ILLUSTRATION BY GRAHAM MURDOCH
지진의 메커니즘은 간단하다. 팽팽한 힘으로 맞닿아 있던 두 개의 지각 혹은 암반이 힘을 이기지 못해 위·아래로 미끄러지면 억눌려 있던 에너지가 분출되는데 이 에너지의 일부가 지진파를 형성, 지진을 일으킨다. 그러나 그 에너지가 얼마나 지속되는지, 어떻게 소멸되는지는 아직도 베일에 쌓여있다.
최근 이의 파악을 위한 지진 유발 장치가 미국 오클라호마대학에 설치됐다. 이 장치는 두 개의 암석 판이 227㎏의 플라이휠에 의해 뒤틀리면서 지각의 단층에서 일어나는 응력을 재현한다. 미국지질조사소(USGS)의 데이비드 로크너 박사는 이렇게 말한다.
"실험결과, 플라이휠에 의해 암석에 가해지는 에너지의 대다수는 열에너지로 변환되고, 일부는 암석 판이 힘을 이기지 못해 뒤틀리는 순간 암석을 부수는데 쓰여요. 지진을 일으키는 에너지는 전체의 10%도 되지 않아요. 추가실험을 통해 지진의 에너지 변화 양상을 더 정확히 파악한다면 건축물 내진설계기술 발전에 큰 도움이 될 겁니다."
에너지 생성
이 장치의 핵심은 고속회전하면서 에너지를 기계적으로 저장하는 플라이휠이다. 장치 중앙의 축과 연결돼 있는데 0.1초 만에 3,300rpm에 도달하는 100마력급 모터로부터 구동력을 얻는다.
중앙축의 끝에는 직경 10㎝의 원통형 화강암 또는 백운석 두 개가 강한 압력으로 맞닿아 있다. 위쪽의 암석은 고정돼 있으며, 아래쪽 암석은 플라이휠과 동일한 속도로 회전하기 때문에 두 암석 사이에 강한 응력이 가해진다.
암석 내·외부의 센서들이 암석의 변형과 마모, 열 발생을 측정한다.[작은 일러스트 참조] 일례로 적외선 센서와 열전대가 암석의 온도, 속도 센서는 암석의 회전속도를 측정한다.
단층 모방
지진 재현의 첫 단계는 모터를 통해 특정속도로 플라이휠을 회전시키는 것이다. 회전속도에 따라 다양한 규모의 지진을 만들 수 있다. 이후 플라이휠과 모터의 연결을 차단, 플라이휠에 저장된 에너지를 가지고 스스로 회전하도록 한다.
이때 플라이휠과 클러치를 연결하면, 클러치와 결착된 아래쪽 암석이 플라이휠과 동일한 속도로 회전하며 위쪽의 고정된 암석과 마찰을 일으킨다. 이렇게 지각의 단층과 동일환 환경이 조성된다.
회전하는 아래쪽 암석이 운동에너지의 일부를 위쪽 암석에 전달한다. 그리고 서로 마모되기 시작한다. 초소형 지진이 만들어진 것이다.
플라이휠 (fly wheel) 일정한 회전속도를 유지하기 위해 고안된 원형 디스크 모양의 장치.
열전대 (thermocouple) 두 종류의 금속으로 이뤄진 온도 측정 장치. 내구성이 뛰어나 발전소, 제철소 등에서 쓰인다.
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