지진 및 지구물리 연구를 위한 지자기 관측 장비의 소급성 확보와 국제 기준에 부합하는 국내 지자기 관측 체계 구축의 중요성 및 활용 가치 doc_id PCY_201702100510008871_6

지진현상의 측정에 사용되는 장비는 소급성을 확보하여야 한다. 검증기관은 실시할 검증서비스와 관련된 모든 활동을 가능하기 위하여 적절하고 적합한 시설 및 장비를 이용할 수 있어야 한다. 그러한 모든 장비가 문서화된 절차서 및 지침서에 따라 적절히 유지되고 있도록 하여야 할 것이다. 측정과 시험에 사용된 모든 장비는 그 측정과 시험의 결과가 검증의 결과에 중요한 영향을 미칠 경우에 소급이 가능하도록 교정되어야 한다. 검증기관이 실시한 측정은 국가 또는 국제표준으로 소급성이 있음을 보장하기 위해 장비에 대한 전반적인 교정 프로그램을 설계하고 운영하여야 한다. USGS의 경우, 지진관측장비의 성능 시험을 실시하는 경우, 미국국립표준기술연구소(NIST )에서 소급성이 확보된 장비를 사용하여 측정하도록 요구하고 있다. 예를 들어, 지진계의 경우 일반적인 진동 센서와 달리 교정코일(Calibration coil)을 내장하고 있는 경우가 있으며 이를 이용하여 지진계의 주파수 특성, 감도 특성 등을 평가하기도 한다. 교정코일에 전원을 인가하여 인위적으로 지진계에 가상의 진동을 가하고 그때 지진계의 출력 특성을 살펴보는 방식이다. 그러나 교정코일 특성에 대한 소급성이 확보되어 있지 못하다면 지진계 소급성의 관점에서는 아무런 의미가 없는 행위이다. 이와 같이 현행 국제 기준에 제시된 방법이라고 하더라도 국제 표준과의 연결고리가 끊어질 때(소급성 미확보), 적절한 대책을 마련하여야 할 것이다. 성능검증기관의 자격 요건이 마련되어야 한다. USGS의 경우 성능검증기관의 자격 요건으로 적절한 검증 절차 및 품질시스템을 확보할 것을 요구하고 있다. 중간점검을 실시하여야 한다. 필요할 경우 정기 재교정 주기 이내라도 장비는 자체검증을 받아야 하며, 그에 대한 적절한 방법도 개발되어야 할 것이다. 숙련도 시험 실시 프로그램의 개발 및 참여가 요구된다. 숙련도시험(proficiency testing)이란 검증기관 간 비교를 통하여 미리 확립된 기준에 대한 참가기관의 성능평가 능력을 평가하는 것이다. 주관기관에서 숙련도시험 프로그램을 개발하거나, 또한 국제기구에서 실시하는 숙련도 프로그램이 있다면 이에 적극 참여하는 방법 등이 있을 수 있다. 정량적인 숙련도에 대한 평가는 통계분석에 기초하여야 한다. 숙련도 시험 프로그램의 수행도 평 가방법은 KS Q ISO/IEC 17043의 부속서 B, KS Q ISO 13528, IUPAC Technical Report ‘International Harmonized Protocol for the proficiency testing of analytical chemistry laboratories’ 등의 유효한 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 지구는 하나의 천연자석(북극을 S극, 남극은 N극을 가진 막대형 영구자석) 으로 나타낼 수 있으며, 이것을 근원으로 하는 지구표면의 자기장을 지구자 기장(Earth's magnetic field, Geomagnetic)이라 한다. 지구자기장의 세계적 분포는 위도에 따라 20 ~ 80 μT 정도이며, 지구자기장의 세기와 방향은 일정한 것이 아니라 지구의 내·외적인 요인에 의하여 변화한다. 즉 지각의 변이와 같은 지구내부의 요인이나, 이온층의 전류, 자기권(magnetospheric) 내의 플라즈마 효과, 태양풍(solar wind)이나 국부적으로 위치한 인위적인 건물, 도로, 차량 및 전력선 등의 외부 요인에 의하여 영향을 받게 된다. 또한 지구자기장은 우주공간의 우주선(cosmic rays)과 같은 고에너지 입자로부터 지구의 생명체를 지켜주는 보호막 역할을 한다. 지구자기장은 불변하는 것이 아니라, 시간에 따라 변동하고 있다. 그 주기는 짧게는 약 1초에서 수백 초, 긴 것은 수십 년에서 약 100만년까지 넓은 스펙트럼을 가지고 있으므로 지구 내외적 환경 변화량을 알 수 있는 지표로 사용될 수 있다. 일정기간 동안 지구자기장의 평균값을 의미하는 기준자기장으로부터의 차이를 지구자기장 변화량이라 하며, 이 자기장은 시시각각으로 변화하며, 그 형태는 매우 복잡하다. 지구 외부원인의 자기장 변화는 내부원인에 비하여 변동주기가 짧은 특징을 가지고 있다. 또한, 지구자기장의 세기와 방향은 일정한 것이 아니라 지구 내외적인 원인에 의하여 변한다. 지구자기장의 변화원인으로는 여러 가지가 있으며, 주요 원인은 다음과 같이 추측되고 있다. 일변화의 원인으로는 지구 내·외적 변화에 의해 발생함을 추측할 수 있으며, 내적인 것으로는 지구의 자전 운동과 관련하여 맨틀과 외핵의 운동에 의한 것 등이 있고, 외적으로는 태양과 달에 의한 영향이 가장 크다. 지구자기장의 연속적인 측정 자료는 지구 내외부에 대한 연구뿐만 아니라 21세기 정보화 시대의 인간의 활동에 지대한 영향을 미치게 될 우주환경의 연구에도 필요하다. 지구자기의 장주기적 변화는 지구내부 유동체의 변동 에 의하여 지구자기의 방향과 세기가 변화하는 것을 말하며, 이 변화를 계 속 관측함으로써, 항공, 항해, 측량 등에 쓰이는 국가의 기본 자료의 하나 로 사용된다. 또한 지구자기의 단주기적 변화는 주로 태양으로부터 끊임없이 방출되는 하전입자의 흐름인 태양풍과 지구자기장의 상호작용으로 지표 가까이는 전리층으로부터 멀리는 자기권까지의 지구자기장의 변화를 말하며, 이 변화는 각종 위성 간의 통신, 지상에서의 유, 무선 통신에 교란을 일으키며, 이 변화에 의해 지구표면에 유도되는 전류가 발전 및 송전 시설, 송유관, 가스관 등에 장애 또는 재해를 일으킨다. 지구자기장 폭풍에 의한 장애의 정도를 kp 지수로 나타내어 이에 따른 위험성을 예보하고 있다. 지구자기장은 지구의 중요한 물리적 특성의 하나로서, 태양으로부터 지구 내부에 이르는 넓은 범위의 환경에 관계되어 있고, 다양한 분야에 활용될 수 있으므로 외국에서는 국가기관이 주도하여 정밀하게 그 변화량을 측정하고 있다. 기상청에서는 한반도 지구자기장 분포 및 변화관측을 통해 지진의 전조현상을 감시·연구할 목적으로 2009년 4월 충남 청양군 장평면 화산리에 국제적 수준의 지구자기(地球磁氣) 관측소를 설치하였다. 또한 국제적으로 공인된 측정 및 분석능력을 가진 전 세계 약 50개국 150여개 관측소들이 가입하고 있는 INTERMAGNET에 청양 지구자기관측소가 국내에서 처음으 로 가입하였다. 한국표준과학연구원에서 유지하고 있는 국가 자기표준과 연계하여 지구자기장을 측정 및 분석하였기 때문에 가입할 수 있었다. 청양 지구자기관측소의 국제지자기관측망(INTERMAGNET) 가입을 통해 우리나라는 한반도 지진 및 기후현상에 대한 원인을 신속하게 파악하고 세계 지구자기장 관측분야에서 질 높은 측정데이터를 생산하는 국가로 인정될 것으로 기대된다. 그렇다면 지구물리 관측 및 모니터링은 실용적 활용과는 거리가 멀고 지진과 관련된 신호를 추출하는 것이 어렵기만 한 것인가? 최근 이를 극복하기 위해 초고성능의 계측기들과 축적된 자료의 빅 데이터 시스템 구축을 통해 새로운 해결 방법을 찾아 나서고 있는 상황이다. 앞에서도 언급한 바와 같이 지진과 관련된 신호는 그 크기가 매우 미약하고, 어느 위치에서 발생할지 예측이 어려운 상황이므로 성공적인 신호 추출을 위해서는 고정밀 관측망의 구축이 매우 필요한 상황이었다. 이런 상황에서 최근 기상청이 국내 최초로 국제 기준에 적합한 지자기 관측소를 청양에 설치하고 운영하여 얻은 성과는 매우 주목할 만한 것이다. 고품위의 지자기 자료를 국내에서 확보함으로써 지진과 관련된 변동성을 확인하는 사례가 발표되기 시작하였고 (Oh, 2012), 국제 관측 표준망에 가입함으로써 지자기 자료의 국가적 활용 및 국제적 협조 체계의 서막을 열었다 할 수 있다. 국제 기준의 지자기 관측 자료를 확보함으로써 이를 실용적인 차원에서 시범적으로 활용하는 사례를 살펴서 지구물리 자료의 활용 가능성에 대해 짚어보고자 한다. 이와 같이 지진과의 연관성 분석을 통한 연구뿐만 아니라, 국제 기준에 적합한 지자기 자료를 국내에서 관측한다는 것은 보다 실용적인 차원에서의 이점도 가지게 된다. 지리적인 북극과 나침반이 가리키는 자북극 사이에는 편각이 존재하며 이는 지도를 사용할 때 매우 중요한 요소이다. 그동안 우리나라에 국제 기준의 자기장 관측망이 없었던 관계로 국제기구에서 내놓는 편각 및 복각 지도에는 일본과 중국의 자료만 포함된 자기장 기준자료가 사용되었다. 즉 우리나라는 중국과 일본의 자기장 관측자료로부터 내삽된 결과를 사용한 것이다. 그러나 이제 우리나라에서 측정된 자료가 국제기구에 제출됨으로써 이에 대한 정밀도가 크게 향상되리라 기대할 수 있는 것이다. 이와 같은 사례 외에도 우리가 단시안적으로 볼 수 없는 수많은 사례에서 활용 가능성이 있으리라 생각된다. 간략하나마 현재 추진되고 있는 지구물리 모니터링 및 관측기술이 활용될 수 있는 사례에 대해 아래와 같이 정리하여 본다.