{{위키데이터 속성 추적}}
{{지진}}
[[파일:Pswaves.jpg|250px|섬네일|위쪽부터, P파, S파, 러브파, 레일리파]]

'''지진파'''(地震波, {{llang|en|seismic wave}})는 [[지구]] 혹은 다른 [[행성]]의 땅밑을 통과하는 [[음향파|음향 에너지]]적인 [[파동]]을 의미한다. 지진파는 [[지진]], [[화산]] 분화, [[마그마]] 이동, 대규모 [[산사태]], 저주파 음향 에너지를 생성하는 대규모 인공 [[폭발]] 등으로 생겨날 수 있다. 지진파는 [[지진학자]]들이 연구하며, 지진학자는 [[지진계]], [[수중 청음기]](하이드로폰), [[가속도계]]를 이용하여 지진파를 기록한다. 지진파는 여러 자연과 인공 지진원에서 발생하는 지속적인 저진폭의 진동인 [[지진배경잡음]]과는 구분된다.

지진파의 [[전파 속도]]는 매질의 [[밀도]]와 [[탄성]], 지진파 유형에 따라 달라진다. 이 전파 속도는 지구의 지각과 맨틀을 통과하면서 깊어지면 더 빨라지는 경향이 있지만, 맨틀에서 지구의 [[외핵]]으로 넘어갈 경우 지진파의 속도가 급격하게 줄어든다.

지진파는 각기 속도가 다른 여러 유형의 파동으로 이루어져 있다. 지진 관측점에서 지진파를 기록하면 각 지진파형별로 서로 다른 [[위상 속도|이동 시간]]으로 도착하는 모습을 볼 수 있는데 이를 통해 지진의 [[진원]]을 찾는데 도움이 된다. 또한 [[지구물리학]]에서 지진파의 [[굴절]]이나 [[반사]] 현상을 관측하여 [[지구의 구조]]를 추정한다. 과학자들은 지구 내부 얕은 곳의 구조를 파악하기 위해 인공적인 폭발로 지진파를 만들어 이를 관측한다.

== 유형 ==
지진파의 유형은 크게 지구 내부를 통과하는 실체파(實體派, Body wave)와 지구 표면에만 전달되는 [[표면파]](表面波, Surface wave)로 나뉜다.<ref name=Shearer2009ch8>{{harvnb|Shearer|2009|loc=Chapter 8}} (Also see [http://mahi.ucsd.edu/shearer/errata.html errata] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131111191407/http://mahi.ucsd.edu/shearer/errata.html |date=2013-11-11 }})</ref>{{rp|48–50}}<ref name="SteinWysession2009">{{서적 인용|author1=Seth Stein|author2=Michael Wysession|title=An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure|date=1 April 2009|publisher=John Wiley & Sons|isbn=978-14443-1131-0}}</ref>{{rp|56–57}}

또한 본 문서에는 설명한 것과 다른 기타 파동 전달 방식도 존재하는데, 지구 내에 흐르는 지진파의 경우 그 중요도가 낮지만 [[성진학]]에서의 경우 매우 중요하다.
* 실체파는 지구 내부를 통과하며 이동한다.
* 표면파는 지표면을 가로질러 이동한다. 표면파는 3차원 상의 공간을 이동하는 실체파에 비해 거리에 따른 감쇠 정도가 더 느리다.
* 표면파의 입자운동(Particle motion)은 실체파보다 훨씬 커서 표면파가 더 큰 피해를 입히는 경향이 있다.

=== 실체파 ===
[[파일:Seismic velocity profile.png|250px|섬네일|지구의 깊이에 따른 각 지진파 속도를 그린 그래프이다.<ref name=Helffrich>{{저널 인용|journal=Nature |year=2002 |volume=412 |issue=2 August |title=The Earth's mantle |author1=G. R. Helffrich |author2=B. J. Wood |pages=501–7 |name-list-style=amp |url=http://rallen.berkeley.edu/teaching/F04_GEO302_PhysChemEarth/Lectures/HellfrichWood2001.pdf |archive-url=https://web.archive.org/web/20160824163306/http://rallen.berkeley.edu/teaching/F04_GEO302_PhysChemEarth/Lectures/HellfrichWood2001.pdf |archive-date=24 August 2016 |url-status=live |publisher=Macmillan Magazines |doi=10.1038/35087500 |pmid=11484043|s2cid=4304379 }}</ref> 외핵은 액체이기 때문에 S파가 가지 못해 지진파의 속도가 0이 되어 사라지며, 각 구조에 따라 밀도와 온도, 상의 변화로 P파의 속도가 계속 달라진다.]]
[[파일:Seismic wave travel through Earth.png|250px|섬네일|지진파 중 실체파는 지구 맨틀과 핵을 향해 이동한다. 하지만 S파는 [[액체]] 상태인 외핵을 통과할 수 없기 때문에 진원과 먼 곳은 닿지 않는 일종의 '그림자'가 만들어진다. P파는 핵을 통과할 수 있지만 핵을 통과하면서 P파가 굴절하여 일부 구역에는 P파조차 닿지 않는 일종의 그림자인 암영대가 만들어진다.]]

실체파는 지구 내부를 통해 전파되는 지진파이며, 그 경로는 매질의 [[밀도]]와 [[영률]]에 따라 결정된다. 매질의 밀도와 영률은 온도와 암반 성분, 물질의 상에 따라 달라진다. 이 현상은 [[전자기파]]의 [[굴절]]과 비슷하다. 두 유형의 입자운동이 두 가지 유형의 실체파를 만들어낸다. 각각 [[P파]](Primary wave)와 [[S파]](Secondary wave)이다. 이 두 파동의 구분은 1830년 프랑스의 수학자인 [[시메옹 드니 푸아송]]이 처음으로 규정했다.<ref>{{저널 인용|last1=Poisson |first1=S. D. |title=Mémoire sur la propagation du mouvement dans les milieux élastiques |journal=Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut de France |date=1831 |volume=10 |pages=549–605 |url=https://www.biodiversitylibrary.org/item/55253#page/789/mode/1up |trans-title=Memoir on the propagation of motion in elastic media |language=fr}}</ref>

실체파는 표면에 도달하게 되면 밖으로 전파되지 않고 다시 반사되어 지구 내부로 되돌아온다. 이 때 표면으로 올라오는 파와 반사되어 되돌아오는 파들이 서로 겹치는데 이 때 표면파가 생성된다.{{sfn|이기화|2016|p=104}}

==== P파 ====
{{본문|P파}}

P파는 [[종파 (물리학)|종파]]이며 압력파인 성질을 가지고 있다. P파는 지구를 통과하는 그 어떤 지진파보다도 빠르게 이동하여 지진 관측소에 제일 먼저 도달하는 파동이기 때문에 영어로 첫번째라는 뜻을 가진 "Primary"가 붙여져 P파가 되었다.<ref name="John">{{서적 인용|last=Milsom|first=J.|title=Field Geophysics|publisher=John Wiley and Sons|year=2003|series=The geological field guide series|volume=25|page=232|isbn=978-0-470-84347-5|url=https://books.google.com/books?id=T7CKj8bqVlwC&pg=PA179|access-date=2010-02-25}}</ref> P파는 유체를 포함한 모든 유형의 물질을 통과할 수 있으며, S파보다 평균 1.7배 더 빠르게 이동한다. [[공기]] 중에서는 음파의 형태를 띄기 때문에 [[음속]]의 속도로 이동한다. 평균 속도는 공기 중에서 330 m/s, 물 속에서 1,450 m/s이며 [[화강암]] 내부에서는 약 5,000 m/s이다.<ref>{{웹 인용|title=Acoustic Logging |date=2011-12-12 |department=Geophysics |publisher=U.S. Environmental Protection Agency |url=http://www.epa.gov/esd/cmb/GeophysicsWebsite/pages/reference/methods/Borehole_Geophysical_Methods/Logging_Techniques_and_Tools/Acoustic_Logging.htm |access-date=2015-02-03}}</ref> 지구에서는 지각을 평균 5-8 km/s의 속도로, 하부 맨틀에서는 약 13.5 km/s, 내핵에서는 11 km/s의 속도로 이동한다.<ref>{{저널 인용|last1=Dziewonski |first1=Adam M. |last2=Anderson |first2=Don L. |year=1981 |title=Preliminary reference Earth model |journal=Physics of the Earth and Planetary Interiors |volume=25 |issue=4 |pages=297–356 |doi=10.1016/0031-9201(81)90046-7 |bibcode=1981PEPI...25..297D}}</ref>

==== S파 ====
{{본문|S파}}

S파는 [[횡파]]이며 전단파인 성질을 가지고 있다. 지진 발생 후 S파는 가장 빠르게 이동하는 P파에 이어 지진 관측소에 도착해 전파 방향에 수직인 방향으로 지반을 변위시킨다.<ref>[https://earthquake.usgs.gov/learn/glossary/?term=S%20wave S wave] US Geological Survey</ref> 전파 방향에 따라 파의 표면 운동 특성이 달라질 수 있는데, 예를 들어 수평 방향으로 편광된 S파의 경우 지면이 한쪽으로 이동하다가 번갈아 가며 다른 쪽으로 이동하는 양상을 보인다. 또한 유체([[액체]]와 [[기체]])에서는 [[전단응력]]이 존재하지 않기 때문에 S파는 고체를 통해서만 이동할 수 있다.<ref>{{저널 인용|last1=Greenwood|first1=Margaret Stautberg|last2=Bamberger|first2=Judith Ann|date=August 2002|title=Measurement of viscosity and shear wave velocity of a liquid or slurry for on-line process control|journal=Ultrasonics|volume=39|issue=9|pages=623–630|doi=10.1016/s0041-624x(02)00372-4|issn=0041-624X|pmid=12206629}}</ref><ref>{{웹 인용|url=https://www.researchgate.net/post/Do_viscous_fluids_support_shear_waves_propagation|title=Do viscous fluids support shear waves propagation?|website=ResearchGate|language=en|access-date=2019-12-06}}</ref>

S파는 P파보다 속도가 느리며, 일반적으로 특정 매질에 대해 S파의 속도는 P파의 약 60%에 해당한다. 전단파는 액체 매질을 통과할 수 없으므로, 지구 외핵에 S파가 없다는 것은 외핵이 액체로 이루어져 있다는 말도 된다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.burkemuseum.org/static/earthquakes/cur-seismic.html|title=Seismic Waves|publisher=Burke Museum of Natural History and Culture|access-date=March 24, 2019}}</ref>

==== T파 ====
T파는 P파, S파에 이어 3번째로 오는 파동(Tertiary wave)라는 뜻으로, 해수의 [[소파 채널]]이라고 불리는 저속층을 통과하는 파동이기 때문에 해저지진게나 해수면과 매우 가까운 지진 관측소에서 관측되는 경우가 많다. 전파 속도는 약 1.5 km/s로 물 속에서의 음파 속도와 동일하다.<ref>[http://www.zisin.jp/pdf/nf-vol75.pdf 日本地震学会広報誌「なゐふる」Vol.75] {{웨이백|url=http://www.zisin.jp/pdf/nf-vol75.pdf |date=20160304211643 }} 日本地震学会</ref> 비교적 [[진원 깊이]]가 얕은 해저지진 뿐 아니라 깊이 300 km 이상의 [[심발지진]]에서도 T파가 발생한다.

T파의 관측 사례로는 2008년 7월 24일 발생한 [[이와테현 연안북부 지진]](M6.8) 발생 약 50분 후 지속시간이 길고 특정한 위상을 갖지 않은 지진동이 [[도호쿠 지방]]에서 광범위하게 관측되었는데 이 진동은 T파가 진원에서 동쪽으로 약 2,000-2,500 km 떨어진 [[하와이-엠페러 해저산열]]에서 반사되어서 들어온 것으로 확인되었다.<ref>{{PDFlink|[http://wwweic.eri.u-tokyo.ac.jp/viewdoc/scat2010/18KosugaHashimoto2010.pdf 小菅正裕、橋本一勲：高密度地震観測網で明らかになったT波エネルギーの局在化とその原因] 研究集会 「リソスフェアの短波長不均質性のイメージングとモニタリングに関する研究の高度化}}</ref> 또한 [[2017년 포항 지진]] 당시에도 [[수중글라이더]]에 있는 하이드로폰을 통해 주파수 약 10 Hz의 T파를 관측했다.<ref>{{저널 인용 |url = https://www.mdpi.com/2076-3417/9/18/3860 |제목 = Tertiary Waves Measured during 2017 Pohang Earthquake Using an Underwater Glider |저자1 = Jung-Han Lee |저자2 = Sung-Hyub Ko |저자3 = Seom-Kyu Jung |저자4 = Jong-Wu Hyeon |저널 = Applied Science |언어 = |권 = 9 |호 = 18 |쪽 = 3860 |날짜 = 2019-09-14 |확인날짜 = 2023-06-14 |doi = 10.3390/app9183860}}</ref>

=== 표면파 ===
표면파란 [[지표면]]을 통해 이동하는 지진파를 말한다. 표면파는 [[표면파|기계적 표면파]]의 일종으로 말할 수 있다. 지표면에서 멀어질수록 표면파의 세기는 급격하게 감소하기 때문에 표면파라고 부른다. 표면파는 P파나 S파와 같은 실체파보다 훨씬 느리게 이동한다. 큰 규모의 지진에서는 표면파의 [[진폭]]이 수 cm에 달할 수도 있다.<ref>{{서적 인용|author1=Sammis, C.G.|author2=Henyey, T.L.|title=Geophysics Field Measurements|url=https://books.google.com/books?id=mOaUVakFYwkC&pg=PA12|date=1987|publisher=Academic Press|isbn=978-0-08-086012-1|page=12}}</ref>

==== 레일리파 ====
{{본문|레일리파}}

레일리파는 그라운드 롤(ground roll)이라고도 부르며, 수면 위의 [[파도]]와 비슷하게 지표면을 잔물결처럼 이동하는 파동이다. 레일리파의 존재는 1885년 영국의 물리학자인 [[제3대 레일리 남작 존 윌리엄 스트럿]](레일리 경)이 처음으로 밝혀냈다.<ref>{{저널 인용|last1=Rayleigh |first1=Lord |title=On waves propagated along the plane surface of an elastic solid |journal=Proceedings of the London Mathematical Society |date=1885 |volume=17 |pages=4-11 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.$b671850&view=1up&seq=11}}</ref> 레일리파는 실체파보다 느리게 이동하며, 일반적인 균질한 탄성매질에서 실체파인 S파의 속도와 비교할 경우 대략 90%의 속도로 깊이 100 m 미만의 지표면에서는 대략 50–300 m/s의 속도로 이동한다. 지각과 [[상부 맨틀]]과 같이 층이 존재하는 매질에서의 레일리파 전파 속도는 그 [[주파수]]와 [[파장]]에 따라 달라진다. [[램파]]도 같이 참고할 수 있다. 레일리파는 전파될 때 지면이 수직으로 타원운동을 하며, 지면의 운동 방향은 전파 방향과 반대이다.{{sfn|이기화|2016|p=105}}

==== 러브파 ====
{{본문|러브파}}

러브파는 일종의 [[편광|수평 편광]]된 [[S파|전단파]]파(SH파)로, 유한한 두께의 상층이 겹쳐진 일종의 [[반무한]]적 매질이 있을 때만 존재하는 파동이다.<ref>{{서적 인용|last1=Sheriff |first1=R. E. |last2=Geldart |first2=L. P. | year=1995 | title=Exploration Seismology |edition=2nd | publisher=Cambridge University Press | isbn=0-521-46826-4 |page= 52}}</ref> 러브파는 1911년 수학적 모델을 제시한 영국의 수학자인 [[어거스터스 에드워드 휴 러브]]의 이름을 따서 지어졌다.<ref>{{서적 인용|last1=Love |first1=A.E.H. |title=Some problems of geodynamics; … |date=1911 |publisher=Cambridge University Press |location=London, England |pages=144-178 |url=https://archive.org/details/cu31924060184367/page/n179/mode/2up}}</ref> 러브파는 보통 레일리파보다 약간 빠르게 이동하며, S파의 약 90%의 속도로 이동하고 진폭이 가장 크다. 러브파는 전파될 때 지면이 전파 방향에 직각으로, 오직 수평으로만 진동한다.{{sfn|이기화|2016|p=104}}

==== 스톤리파 ====
{{본문|스톤리파}}

스톤리파는 고체와 유체 사이의 경계를 따라 전파되거나, 특정 조건에서 고체-고체 경계를 따라 전파되는 경계파, 혹은 계면파의 일종이다. 스톤리파의 진폭은 접촉한 두 매질 사이에서 최대값을 가지며 경계에서 멀어질수록 기하급수적으로 진폭이 낮아진다. 스톤리파는 유체로 채워진 [[착정]]벽을 따라 생성될 수 있는데 이는 [[수직 지진 탐지기]](VSP)에서 발견되는 일관적인 지진배경잡음의 원천이자 [[음파검층]]의 저주파 성분에 해당한다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=Stoneley%20wave |title=Schlumberger Oilfield Glossary. Stoneley wave. |access-date=2012-03-07 |archive-date=2012-02-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120207002631/http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=Stoneley%20wave |url-status=dead }}</ref> 스톤리파에 대한 방정식 해는 케임브리지 대학의 지진학과 명예교수인 로버트 스톤리가 처음으로 제시했다.<ref>{{저널 인용| last = Stoneley | first = R. | title = Elastic waves at the surface of separation of two solids | journal = Proceedings of the Royal Society of London A | volume = 106 | issue = 738 | pages = 416–428 | date = October 1, 1924}}</ref><ref>[http://www.geolsoc.org.uk/gsl/pid/5825;jsessionid=B80DF900AFFC974028AEFB7138FB1BDF Robert Stoneley, 1929 – 2008.. Obituary of his son with reference to discovery of Stoneley waves.]</ref>

==== 자유진동 ====
{{본문|지구자유진동}}
[[파일:Fundametal toroidal oscillation Earth.gif|250px|섬네일|한번에 두 가지 운동이 발생하는 대표적인 트위스트 모드 진동인 <sub>0</sub>T<sub>1</sub> 상태 자유진동의 모습.]]

지구자유진동은 일종의 [[정상파]]로, 서로 반대방향으로 이동하는 두 표면파가 만나며 서로 간섭해서 발생하는 결과이다. 레일리파의 간섭은 구형진동 S를, 러브파의 간섭은 환상형진동 T를 만들어낸다. 여기서 자유진동의 모드(mode)는 <sub>n</sub>S<sub>l</sub><sup>m</sup>와 같이 3개 계수로 구분할 수 있는데, 여기서 l은 각차수(혹은 [[구면 조화 함수|구면 조화]] 정도), m은 방위각차수이다. 이 값은 −''l''에서 +''l''까지  2''l''+1의 값을 가질 수 있다. n은 원심각차수이다. 이는 구 반경에 n개의 마디가 존재하는 파동이라는 의미이다. 구대칭인 지구의 경우에는 주어진 n과 l의 주기가 m과 관련이 있지 않다.<ref name=Shearer2009ch8/>

구형 자유진동의 대표적인 예로는 지구 전체가 팽창과 수축을 반복하며 주기가 약 20분인 호흡모드 혹은 풍선모드 <sub>0</sub>S<sub>0</sub>과, 두 방향을 번갈아가며 늘어났다 줄어들었다를 반복하는 주기 약 54분의 럭비모드 혹은 풋볼모드 <sub>0</sub>S<sub>2</sub>가 있다. <sub>0</sub>S<sub>1</sub> 모드의 경우에는 지구 무게중심의 변화를 수반하는 외력이 필요하기 때문에 지진만으로는 발생하지 않는다.<ref name=Shearer2009ch8/>

기본 환상형 자유진동 모드 중 <sub>0</sub>T<sub>1</sub>은 지구 자전속도의 변화를 말하지만 그 변화속도는 굉장히 느리기 때문에 일반적인 지진학에서는 큰 의미를 가지지 않는다. 트위스트모드 <sub>0</sub>T<sub>2</sub> 모드는 북반구와 남반구가 서로에 대해 비틀어지는 운동으로 주기는 약 44분이다.<ref name=Shearer2009ch8/>

지구자유진동을 처음으로 확실하게 관측한 지진은 1960년 [[1960년 발디비아 지진|칠레 발디비아 지진]]([[모멘트 규모]] M<sub>w</sub> 9.5)이다.{{sfn|이기화|2016|p=142}} 현재는 수천 가지 주기를 가진 특유의 자유진동을 발견했으며 이런 자유진동 데이터는 지구 내부의 큰 구조를 이해하는 데 사용된다.<ref name=Shearer2009ch8/>

=== 코다파 ===
[[파일:Seismogram.gif|250px|섬네일|지진계에서 관측한 지진파의 모습. 녹색선의 S파 도달 이후에 매우 강력한 진동을 관측한 이후에도 뒤에 길게 작은 진폭의 코다파가 관측된다.]]

진원과 진앙거리가 200 km 미만인 가까운 거리에서 관측한 지진<ref name="coda">{{서적 인용|title=基礎地球科學上|last=|first=|publisher=全華出版社|year=2014|isbn=|editor-last=王|editor-first=-{乾盈}-|edition=教師手冊|location=新北市|pages=|at=|language=zh}}</ref>에서 S파 뒤에 관측되는 지진파는 표면파가 아니라 코다파(Coda Wave)에 해당한다. 코다파는 지구 내부의 국지적인 불균일성으로 지진파가 [[산란]]되어 발생하는 지진파이다.<ref name="coda7">{{저널 인용|title=地震學百科知識（十二）── 地震波散射|last1=吳|first1=如山|last2=谢|first2=小碧|url=https://websites.pmc.ucsc.edu/~xie/papers/WU_XIE_2014_Seismic_scattering.pdf|journal=國際地震動態|issue=6|doi=|others=|year=2014|series=426|volume=|page=31-36|language=zh |pmid=|author=|access-date=2019-01-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20190113150042/https://websites.pmc.ucsc.edu/~xie/papers/WU_XIE_2014_Seismic_scattering.pdf|archive-date=2019-01-13|dead-url=no}}</ref>

지구 내부는 일반적으로 균질하지만 국지적으로는 밀도가 매우 높거나, 혹은 낮은 지역이 불균일적으로 분포하는 지역이 나타날 수 있으며 이런 불균일성은 지표면에 가까워질수록 심해진다.<ref name="coda" /> 지진파가 전파되면서 이런 불균일 지역에 닿게 되면 서로 상호작용하면서 산란 현상이 발생하는데, 이 과정에서 발생하는 후속파를 코다파라고 부른다. 코다파의 길이는 지진파가 [[열에너지]]로 소산되는 정도와 관련이 있다. 예를 들어 [[달]]에서 발생하는 [[월진]]의 경우 [[강성]]이 낮고 열에너지로 소산되는 정도가 적기 때문에 코다파의 길이가 매우 길다.<ref name="coda" />

지진학 연구 초창기에는 지진을 관측할 때 코다파를 배경소음으로 간주하는 경우가 많았다. 일본의 지진학자인 [[아키 게이티]](安藝敬一)가 처음으로 코다파를 분류하고 이를 응용하기 시작했다.<ref name="coda7" /> 지진파에서 이렇게 이질적인 코다파 연구를 통해 특정 지역의 지질을 연구하는 데 사용할 수 있다.<ref>{{저널 인용|title=Coda waves: A review|last=Herraiz|first=Miguel|last2=Espinosa|first2=A. F.|url=https://www.researchgate.net/publication/226708820_Coda_waves_A_review|journal=Pure and Applied Geophysics|issue=4|doi=10.1007/BF00879572|others=|year=1987|volume=125|page=499-577|pmid=|access-date=2019-01-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20190107233340/https://www.researchgate.net/publication/226708820_Coda_waves_A_review|archive-date=2019-01-07|dead-url=no}}</ref> 진원 거리가 200-300 km인 지진일 경우 S파 뒤의 코다파를 종종 S코다파(S-Coda)로, P파 뒤의 코다파를 P코다파(P-Coda)라고 부른다.<ref name="coda7" />

=== 지구 맨틀과 핵에서의 P파와 S파 ===
{{참고|암영대}}

지진이 발생할 경우 [[진원]] 인근의 지진계에서는 P파와 S파 모두를 기록할 수 있지만, 이보다 더 먼 거리에 있는 지진계는 더 이상 최초의 S파 고주파를 감지할 수 없다. 다시 말해 S파는 진원지로부터 104°(약 11,570 km 거리) 떨어져 있는 곳에서부터는 이를 감지할 수 없다.<ref name=":S3">{{웹 인용|title=Why can't S-waves travel through liquids?|url=https://www.earthobservatory.sg/faq-on-earth-sciences/why-cant-s-waves-travel-through-liquids|access-date=2021-12-10|website=Earth Observatory of Singapore|language=en}}</ref><ref name=":S4">{{저널 인용|last1=Greenwood|first1=Margaret Stautberg|last2=Bamberger|first2=Judith Ann|date=August 2002|title=Measurement of viscosity and shear wave velocity of a liquid or slurry for on-line process control|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0041624X02003724|journal=Ultrasonics|language=en|volume=39|issue=9|pages=623–630|doi=10.1016/S0041-624X(02)00372-4|pmid=12206629 }}</ref> 이 현상은 전단파가 액체를 통과할 수 없기 때문에 발생하는 현상으로, [[리차드 딕슨 올덤]]은 지구 내에 액체 [[외핵]]이 존재함을 증명했다. 또한 P파의 경우에도 지구 외핵과의 반사와 굴절로 인해 104°에서 140° 사이 지역(대략 11,570-15,570 km 거리)에서는 감지되지 않으며, 이 때문에 지진이 발생했음에도 지진을 감지할 수 없는 영역을 지구의 [[암영대]]라고 부른다.<ref name=":p0">{{웹 인용|title=CHAPTER 19 NOTES Earth's (Interior)|url=https://uh.edu/~geos6g/1330/interior.html|access-date=2021-12-10|website=uh.edu}}</ref><ref name=":p1">{{웹 인용|title=Earthquake Glossary|url=https://earthquake.usgs.gov/learn/glossary/?termID=170&alpha=S|access-date=2021-12-10|website=earthquake.usgs.gov}}</ref> 이후에는 잉게 레만이 P파 암영대 사이인 110° 정도의 영역에서 내핵의 반사로 인해 P파가 일부 약하게 도달할 수 있음을 발견했다.{{sfn|이기화|2016|p=136-137}}

== 표기법 ==
[[파일:Earthquake wave paths.svg|250px|섬네일|지진파의 지구 내 파선도]]

진원에서 관측지점 사이까지 지진파가 이동하는 경로는 파선도(ray diagram)로 그릴 수 있다. 대표적인 예시로 오른쪽 그림이 있다. [[반사]]를 고려할 경우 두 점 사이에 지진파가 이동할 수 있는 경로는 무한히 많다. 여기서 각 지진파의 경로는 지구를 통과하는 궤적과 위상을 나타내는 일련의 문자로 이름을 매겨 붙일 수 있다. 일반적으로 대문자는 투과파를, 소문자는 반사파를 나타낸다. 하지만 이 표기의 예외로 g, n이 있다.<ref>The notation is taken from {{서적 인용|last1=Bullen |first1=K.E. |title=An introduction to the theory of seismology |last2=Bolt |first2=Bruce A. |date=1985 |publisher=Cambridge University Press |isbn=978-0521283892 |edition=4th |location=Cambridge}} and {{서적 인용|title=International handbook of earthquake and engineering seismology. |date=2002 |publisher=Academic Press |isbn=9780080489223 |editor-last1=Lee |editor-first1=William H.K. |editor-link=William H. K. Lee |location=Amsterdam |editor-last2=Jennings |editor-first2=Paul |editor-last3=Kisslinger |editor-first3=Carl |editor-last4=Kanamori |editor-first4=Hiroo |display-editors=3}}</ref><ref>{{웹 인용|last1=<!-- Staff writer --> |title=IASPEI standard phase list |url=http://www.isc.ac.uk/standards/phases/ |publisher=International Seismological |access-date=7 April 2019}}</ref>
{| class="wikitable"
| c || 외핵에서 반사된 파
|-
| d || 깊이 d의 불연속면에서 반사된 파
|-
| g || 지각만 통과한 파
|-
| i || 내핵에서 반사된 파
|-
| I || 내핵의 P파
|-
| h || 내핵의 불연속면에서 반사된 파
|-
| J || 내핵의 S파
|-
| K || 외핵의 P파
|-
| L || 러브파, LT파라고도 부름(전부 대문자이며 Lt파는 다른 파임)
|-
| n || 지각과 맨틀 사이 경계를 따라 이동하는 파
|-
| P || 맨틀의 P파
|-
| p || 진원에서 표면으로 올라오는 P파
|-
| R || 레일리파
|-
| S || 맨틀의 S파
|-
| s || 진원에서 표면으로 올라오는 S파
|-
| w || 해저 표면에서 반사된 파
|-
| || 표면에서 파가 반사될 경우에는 문자를 쓰지 않음
|}

예를 들어,
* '''ScP'''파는 지구 중심을 향해 S파 형태로 이동하는 파동이다. 외핵에 도달해서 이 파동은 P파로 반사되었다.
* '''sPKIKP'''파는 지표면을 향해 이동하는 S파이다. 표면에서 P파로 반사된 후 이 P파가 외핵, 내핵, 외핵, 맨틀을 통과해 이동했다.(P파가 내핵에 입사해 S파로 상전환해 내핵을 통과한 후 다시 P파로 상전환해 외핵을 통과하는 현상이 발견되어 가능한 파동이다.{{sfn|이기화|2016|p=137}})

일부 약어도 존재한다. PKJKP(내핵을 통과해 반대편에 도달한 P파)는 P1′로, PKP(외핵을 통과해 반대편에 도달한 P파)는 P2′라고 부른다.{{sfn|이기화|2016|p=139}}

== P파와 S파의 전환 ==
{{참고|전환파 분석}}

지진이 발생하면 지진파가 땅 속 깊은 곳으로 방출된다. 지진파가 매질의 불연속면(고체-액체인 맨틀과 외핵의 계면)을 통과할 때 지진파로 유발된 [[질점]]의 진동 방식이 전환될 수 있다. 불연속성이 특히 뚜렷한 지역에서는 진동 방식의 변화가 매우 뚜렷해 종파의 일부가 횡파가 되고, 횡파의 일부가 종파가 될 수 있다.<ref name="ProbertRobinson2013">{{콘퍼런스 인용|doi=10.4043/11982-MS|others=|location=Houston, Texas|first1=T.|last2=Robinson|first2=J.P.|date=2000-05-01|last3=Ronen|first3=S.|last4=Hoare|first4=R. |last5=Pope|first5=D.|last6=Kommedal|first6=J.|last7=Crook|first7=H. |last8=Law|first8=A.|last1=Probert |isbn=978-1-55563-918-1 |conference=Offshore Technology Conference|title=Imaging Through Gas Using 4-Component, 3D Seismic Data: A Case Study From The Lomond Field}}</ref> 이 결과 발생한 파동을 전환파(Converted-wave)라고 부른다.

지구 내부에서 가장 중요한 불연속면은 고체인 맨틀과 액체인 외핵의 경계인 [[구텐베르크 불연속면]], 외핵과 고체인 내핵의 경계인 [[레만 불연속면]]이다. 지진파 중에 S파는 횡파이기 때문에 액체인 외핵에서는 S파가 존재할 수 없으며, 지진파가 그 아래쪽으로 전파되러면 S파가 무언가에서 무로 변환된 다음 무에서 다시 유로 변환되어야 한다. 이 경우 모든 에너지 전달은 P파가 S파의 모든 에너지를 전달받는 C파로 변환되어야 한다.<ref name="ProbertRobinson2013" />

C파 전이를 설명은 다음과 같다. P파가 이동하다가 다른 매질과의 계면을 만나면 수직으로 입사된 게 아닌 이상 어느 정도는 계면 질점이 수직 방향과 수평 방향 양쪽으로 움직인다. S<sub>H</sub>파(수평 S파)의 질점 운동은 계면 통과 이후에도 변하지 않지만, S<sub>V</sub>파(수직 S파)의 질점 운동은 다시 계면을 만난다면 질점운동이 다시 수직으로 변하므로 P파와 동일하다고 볼 수 있다. 따라서 지진파가 지하로 갈 때 P파가 S파가 되거나, S파가 P파가 될 수 있다.<ref>{{저널 인용|title=Theoretical Amplitudes of the Seismic Phase PKJKP|author=|last=Bullen|first=K. È.|journal=Geophysical Journal International|issue=s3|doi=10.1111/j.1365-246X.1951.tb06275.x|others=|year=1951|volume=6|page=163-167|pmid=}}轉引自{{웹 인용|url=http://webarchive.ncl.edu.tw/archive/disk36/88/96/53/55/19/201202093015/20160109/web/pansci.a/archives/49755.html|title=穿越的地震波，怎麼會轉性了？|accessdate=2019-04-05|author=潘昌志|date=2013-10-25|publisher=泛科學|archive-url=https://web.archive.org/web/20190128034715/http://webarchive.ncl.edu.tw/archive/disk36/88/96/53/55/19/201202093015/20160109/web/pansci.a/archives/49755.html|archive-date=2019-01-28|dead-url=no}}</ref>

이러한 지진파의 상호변환은 [[지구물리학]]적으로 큰 의미를 가진다. 지구의 외핵은 액체이기 때문에 지각에서 들어오는 S파는 이 외핵 장벽을 통과할 수 없지만 과학자들은 지구 내핵에서 S파가 활동한다는 징후를 감지했다. 일반적으로는 이런 S파는 외핵과 내핵 경계에서 P파가 전환되어 형성된 S파라는 이론이다. 하지만 P파에서 SV파로, 다시 P파로 전환되는 과정에서 에너지 감쇠가 매우 커서 이 이론의 타당성을 측정하고 증명하는 방법에 대해서 지진학자 사이에서 논쟁이 계속되고 있다.<ref name=":11">{{웹 인용|url=http://webarchive.ncl.edu.tw/archive/disk36/88/96/53/55/19/201202093015/20160109/web/pansci.a/archives/49755.html|title=穿越的地震波，怎麼會轉性了？|accessdate=2019-01-27|last=潘|first=昌志|date=2013-10-25|publisher=PanSci 泛科學|work=webarchive.ncl.edu.tw|language=zh-tw|archive-url=https://web.archive.org/web/20190127153005/http://webarchive.ncl.edu.tw/archive/disk36/88/96/53/55/19/201202093015/20160109/web/pansci.a/archives/49755.html|archive-date=2019-01-27|dead-url=no}}</ref>

== 주시곡선 ==
{{참고|주시곡선}}
[[파일:Travel-time-curve_jp.svg|250px|섬네일|주시곡선의 모습. 빨간선이 통과파이고 파란선이 굴절파이다.]]

주시곡선(走時曲線)이란 지진이 발생한 뒤 지진파의 전파 거리와 그 시간과의 함수 관계를 나타내는 곡선이다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.scienceall.com/주시-곡선travel-time-curve/|제목=주시 곡선(travel time curve) 과학문화포털 사이언스올|성=관리자|이름=사이언스올|언어=ko-KR|확인날짜=2021-05-27}}{{깨진 링크|url=https://www.scienceall.com/%EC%A3%BC%EC%8B%9C-%EA%B3%A1%EC%84%A0travel-time-curve/ }}</ref> 이를 이용하면 [[지구]]의 내부 구조를 아는 단서를 얻을 수 있다.{{sfn|이기화|2016|p=281}}

예를 들어, 지진파의 속도가 낮은 지층(지진파의 속도 v<sub>1</sub>)이 위에 있고 속도가 높은 지층(지진파의 속도 v<sub>2</sub>)이 아래에 있는 지역에서 하부 지층으로 굴절하는 지진파는 [[스넬의 법칙]]에 따라 입사파에 대해 경계면 쪽으로 더 큰 각도로 굴절한다. 여기서 이 굴절파가 입사각이 커져 특정한 값을 가지게 되면 경계면을 따라 큰 속도로 전파된다. 이런 굴절파를 임계 굴절파 혹은 선두파라고 한다.{{sfn|이기화|2016|p=281}} 위의 지층에서는 진원과 가까운 점에서는 지면을 따라 이동하는 직접파가 더 빠르게 가지만, 점점 거리가 멀어질수록 하부 지층에서 굴절하는 지진파가 더 빠르게 도착하게 된다. 이를 통해 상부 지층과 하부 지층의 경계 깊이를 알 수 있다.{{sfn|이기화|2016|p=282}}

== 속도 계산식 ==
고체 물질에서 P파와 S파의 속도 <math>V_P</math>와 <math>V_S</math>는 다음과 같이 주어진다.{{sfn|이기화|2016|p=274-276}}

* <math>V_P = [\frac{{k}+\frac{4u}{3}}{p}]^\frac{1}{2}</math>
* <math>V_S = [\frac{u}{p}]^\frac{1}{2}</math>

이 식에서 p는 밀도이고 [[탄성 계수]] k와 u는 각기 체적 탄성률(혹은 비압축률)과 전단 계수(강성률)이다. 탄성 계수는 물질이 응력을 받을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸다. 체적 탄성률은 어떤 물체에 모든 방향에서 작용하는 균등한 압축력이 P에서 P'로 <math>\Delta p</math> 증가해 [[체적]] V가 V'로 <math>\Delta V</math>만큼 감소할 때 압축력의 변화 <math>\Delta p</math> 대 체적 변화율 <math>\frac{\Delta V}{V}</math>의 비이다.

<math>k = \frac{\Delta p}{\frac{\Delta V}{V}}</math>

길이가 L인 정육면체의 윗면이 면에 평행한 [[전단력]] F를 받는 경우, 전단 응력은 전단력 F를 이 힘에 가해진 면적 A로 나눈 값이다.(<math>\frac{F}{A}</math>) 전단 응력에 의해 정육면체에 전단 변형 <math>\Delta L</math>이 발생한다. 전단 계수는 전단 응력 대 전단 변형률의 비이다.(<math>\frac{\Delta L}{L}</math>)

<math>u = \frac{\frac{F}{A}}{\frac{\Delta L}{L}}</math>

P파의 속도는 항상 S파보다 크다. 또 탄성 계수가 클수록, 지진파의 속도는 증가한다.유체의 경우 전단력에 대한 저항력이 전혀 없으므로(<math>{\Delta V} = \infty</math>) 강성률이 없어지고(<math>u = 0</math>) <math>V_S = 0</math>이 된다. 즉 S파는 유체를 통과할 수 없다.

== 지진파 도달 시간과 진원거리 ==
{{참고|진앙|진원}}

[[존 밀린]]은 1880년대 여러 지진파들의 전파 시간을 진원과 지진 관측소 사이 거리에 대해 표시하여 진원거리를 각 지진파의 도달 시간차에 따라 결정할 수 있다고 생각했다. 또한 3개 이상 관측소에서 P파와 S파의 도달 시간을 알면 진원거리를 구하고 이를 통해 지진의 [[진원]]을 정확하게 결정할 수 있다는 사실을 발견했다.{{sfn|이기화|2016|p=129}} 다만 단순 도달 시각과 진원거리 사이 관계는 1892년 유고슬라비아의 기상학자인 모호로비치치가 진앙거리 200 km를 기준으로 속도가 더 빨라지는 지층(현재는 [[맨틀]]로 밝혀짐)에서 굴절되어 더 빠른 속도로 전파된 지진파가 진원에서 직선으로 향하는 지진파보다 먼저 도착하기 때문에, 진원과 지진 관측소가 200 km 이상으로 너무 멀어진다면 진원거리를 정확하게 재기 어렵다.{{sfn|이기화|2016|p=133}}

지각이 균질하다고 가정하고 P, S파의 속도를 각기 <math>V_P</math>와 <math>V_S</math>라 하고, 시간 <math>T_0</math>에 지표에서 발생해 진원거리 L인 지점에 P, S파가 시각 <math>T_P</math>와 <math>T_S</math>에 도달했다고 하자. 이 경우 지진파 도달과 진원거리 사이에는 다음 관계가 성립한다.{{sfn|이기화|2016|p=277-278}}

* <math>T_P = \frac{T_0 + L}{V_P}</math>
* <math>T_S = \frac{T_0 + L}{V_S}</math>

이 식을 정리하면

* <math>L = (\frac{(T_P - T_S)V_S*V_P}{(V_P - V_S)})</math>

<math>T_P - T_S</math>는 S파와 P파의 도달 시간의 차이(PS시)이다. 진원거리는 지진파 도달 시간의 차에 비례한다.

== 같이 보기 ==
* [[애덤스-윌리엄슨 방정식]]
* [[일진학]]
* [[반사파 지진학]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
{{참고 자료 시작}}
* {{서적 인용|first1=Peter M. |last1=Shearer|title=Introduction to Seismology|year=2009|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-88210-1 }}
* {{서적 인용 |제목 = 모든 사람을 위한 지진 이야기 |저자 = 이기화 |편집자 = 박상준 |출판사 = 사이언스북스 |판 = 1 |날짜 = 2016-10-30 |위치 = 서울 |isbn = 978-89-8371-730-6 |ref = harv}}
{{참고 자료 끝}}

{{지진 이론}}
{{전거 통제}}

[[분류:지진학]]
[[분류:지진]]
[[분류:파동]]