지난 7월 말 러시아 캄차카 반도 인근에서 발생한 규모 8.8의 강력한 지진으로 태평양 건너 쓰나미가 발생했다. 해수면의 높이를 측정하기 위해 특별히 설계된 위성은 최초로 고해상도로 우주에서 온 이 거대한 파도를 완전히 "추적"했습니다.

최근 '지진기록(The Seismic Record)'에 발표된 연구에서는 미국과 프랑스가 공동 개발한 '표수 및 해양 지형'(SWOT) 위성이 이번 섭입대 지진으로 촉발된 대규모 쓰나미에 대한 최초의 고해상도 우주 관측 경로를 기록했다고 지적했다. 예상보다 훨씬 복잡한 파동 구조를 보여주었고, 그 에너지는 광활한 바다 표면에 계속 퍼지고 흩어졌다. 연구원들은 이 결과가 인간이 쓰나미 전파 메커니즘에 대해 더 깊이 이해하는 데 도움이 되어 해안 지역에 대한 잠재적 영향에 대한 평가를 향상시킬 것으로 기대하고 있습니다.

이 연구는 아이슬란드 대학교 연구원 Angel Ruiz-Angulo와 다른 사람들이 완료했습니다. 그들은 SWOT 위성에서 얻은 해수면 높이 데이터와 쓰나미 전파 경로를 따라 배치된 DART(심해 쓰나미 평가 및 보고) 부표 관측 기록을 공동으로 분석했습니다. 결과는 쓰나미 파형의 비정상적으로 복잡한 세부 사항을 밝혀냈을 뿐만 아니라 캄차카-쿠릴 호 섭입대에서 규모 8.8 지진의 파열 과정을 재구성하기 위한 새로운 제약 조건을 제공했습니다. 이번 지진은 7월 29일에 발생했으며 1900년 이후 세계에서 6번째로 큰 지진으로 기록됐다.

Ruiz-Angulo는 SWOT 데이터가 연구자들에게 "새로운 안경"을 제공한다고 설명했습니다. 이전에 과학 연구 커뮤니티는 쓰나미 정보를 얻기 위해 주로 태평양 전역에 설치된 DART 부표에 의존했는데, 이는 광대한 해양 지역의 제한된 지점에서만 쓰나미 신호를 "샘플링"하고 기록할 수 있었습니다. 다른 위성도 해수면 높이 변화를 관찰할 수 있지만 이상적인 상황에서는 쓰나미의 얇은 선만 "쓸어낼" 수 있습니다. 이와 대조적으로 SWOT은 통과당 최대 약 120km 폭의 해수면 데이터를 수집하고 전례 없는 높은 공간 분해능으로 해수면 높이 변동을 특성화할 수 있습니다.

SWOT 위성은 2022년 12월 발사될 예정이며 NASA와 프랑스 국립우주연구센터(CNES)가 공동 개발한다. 핵심 임무는 세계 지표수와 해양 표면에 대한 최초의 고정밀 매핑을 수행하는 것입니다. Ruiz-Angulo는 자신과 공동 저자인 Charly de Marez가 이전에 SWOT 데이터를 사용하여 2년 넘게 바다의 소규모 소용돌이 및 기타 구조를 연구했으며 원래는 대규모 쓰나미에 "충돌"할 기회를 가질 것이라고 기대하지 않았다고 말했습니다.

이 관찰은 또한 과학 연구계가 대규모 쓰나미의 전파 특성을 다시 생각하게 만들었습니다. 오랫동안, 평균 해양 깊이보다 훨씬 큰 파장을 갖는 거대 쓰나미는 '비분산파'이며, 바다를 횡단하여 전파되는 동안 전체 파형에 의해 지배되어야 하며 에너지가 여러 파동 그룹으로 쉽게 분할되지 않는다는 것이 주류 견해였습니다. 그러나 SWOT에서 얻은 이 사건의 데이터는 분산 효과의 존재를 명확하게 보여주었습니다. 쓰나미 에너지는 전파 과정에서 다양한 파동 구성 요소의 여러 그룹으로 분해되었으며 상당한 공간 분산 및 구조적 변조를 보여주었습니다.

연구팀은 분산 거동을 포함하는 수치 시뮬레이션 결과를 위성 및 부표의 실제 측정값과 비교한 결과 이러한 유형의 "분산 모델"과 실제 관측값 간의 일관성이 전통적인 가정을 사용하는 단순화된 모델보다 훨씬 더 우수하다는 사실을 발견했습니다. 루이즈-안굴로(Ruiz-Angulo)는 이는 현재 일반적으로 사용되는 쓰나미 수치 모델이 물리적 메커니즘 측면에서 '무언가 누락'되고 있으며, 특히 대규모 쓰나미 파동 그룹의 내부 구조와 에너지 재분배가 여전히 부족하다는 것을 의미한다고 지적했습니다. 그는 또한 이러한 추가 분산 에너지가 주요 쓰나미 파고점 전후의 "후미파" 변조로 이어질 수 있으며 이로 인해 특정 해안에 접근할 때 국지적 파고와 도달 순서에 영향을 미칠 수 있다고 추측했습니다. 이러한 잠재적 영향을 정량화하여 미래 예측 시스템에 통합해야 합니다.

본 연구에서 팀은 또한 SWOT 및 DART 관측을 지진 발생원 및 표면 변형 데이터를 기반으로 한 이전 쓰나미 예측과 비교했습니다. 그들은 일부 심해 모니터링 사이트에서 전통적으로 예측된 ​​쓰나미 도착 시간이 DART 실제 측정값과 일치하지 않는다는 사실을 발견했습니다. 한 사이트에서는 모델이 제공한 도착 시간이 너무 빨랐고 다른 사이트에서는 도착 시간이 너무 늦었습니다. 이러한 모순을 해결하기 위해 연구자들은 실제 부표 측정값을 제약 조건으로 사용하여 소스 파열 특성을 재추정하기 위해 소위 "역전" 방법을 사용했습니다. 결과에 따르면 이번 규모 8.8 지진의 파열대는 기존 모델이 예측한 것보다 더 남쪽으로 확장돼 총 길이가 약 400km로 기존 추정 300km보다 훨씬 긴 것으로 나타났다.

논문의 공동 저자인 Diego Melgar는 2011년 일본 도호쿠 해안에서 발생한 규모 9.0의 지진 이후 지진학계에서는 쓰나미 관측 데이터가 얕은 단층의 미끄럼 분포를 제한하는 데 큰 가치가 있다는 점을 점차 깨달았다고 지적했습니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 DART와 같은 쓰나미 데이터를 기존 지진파 및 표면 변형 측정과 통합하려고 노력해 왔습니다. 그러나 실제 운영에서는 이러한 유형의 다중 소스 데이터 결합이 아직 완전히 정규화되지 않았습니다. 중요한 이유 중 하나는 쓰나미를 시뮬레이션하는 유체 역학 모델과 지진파 전파를 시뮬레이션하는 고체 지구 모델 사이의 물리적 및 계산적 프레임워크에 큰 차이가 있다는 것입니다. 그는 이번 연구가 지진원의 특성과 쓰나미 행동을 이해하는 데 더 다양한 관측을 결합하는 것이 중요하다는 점을 다시 한 번 강조했습니다.

캄차카-쿠릴섬 아크 지역은 강한 지진과 쓰나미가 발생하기 쉬운 세계적으로 유명한 지역입니다. 이르면 1952년 이 지역에 규모 9.0의 대지진이 발생해 태평양 건너 쓰나미가 발생했고, 이는 국제 쓰나미 경보 시스템 구축을 직접적으로 추진했다. 이 시스템은 2025년 이번 사태에서도 조기경보와 경보 발령에도 핵심적인 역할을 했다.

연구진은 SWOT과 유사한 위성 관측 데이터가 계속 축적되면서 앞으로 실시간 또는 준실시간 쓰나미 예보에 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다고 말했다. Ruiz-Angulo는 이러한 결과가 미래에 더 많은 실제 사건에서 반복될 수 있다면 전문 위성 관측 기능에 대한 투자가 글로벌 쓰나미 모니터링 및 조기 경보 수준을 향상시키는 데 장기적인 가치가 있다는 것을 의사 결정자와 자금 제공자에게 입증하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.