지진계
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이미지 출처
地震計 / Seismometer, Seismograph
1. 개요
지진을 검사하는 기계로 검진기(檢震器)라고도 말한다.
스마트폰에도 지진계 앱이 존재하지만, 그쪽은 가속도 센서를 이용하는 거지 실제로 지진계랑 연결되지는 않는다.
2. 원리
무거운 추를 공중에 매달아 놓으면 지면이 흔들리더라도 추는 관성에 의해 제자리에 머물러 있으려 하므로 움직이는 추의 위치 변화를 추적하면 지면의 상대적인 움직임을 알 수 있다.
3. 관측 방법
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지진의 파동에는 P파와 S파가 있는데 P파는 진동 방향이 수평이고 S파는 진동 방향이 수직이기때문에 P파가 S파보다 먼저 도착해 기록된다. 이 둘의 속도 차이인 PS시를 이용하여 진앙과 진원까지의 거리를 구할 수 있다. 이 PS시가 길수록 진원과 진앙까지의 거리가 먼 것이다.
수평 지진계는 지면에서 좌우로 흔들리는 지진파를 관측 할 수 있고, 수직 지진계는 상하로 흔들리는 지진파를 관측할 수 있다.
4. 종류
4.1. 수직 지진계
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垂直地震計 / vertical seismograph
이름 그대로 지반의 수직적인 움직임을 측정하는 기구이다.
지진이 일어나는 동안 스프링은 추가 움직이지 않도록 하고, 추는 지진이 일어나는 동안 지반의 움직임에 영향을 받지 않도록 하여 진동의 진폭을 측정할 수 있게 한다. 회전원통이 돌아가면서 그 위의 종이에 지반의 움직임을 기록한다.
4.2. 수평 지진계
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垂平地震計 / horizontal seismograph
지반의 수평적인 움직임을 측정하는 기구이다.
지진이 일어나는 동안 추는 지반에 움직임에 영향을 받지 않도록 하여 진동의 진폭을 측정할 수 있게 한다.
5. 역사
세계 최초의 지진계는 서기 138년, 중국 한나라 때 장형#s-2이 '지동의(地動儀)'라는 이름으로 발명하였다. 후한서 장형전에 의하면 이는 옹기를 거꾸로 뒤집어 놓고 그 옆구리 팔방에 여의주를 문 용 모양의 장식을 붙이고 그 용 모양 장식 앞에 각각 개구리 모양의 장식을 바닥에 둔 것처럼 생겼는데, 지진이 일어나면 그 진원이 위치한 방향에 있는 용이 여의주를 떨어트려 자기 앞에 있는 개구리의 입 속으로 들어가게 한다고 한다. 서기 138년 낙양의 영대(천문대)에 설치된 지동의가 약 500km 거리에 떨어진 감숙성에서 발생한 지진을 감지하였다는 기록이 있다.[1][2] 외양에 대한 묘사만 남아 있고 내부 구조 및 원리에 대한 설명이 남아 있지 않아 정확한 복원이 불가능하며, 현대 학자들이 내부 구조를 추정하여 복원한 모형이 있다.[3] 그러나 지진 발생과 방향만을 알 수가 있어서 오늘날에는 감진기로 본다. 다만 후대의 모든 지진계들이 '지진이 일어나면 무거운 추가 주변 지면보다 덜 흔들린다'는 이 감진기의 기본 원리를 채용했다는 점에서 충분히 의의가 크다.
서양에서의 감진기는 1795년 이탈리아의 박물학자이자 시계 제조업자였던 아스카니오 필로마리노가 발명하였다. 그러나 베수비오 화산이 그의 실험이 신의 뜻을 따르지 않아서 분화했다고 생각한 폭도들에 의해서 베수비오 화산에서 살해당했고 그의 연구실이 불태워지고 감진기도 박살낸 탓에 그의 감진기가 현대까지 전해 내려오지는 않고 복원품만 있다.
보다 정밀하고 엄밀한 의미에서의 지진계는 전기가 발견된 직후인 1856년, 이탈리아인 루이지 팔미에리가 발명하였다. 그는 베수비오화산의 화구 가까이에 있는 관측소 소장으로 재직하면서 수은이 들어있는 관으로 지진발생을 감지하고,다른 장치로 테이프에 지진을 기록하였다. 전기발견 직후에 발명되었으므로 현대 지진계처럼 24시간 연속측정은 할 수 없었다.
현대적인 지진계는 1880년에 영국인 제임스 유잉(James Alfred Ewing, 1855 ~ 1935)과 토머스 그레이(Thomas Lomar Gray, 1850 ~ 1908), 존 밀른[4](John Milne, 1850 ~ 1913)이 일본에서 만들었는데, 스프링이나 기둥 등으로 매달린 정지된 진자의 움직임을 기계적으로 펜에 연동해 종이 그래프에 파동을 기록하도록 하는 방식이 널리 쓰여졌다. 이런 형식은 X,Y,Z 3축에 대해 따로 측정하고 기록하는 방식이었다. 이 방식은 기록펜과 종이의 마찰이 미세하게 존재한다는 단점이 있었고, 20세기 후반에 들어와서는 필름을 통한 감광방식으로 마찰계수를 아예 없앤 방식이 쓰이기도 했다.
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현재는 부품 상당수가 디지털화되었고 센서는 마치 소형 스피커 비슷한 가속도계로 대체되어 감지할 수 있는 진동의 주파수나 최대/최소 진폭의 대역이 매우 넓어졌고, 크기도 매우 컴팩트해졌다. 기록도 디지털 데이터로 보관 전송 표시된다.
6. 여담
2016년 들어 잦은 지진으로 활성단층의 존재가 드러나면서 원전의 공공 지진계에 대한 점검이 대두되고 있다. ''2016년 09월 29일''<연합뉴스>"원전 근처 활성단층 부실 검증…엉터리 지진계가 웬말"