Forskare vid Tohoku Universitys institution för geofysik har studerat den stora Tohoku-oki jordbävningen som inträffade den 11 mars, 2011, öster om Japans Honshu Island (Fig. 1).

Jordbävningen, som registrerades med en momentmagnitud (Mw) på 9,0, var den kraftigaste jordbävningen som någonsin registrerats i Japan, och den fjärde kraftigaste jordbävningen i världen sedan modern registrering började 1900. Den utlöste kraftiga tsunamivågor som orsakade över 18, 000 kausaliteter. Tsunamin orsakade kärnkraftsolyckor vid Fukushima Daiichi kärnkraftverk, och efterföljande evakueringar påverkade hundratusentals invånare. Denna jordbävning har väckt stort intresse bland forskare, eftersom få experter förväntade sig att en så stor jordbävning skulle inträffa i det området.

I nordöstra Japan (Tohoku), Stillahavsplattan subducerar nordväst under Okhotskplattan, orsakade jordbävningen i Tohoku-oki 2011. Subduktion är en process där en av jordens tektoniska plattor sjunker under en annan. Hittills, många forskare har undersökt orsaksmekanismen för jordbävningen i Tohoku-oki, och en nyckelfråga har uppstått:Vilken platta kontrollerade denna enorma jordbävning? Den övre Okhotsk-plattan eller den nedre Stillahavsplattan? Det har varit motstridiga resultat, eftersom den detaljerade strukturen i och runt källzonen fortfarande är oklar.

Tohoku University-teamet, bestående av Dapeng Zhao och Xin Liu (nu vid Ocean University of China), tillämpat en metod för seismisk tomografi på över 144, 000 P-vågs ankomsttidsdata registrerade av det täta japanska seismiska nätverket (Fig. 1) för att bestämma en högupplöst tomografi under Tohoku-oki-regionen (Fig. 2). De använde också havsbottentopografi och gravitationsdata för att begränsa strukturen i källzonen.

Seismisk tomografi är ett effektivt verktyg för att undersöka den tredimensionella (3-D) strukturen i jordens inre, särskilt, för att klargöra den detaljerade strukturen för stora jordbävningskällor. Med denna metod, teamet fick tydliga 3D-bilder av Tohoku-oki källzonen (Fig. 2), och visade att Tohoku-oki-jordbävningen 2011 inträffade i ett område med hög seismisk hastighet i Tohoku megathrust-zonen. Detta höghastighetsområde återspeglar en mekaniskt stark (hård) fläck som var ansvarig för jordbävningen i Tohoku-oki 2011. Denna hårda fläck är resultatet av både granitiska batholiter i den överordnade Okhotsk-plattan och hårda stenar ovanpå den subducerande Stillahavsplattan (Fig. 2).

Dessa resultat indikerar att strukturella anomalier i och runt Tohoku megathrust härrör från både den övre Okhotsk-plattan och den nedre Stillahavsplattan, som kontrollerade genererings- och brytningsprocesserna vid jordbävningen i Tohoku-oki 2011. Denna enorma jordbävning orsakades av kollision av hårdare stenar i både de övre och nedre plattorna. Detta arbete kastar nytt ljus över orsaksmekanismen för jordbävningar i megathrust. Det tyder också på att platsen för en framtida stor jordbävning kan fastställas genom att undersöka den detaljerade strukturen av megathrustzonen.