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다양한 점탄성 구조가 지진 후 변형에 미치는 영향: 한반도 및 동해 하부 구조와 강도에 관한 함의
김현섭(Hyeon Seob Kim),소병달(Byung-Dal So) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
지구내부물질은 점성과 탄성의 거동이 동시에 작용하는 점탄성 물질로 이루어져 있다. 점탄성 물질의 점성은 판 구조의 거동을 설명하는 주된 요소로 이를 파악하기 위해 다양한 연구가 진행되어 왔으며, 그 중 지진 후 점탄성 완화(Viscoelastic relaxation)가 있다. 점탄성 완화는 탄성 변형으로 발생한 응력이 완화하여 추가적인 변형이 나타나는 현상으로, 이 변형은 전단계수와 점성도의 비인 점탄성 이완 시간(Viscoelastic relaxation time)에 의존한다. 지진 주기에서는 지진 변형(Coseismic deformation) 이후 지진 후 변형(Postseismic deformation)에서 지구내부물질인 하부지각과 상부맨틀은 점탄성 완화가 발생한다. 최근 인공위성의 발달은 정밀한 지진 후 변위을 지표에서 관찰할 수 있게 되었고, 측지자료에서 관찰된 시계열에 따른 변위량과 지진 후 변형을 수치모사한 결과와 비교하여 하부지각과 상부맨틀의 점성도를 제안했다. 최근 인공위성의 발달은 지표에서 정밀한 지진 후 변위을 관찰할 수 있게 되었으며, 기존 연구에서는 측지자료에서 관찰된 시계열에 따른 변위량과 지진 후 변형을 수치모사한 결과와 비교하여 하부지각과 상부맨틀의 점성도를 제안했다. 2011년도 Mw 9.0의 동일본 대지진의 지진 및 지진 후 변형은 진원으로부터 먼 거리(최대 ~1,500 km)에 위치한 한반도 GPS (Global Positioning System)에서 관찰되었으며 이는 한반도 및 동해의 하부 물질의 강도를 파악할 수 있는 기회를 제공한다. 본 연구에서는 간단한 2차원 일본 섭입대 모형을 제작하여 유한 요소 솔버 Pylith를 사용해 지진 후 점탄성 완화를 수치모사 했다. 탄성 지각과 섭입대 사이에 위치한 단층에 지진 변형을 일으키고 점탄성 하부지각과 상부맨틀의 점성도를 조절하여 표면에서 발생한 변위를 계산했다. 관측 지점의 상부지각 두께와 하부지각 및 맨틀의 수직적, 수평적 점성도 구조에 따른 점탄성 완화 변형을 관찰하여 관측지 주변 내부물성이 표면변형에 미치는 영향을 확인했다. 상부지각의 두께가 두꺼울수록, 점성도가 클수록 보다 작은 변형이 나타났다. 또한 하부지각이 상부맨틀에 비해 점성이 낮을 경우 더 작은 변형이 발생했다. 다양한 점탄성 모형 즉, 맥스웰 모형(Maxwell body)과 버거스 모형(Burgers body)을 사용하여 기존 연구에서 동일본 대지진 이후 150일 동안 관찰된 한반도 및 동해 지역 GPS 측지자료와 비교했다. 맥스웰 모형 보다 버거스 모형의 결과가 측지자료의 초기 변형속도와 후기 변형속도를 잘 구속했고, 적용된 맨틀 점성도가 GIA (Glacial isostatic adjustment)로 추정한 전 지구 평균 맨틀 점성도에 비해 낮은 결과는 동해 하부 강도가 약할 수 있음을 암시한다.
한반도 남동부 밀도 이상체에 의한 국지적 압축 응력이 단층 활성화에 미치는 영향
소병달(Byung-Dal So),김현섭(Hyeon Seob Kim),김민수(Minsu Kim),최한진(Hanjin Choi) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
한반도 남동부에서 발생한 경주지진(2016년 Mw5.5)과 포항지진(2017년 Mw5.4)은 판 경계가 아닌 판 내부에서 발생한 지진이다. 판 내부 지진의 기작을 이해하기 위해서는 판의 경계로부터 원거리에 있는 단층에 지속적인 응력을 제공하는 원인에 관한 연구가 필수적이다. 판 구조 운동으로 발생한 응력은 먼 거리에 존재하는 다수의 단층에 동시에 영향을 미치므로 판 내부 단층에 큰 응력을 전달해주기 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서, 한반도 남동부 지역에서 발생하는 지진의 응력원으로 국지적 응력 작용을 고려해야한다. 기존 판내부 지진에 관한 연구에서는 1) 액체 주입(Fluid injection)에 의한 지진 유발, 2) 빙하의 후퇴나 퇴적물의 침식 때문에 발생하는 단층의 수직 응력 감소(Fault unclamping), 3) 맨틀 대류에 의해 암석권 하부에 가해지는 끌림 힘(Basal traction), 4) 밀도의 이질성이나 지형의 급격한 변화에 따른 중력 포텐셜 에너지 차이를 응력의 원인으로 제시했다. 한반도 남동부에 관찰된 중력이상은 주변에 비해 높은 밀도를 가진 고밀도체가 존재할 수 있음을 제시했다. 남미 브라질의 판 내부 지진에 관한 중력 이상과 수치모사 조합 연구에서도 고밀도체가 지각을 당기면서 발생하는 응력이 주변의 단층을 재활성할 수 있다고 주장했다. 본 연구에서는 한반도 남동부 양산 단층 하부 일원에 존재하는 고밀도체의 하강으로 인해 발생하는 응력의 규모와 그에 따른 주변 단층의 응력 변화를 유한요소법으로 계산하기 위해 PyLith 솔버를 도입했다. 탄성 상부지각과 점탄성 하부지각 및 상부맨틀로 이루어진 모형을 제작하였고 고밀도체는 하부지각에 위치시켰다. 중력을 작동시킨 모형의 고밀도체가 주변 물질의 강도와 밀도 차이에 따라 하강하며 상부에 가해지는 응력을 파악하였고, 한반도 남동부에 위치한 단층에 전달되는 응력을 쿨롱 응력 변화(Coulomb stress change)를 통해 계산하여 단층이 활성화될 수 있을 만큼의 충분한 응력이 축적 가능한지 정량적으로 추정하였다. 또한 고밀도체가 하강하면서 교란된 주응력 축이 기존 연구에서 수압파쇄법으로 측정한 주응력 축과 유사한 결과를 보였다. 이는 한반도 남동부 지역의 국지적 응력원으로 고밀도체의 하강의 효과가 유요함을 암시한다.
국민공통기본교육과정 과학과의 생명영역 물질대사에 관련한 학습개념 분석
심규철 ( Sim Gyu Cheol ),이부연 ( Lee Bu Yeon ),김현섭 ( Kim Hyeon Seob ) 한국과학교육학회 2003 한국과학교육학회지 Vol.23 No.6
This study is to investigate the level and connection of learning concepts rotated to metabolism presented in life science textbooks developed according to the national common basic curriculum. One kind of elementary school, and three kinds of middle school and high school science textbooks were analysed. The gross number of concepts related to metabolism was 42 in elementary, 149 in middle and 126 in high school science textbooks. The number of concepts was much more different by school than by publisher Ratio of the number of concrete versus formal concepts decreased gradationally by grade, but the number of learning concepts increased radically by grade. Thus, it is implied that science teaming concepts are presented considering the number of concepts as well as cognitive level of learner, and unit and content are constructed on the connection among them in developing science curriculum and textbooks.