tsunamins uppenbara orsak: jordbävningen inträffade i en subduktionszon, där den tektoniska plattan som låg bakom Stilla havet försökte glida under den angränsande kontinentala plattan som höll upp Japan och andra landmassor. Plattorna hade till stor del fastnat mot varandra i århundraden, och trycket byggdes upp. Slutligen gav något. Hundratals kvadrat miles av havsbotten plötsligt krängde horisontellt cirka 160 fot, och stack uppåt med upp till 33 fot. Forskare kallar detta en megathrust. Som en hand viftade kraftigt under vattnet i ett badkar, spred sig sticket till havsytan och översattes till vågor. När de närmade sig grunda kustvatten koncentrerades deras energi och de växte i höjd. Resten är historia.
men forskarna insåg snart att något inte lägga upp. Tsunamistorlekar tenderar att spegla jordbävningsstorheter i förutsägbar skala; den här producerade vågor tre eller fyra gånger större än väntat. Bara några månader senare, japanska forskare identifierat en annan, mycket ovanligt fel några 30 miles närmare stranden som verkade ha flyttat i tandem med megathrust. Detta fel, resonerade de, kunde ha förstorat tsunamin. Men exakt hur det kom att utvecklas där kunde de inte säga. Nu ger en ny studie i tidskriften Nature Geoscience ett svar och möjlig inblick i andra områden som riskerar stora tsunamier.
studiens författare, baserade vid Columbia University Lamont-Doherty Earth Observatory, undersökte en mängd olika data som samlats in av andra forskare före jordbävningen och efter. Detta inkluderade topografiska kartor på havsbotten, sediment från borrhål under vattnet och register över seismiska chocker bortsett från megathrust.
det ovanliga felet i fråga är ett så kallat förlängningsfel – ett där jordskorpan dras isär snarare än att skjutas ihop. Efter megathrust flyttade området runt förlängningsfelet cirka 200 fot mot havet, och en serie scarps 10 till 15 fot höga kunde ses där, vilket indikerar en plötslig, kraftfull paus. Området runt förlängningsfelet var också varmare än den omgivande havsbotten, vilket indikerar friktion från en mycket ny rörelse; som föreslog att förlängningsfelet hade skakats loss när megathrust slog. Detta skulle i sin tur ha ökat tsunamins makt.
Extensionsfel är faktiskt vanliga runt subduktionszoner-men bara i oceaniska plattor, inte de övergripande kontinentala, där den här hittades. Hur kom det dit? Och, kan sådana farliga funktioner lurar i andra delar av världen?
författarna till det nya papperet tror att svaret är den vinkel vid vilken havsplattan dyker under kontinentalen; de säger att den gradvis har skurit ut över miljoner år. ”De flesta skulle säga att det var megathrust som orsakade tsunamin, men vi och några andra säger att det kan ha varit något annat på jobbet utöver det”, säger Lamont PhD. student Bar Oryan, tidningens huvudförfattare. ”Vad som är nytt här är att vi förklarar mekanismen för hur felet utvecklades.”
forskarna säger att oceaniska plattan för länge sedan rörde sig ner i en brantare vinkel och kunde falla ganska lätt utan att störa havsbotten på den övergripande kontinentala plattan. Eventuella förlängningsfel var troligen begränsade till oceaniska plattan bakom diket-zonen där de två plattorna möts. Sedan, med början kanske 4 miljoner eller 5 miljoner år sedan, verkar det som om subduktionsvinkeln började minska. Som ett resultat började havsplattan utöva tryck på sediment ovanpå kontinentalplattan. Detta drev sedimenten in i en enorm, subtil puckel mellan diket och Japans Strandlinje. När puckeln blev stor och komprimerad nog, var den tvungen att bryta, och det var förmodligen vad som hände när megathrust quake skakade saker lös. Forskarna använde datormodeller för att visa hur långsiktiga förändringar i plattans dopp kan ge stora förändringar i den kortsiktiga deformationen under en jordbävning.
det finns flera bevislinjer. För det första visar material som tagits från borrhål före jordbävningen att sediment hade pressats uppåt ungefär halvvägs mellan landet och diket, medan de närmare både landet och diket hade sjunkit-liknande vad som kan hända om man lade ett papper platt på ett bord och sedan långsamt tryckte in på det från motsatta sidor. Också, inspelningar av efterskalv i sex månader efter den stora jordbävningen visade massor av extensional-fel-typ jordbävningar mattor havsbotten över kontinentalplattan. Detta tyder på att det stora förlängningsfelet bara är det mest uppenbara; stammen släpptes överallt i mindre, liknande jordbävningar i omgivande områden, när puckeln slappnade av.
dessutom, på land, är Japan värd för många vulkaner arrangerade i en snygg Nord-sydbåge. Dessa drivs av magma genererade 50 eller 60 miles ner, vid gränssnittet mellan subduktionsplattan och kontinentalplattan. Under samma 4 miljoner till 5 miljoner år har denna båge migrerat västerut, bort från diket. Eftersom magma generation tenderar att äga rum på ett ganska konstant djup, detta bidrar till bevis för att subduktionsvinkeln gradvis har ökat grundare, Driver magma-genererande zonen längre inåt landet.
Lamont geofysiker och medförfattare Roger Buck sa att studien och de tidigare som den bygger på har globala konsekvenser. ”Om vi kan gå och ta reda på om subduktionsvinkeln rör sig upp eller ner och se om sediment genomgår samma typ av deformation, kan vi bättre kunna säga var denna typ av risk finns”, sa han. Kandidater för sådan undersökning skulle inkludera områden utanför Nicaragua, Alaska, Java och andra i jordbävningszonerna i Pacific Ring of Fire. ”Det här är områden som är viktiga för miljontals människor”, sa han.
