Fig. 1 실험실에서 변형된 olivine crystals (deformed at P = 2 GPa (20,000 atmospheric pressure, equivalent to ~60 km depth) and T = 1573 K). Mineral preferred orientation is used to understand seismic anisotropy of the upper mantle.

Fig.2 수렴대에서 심부 지진이 일어나는 곳

저의 전공을 간략히 소개하자면, 지구내부로 깊이 들어가면 온도와 압력이 높아지는데 우리가 직접 들어 갈 수 없으므로, 실험실에서 고온고압 장비를 사용하여 지구내부에서의 암석과 광물의 변형 및 물성을 연구하여 지구내부 (지각과 맨틀)의 활동을 이해하고, 야외조사와 암석 분석을 통해 지구표면에서 볼 수 있는 암석들이 어떻게 형성되었는지 밝혀내고자 합니다.   즉, 첨단 실험기기를 사용해 실험을 하고, 또한 자연 상의 실제 암석을 최신 기기를 이용해 분석하여 살아 숨쉬는 지구를 올바르게 이해하고자 합니다.   지하 수백 킬로미터 깊이에서의 지진연구는 국내에선 그동안 수행된 바가 없지요. 현재 지진연구자들에게는 지하 깊은 층을 대상으로 실험을 하고, 지진의 ‘깊은 내막’을 규명하는 일이 중요한 과제중의 하나로 남아 있습니다. 지진 연구는 대략, 얕은 층(0~60㎞), 중간 층(60~300㎞), 깊은 층(300~680㎞)으로 나뉘어 이뤄지는데, 사실 중간층 정도만 연구하려 해도 국내엔 장비가 전혀 없었어요.     실험장비를 갖춘 곳은 미국이 열 군데 정도이고, 일본도 몇 군데 되지 않을 정도로 드물다. 다행히 저는 오레곤대, 미네소타대, 예일대, 캘리포니아주립대, 카네기 지구물리 연구소, 미국 내셔널랩 등을 거치면서 이 분야에 대한 연구경험을 축적할 수 있었습니다.   한국에서 우선 실험실과 장비를 갖춘 뒤에 제가 궁극적으로 이루려는 것은 아직 신비에 싸인 세계적으로 유명한 난제들을 밝히는 것 입니다. 상식적으로 본다면, 지하로 조금만 내려가도 압력과 온도가 급격히 상승해 암석이 부드러워져, 그것이 부러져서 일어나는 지진은 쉽지 않을 거라고 여겨지는데, 상상할 수도 없을 만큼의 고압, 고온의 조건에서도 지진은 계속 일어나고 있습니다. 이런 현상은 아직 과학계의 미스테리로 남아 있고, 여러 가설들을 실험을 통해 입증하는 것이 저의 연구목표 중의 하나입니다.   저는 2004년 “네이처“ 지에 발표한 논문에서 새로운 사실을 하나 규명했는데, 1960년대부터 논문발표 전까지만 해도 ‘상 전이 (phase transformation)후 전체 볼륨(volume)이 커 저야 지진이 일어난다’는 가설이 정설처럼 여겨져 왔었습니다. 그런데 저의 논문은  250㎞ 깊이에서도 ‘볼륨에 관계없이 물이 나오면 지진이 일어난다’라는 새로운 사실을 입증했던 바 있습니다.    또 2001년 ”사이언스“ 지에 ‘’ 물의유무’와 ‘스트레스(힘)의 강약’에 따라 감람석의 배열방향이 달라진다’는 것을 제가 밝혀냈는데, 이것이 중요한 이유는 감람석의 배열구조를 통해 지진파의 속도 및 비등방성을 연구할 수 있기 때문이다. 이런 연구에 이어, 앞으로 국내와 세계의 맨틀 상부에서 올라온 암석들을 대상으로 변형구조, 미세구조 등을 연구해서 기존의 실험 결과와 비교 분석하고, 심층구조에서의 지진발생 원인을 밝히고자 합니다.     저는 “실험실을 차리면 국내에선 처음으로 고온-고압 암석변형실험을 할 계획이며, 특히 수렴대에서의 지구 내부의 움직임을 살피고, 또 지진파의 속도에 영향을 줄 수 있는 요인들이 무엇인지 규명하고자 합니다. 실험실을 차리는 동안은 학생과 더불어 미국에 나가서 실험을 할 것입니다.          이제 미국에서 들여온 장비도 설치하여 실험을 하고, 야외조사도 나가서 암석을 가져오고, 곧 후학도 양성해야 할 터인데, 제가하는 분야에 관심이 있는 학생은 상담해 주시면 고맙겠습니다.

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