 있습니다. 오래된 단층은 구조적으로 복잡하고 응력 축적 과정이 잘 드러나지 않아 예측이 어렵지만, 발생할 경우 매우 강력하면서도 발생 빈도가 낮은 지진을 일으킬 수 있습니다.
판 경계 인근 지역의 건축 규정에는 빈번한 지진에 대비하기 위한 다양한 내진 설계 요소가 포함되어 있습니다. 반면 판 경계에서 멀리 떨어진 지역에서는 지진 발생 가능성이 낮다는 인식과 비용 절감으로 인해 이러한 안전 장치가 건축 기준에 포함되지 않는 경우가 많습니다. 그러나 만약 강한 지진이 판 경계에서 먼 지역에서 발생할 경우, 건물 붕괴와 기반 시설 손상으로 인한 피해 규모는 오히려 더 커질 수 있습니다. 이는 판 경계에서 멀리 떨어진 대륙지각이 반복적인 지진이나 다른 판과의 마찰로 충분히 파쇄되지 않아 상대적으로 단단한 상태를 유지하고, 그 결과 지진에 의해 발생한 탄성파가 감쇠되지 않고 먼 거리까지 전달되기 때문입니다. 전 세계 지진을 체계적으로 관측하고 분석하는 일은 인간 거주 지역의 토목 공학적 계획 수립에 중요한 정보를 제공할 수 있지만, 현실적으로는 경제성과 단기적인 비용 절감에 초점을 둔 건축 관행이 이러한 과학적 지식을 충분히 반영하지 못하는 경우가 있으며, 이는 단기적으로는 효율적으로 보일 수 있으나 장기적으로는 막대한 인명 및 재산 피해로 이어질 위험을 내포하고 있습니다.

이 노트북 인용 방법

Global 3D depth-magnitude distribution of 2025 earthquakes​
저자 Jeffrey Bryant​
Wolfram 커뮤니티, STAFF PICKS, 2025년 12월 22일
​https://community.wolfram.com/groups/-/m/t/3595292