Seismic Deformation and Landslide Assessment Using Iterative DInSAR Analysis of the 2022 Mw 6.1 Pasaman Earthquake in Indonesia
본 연구는 인도네시아에서 발생한 2022년 Mw 6.1 파사만 지진에 의해 유발된 전지진 및 후지진 수직 변형과 산사태 활동의 시공간적 진화를 재구성하기 위해 다중 센서 지형 공간 데이터와 결eq합된 반복 관측 차분 간섭 합성 개구 레이더(IO-DInSAR) 접근 방식을 활용하며, 이를 통해 지각 활동이 활발한 지역에서 연쇄적인 지진 재해를 모니터링하는 데 있어 해당 방법의 효과성을 입증한다.
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지구는 결코 진정으로 정지해 있는 상태가 아니다. 우리 발밑에서는 판 구조론적 판들이 서로 맞물려 돌아가며 엄청난 에너지를 저장하고 있다가, 지진이라 불리는 갑작스럽고 격렬한 분출을 통해 그 에너지를 방출한다. 거대한 판들이 충돌하는 인도네시아와 같은 곳에서 지면은 단순히 흔들리는 것에 그치지 않고, 종종 이동하거나 기울어지며 균열이 생긴다. 험준한 산악 지형에서 이런 일이 발생하면, 흔들림이 토양을 느슨하게 만들어 2차 재난인 산사태로 이어질 수 있다. 이러한 사건들은 위험하며 예측하기 어려운데, 특히 인간의 눈이 경사면을 쉽게 관찰할 수 없는 외딴 지역에서는 더욱 그러하다. 지형 깊숙한 곳에서 무슨 일이 일어나고 있는지 보기 위해, 과학자들은 레이더를 탑재한 강력한 도구인 위성을 활용해 왔다. 햇빛이 필요한 일반 카메라와 달리, 이 위성들은 마이크로파 신호를 보내 지면에 부딪힌 뒤 다시 우주로 돌아오게 한다. 연구자들은 시간 경과에 따른 이 신호들의 타이밍을 비교함으로써, 지면이 단 몇 밀리미터만 움직였는지도 감지할 수 있으며, 이를 통해 지진 전의 느리고 보이지 않는 지구의 호흡과 지진 후의 혼란스러운 변화를 밝혀낼 수 있다.
2022년 초, 서수마트라의 파사만 지역에 규모 6.1의 지진이 발생했다. 이곳은 이미 험준한 산악 지형과 활발한 단층대로 알려진 곳이다. 흔들림 자체도 상당했지만, 진정한 위험은 그 이후에 나타났다. 탈라마우 산의 경사면을 따라 수천 건의 산사태가 휩쓸고 내려오며 식생을 매몰시키고 공동체를 위협했기 때문이다. 한 연구팀은 이 사건 전후로 지표면이 정확히 어떻게 반응했는지 이해하기 위해 조사를 시작했다. 그들은 단 하나의 스냅샷에 의존하지 않았다. 대신, 그들은 몇 달간의 연속적인 레이더 영상을 촬영하여 지표면의 움직임을 영화처럼 만드는 '반복 관측(iterative observation)'이라는 방법을 사용했다. 실제 수직 운동만을 분리해내는 기술로 이 영상들을 분석함으로써, 그들은 지표면이 놀라운 정밀도로 상승하고 하강하는 것을 추적하며, 지진 전의 응력 축적과 그 이후의 불안정성을 포착할 수 있었다.
연구진은 2월 25일 지진이 발생하기 전 며칠간의 상황에 주목했다. 레이더 영상을 검토하던 중, 그들은 특이한 점을 발견했다. 본진이 발생하기 몇 주 전부터, 향후 진앙지 주변의 지면에서 뚜렷한 변형 패턴이 나타나기 시작한 것이다. 두 시점의 레이더 신호를 비교할 때 나타나는 색색의 띠인 '간섭 무늬(interferometric fringes)'가 조직화되고 강해지기 시작했다. 이러한 패턴은 지진이 일어나는 순간 즉각적으로 나타난 것이 아니라, 꾸준히 성장해 왔는데, 이는 지진이 발생하기 훨씬 전부터 지각 내부에 에너지가 축적되고 있었음을 시사한다. 연구 결과, 이러한 전지진 변형(pre-seismic deformation)은 지진이 발생하기 세 차례의 기간 전인 2022년 1월부터 이미 관찰되었다. 이러한 점진적인 지표 불안정의 발달은 지진을 어떻게 예측할 수 있는지에 대한 새로운 관점을 제공하며, 지진이 격렬한 에너지 방출을 일으키기 훨씬 전부터 지표면의 미세한 움직임을 통해 경고 신호를 보낸다는 점을 시사한다로.
지진이 발생하자 관심은 사후 상황으로 옮겨졌다. 지면의 흔들림이 탈라마우 산의 경사면을 불안정하게 만들었고, 이는 1,200 헥타르 이상의 면적을 덮는 연쇄적인 산사태를 유발했다. 이 재난을 지도화하기 위해 연구팀은 레이더 데이터와 가시광선 및 근적외선 복사를 포착하는 다른 위성의 광학 이미지를 결합했다. 건강한 식생은 근적외선을 강하게 반사하는 반면, 맨땅과 바위는 매우 적게 반사한다. 이 차이를 측정함으로써 연구자들은 나무가 사라진 곳을 즉각적으로 찾아낼 수 있었다. 지면이 흘러내린 구역은 식생의 건강도가 급격히 떨어져 데이터상에서 어둡고 황량한 패치로 나타났다. 이러한 녹색 피복의 손실은 레이더 신호의 '결맞음(coherence)'이 상실된 구역과 완벽하게 일치했는데, 이는 지표면이 너무 급격하게 변하여 위성이 이전 이미지와 동일한 지형 특징을 더 이상 인식할 수 없게 되었음을 의미한다.
또한 연구팀은 잔해물이 얼마나 빠르게 이동했을지 계산했다. 경사면의 가파름과 떨어진 물질의 높이에 물리 법칙을 적용하여, 연구팀은 흘러내리는 흙의 잠재적 속도를 추정했다. 결과에 따르면, 산의 가장 높고 가파른 부분에서 잔해물은 초당 최대 237미터의 속도에 도달할 수 있었다. 이러한 극단적인 속도는 지진으로 인해 토양의 결합력이 상실되었으며, 특히 토양이 자연적으로 느슨하고 지형이 가파른 지역에서 발생했다. 연구진은 폭우가 종종 산사태를 유발하지만, 데이터에 따르면 2022년 2월은 해당 지역에서 가장 건조한 달이었다는 점에 주목했다. 이 발견은 비가 주요 원인이 아님을 입증하며, 지진에 의한 흔들림만으로도 대규모 경사면 붕괴를 일으키기에 충분했음을 확인해주었다.
측정의 정확성을 확보하기 위해 연구팀은 위성 유도 데이터를 상설 관측소의 지상 관측 데이터와 비교했다. 두 데이터 세트는 1센티미터 미만의 오차 범위를 가지며 매우 높은 정밀도로 일치했다. 이러한 검증을 통해 연구진은 자신들의 지면 관측이 단순한 이론적 모델이 아니라 신뢰할 수 있는 현실의 기록임을 확신할 수 있었다. 연구는 반복적인 레이더 분석과 광학 식생 매핑의 결면이 지진 사건의 전체 생애 주기를 이해하는 강력한 방법이라는 결론을 내렸다. 이는 응력의 느린 축적, 격렬한 방출, 그리고 그에 따른 지형의 불안정성을 모두 포착한다. 저자들은 이 방법들을 다양한 지질학적 환경에 맞게 정교화하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 주의를 기울이면서도, 이들의 작업이 지표면이 지속적인 이야기를 들려주고 있음을 보여준다고 강조했다. 지면의 미세한 변화를 읽는 법을 배움으로써, 과학자들은 언젠가 재난이 발생하기 전의 경고 징후를 포착하여, 지진 활동이 활발한 지역에서 대비와 안전을 위한 결정적인 시간을 확보할 수 있을 것이다.
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