Den 11 mars, 2011, en jordbävning med magnituden 9 inträffade under havsbotten utanför Japan – det kraftigaste skalvet som drabbat landet i modern tid, och den fjärde mest kraftfulla i världen sedan modern journalföring började. Det genererade en serie tsunamivågor som nådde en extraordinär 125 till 130 fot höga på sina ställen. Vågorna ödelade mycket av Japans folkrika kustlinje, fick tre kärnreaktorer att smälta ner, och dödade nära 20, 000 personer.

Tsunamins uppenbara orsak:skalvet inträffade i en subduktionszon, där den tektoniska plattan som låg under Stilla havet försökte glida under den angränsande kontinentalplattan som höll upp Japan och andra landmassor. Tallrikarna hade till stor del suttit fast mot varandra i århundraden, och trycket byggs upp. Till sist, något gav. Hundratals kvadratkilometer havsbotten ryckte plötsligt horisontellt omkring 160 fot, och tryck uppåt med upp till 33 fot. Forskare kallar detta en megathrust. Som en hand som viftas kraftigt under vattnet i ett badkar, säcken fortplantade sig till havsytan och översattes i vågor. När de närmade sig grunda kustvatten, deras energi koncentrerad, och de växte i höjd. Resten är historia.

Men forskarna insåg snart att något inte stämde. Tsunamistorlekar tenderar att spegla jordbävningens magnituder i en förutsägbar skala; Den här gav vågor tre eller fyra gånger större än förväntat. Bara månader senare, Japanska forskare identifierade en annan, mycket ovanligt fel cirka 30 mil närmare stranden som tycktes ha flyttat i takt med megathrust. Detta fel, de resonerade, kunde ha förstorat tsunamin. Men exakt hur det kom att utvecklas där, kunde de inte säga. Nu, en ny studie i tidskriften Naturgeovetenskap ger ett svar, och möjlig inblick i andra områden som riskerar att utsättas för stora tsunamier.

Studiens författare, baserad på Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, undersökt en mängd olika data som samlats in av andra forskare före och efter skalvet. Detta inkluderade topografiska kartor över havsbotten, sediment från undervattensborrhål, och registreringar av seismiska stötar förutom megathrust.

Det ovanliga felet i fråga är ett så kallat extensionsfel – ett där jordskorpan dras isär istället för att tryckas ihop. Efter megaströmmen, området runt förlängningsförkastningen flyttade sig cirka 200 fot mot havet, och en serie scarps 10 till 15 fot höga kunde ses där, indikerar en plötslig kraftfullt avbrott. Området runt förkastningen var också varmare än den omgivande havsbotten, indikerar friktion från en mycket ny rörelse; som antydde att förlängningsfelet hade stötts loss när megathrusten slog till. Detta skulle i sin tur ha ökat tsunamins kraft.

Extensionsfel är faktiskt vanliga runt subduktionszoner - men bara i oceaniska plattor, inte de överordnade kontinentala, där denna hittades. Hur kom den dit? Och, kan sådana farliga egenskaper lurar i andra delar av världen?

Författarna till den nya uppsatsen tror att svaret är vinkeln med vilken havsplattan dyker under kontinenten; de säger att det gradvis har grundats under miljontals år. "De flesta skulle säga att det var megaströmmen som orsakade tsunamin, men vi och några andra säger att det kan ha varit något annat på jobbet utöver det, " sa Lamont doktorand Bar Oryan, tidningens huvudförfattare. "Det som är nytt här är att vi förklarar mekanismen för hur felet utvecklades."

Forskarna säger att för länge sedan, den oceaniska plattan rörde sig ner i en brantare vinkel, och kan falla ganska lätt, utan att störa havsbotten på den överordnade kontinentalplattan. Eventuella förlängningsförkastningar var troligen begränsad till oceanplattan bakom diket - zonen där de två plattorna möts. Sedan, började för kanske 4 miljoner eller 5 miljoner år sedan, det verkar som om subduktionsvinkeln började minska. Som ett resultat, den oceaniska plattan började utöva tryck på sediment ovanpå kontinentalplattan. Detta pressade sedimenten till en enorm, subtil puckel mellan skyttegraven och Japans strandlinje. När puckeln väl blev stor och tillräckligt komprimerad, det var tvungen att gå sönder, och det var förmodligen vad som hände när megathrust-bävningen skakade loss saker. Forskarna använde datormodeller för att visa hur långvariga förändringar i plattans sänkning kan ge stora förändringar i den kortsiktiga deformationen under en jordbävning.

Det finns flera bevislinjer. För en, material som tagits från borrhål före skalvet visar att sediment hade pressats uppåt ungefär halvvägs mellan marken och diket, medan de som var närmare både marken och diket hade sjunkit - liknande vad som skulle kunna hända om man lade ett papper platt på ett bord och sedan långsamt tryckte in på det från motsatta sidor. Också, inspelningar av efterskalv under de sex månaderna efter det stora skalvet visade mängder av jordbävningar av förlängningstyp som täckte havsbotten över kontinentalplattan. Detta tyder på att det stora förlängningsfelet bara är det mest uppenbara; påfrestningar släpptes överallt i mindre, liknande skalv i omgivande områden, när puckeln slappnade av.

Vidare, på mark, Japan är värd för många vulkaner arrangerade i en snygg nord-sydlig båge. Dessa drivs av magma som genereras 50 eller 60 miles ner, vid gränsytan mellan den subducerande plattan och kontinentalplattan. Under samma 4 miljoner till 5 miljoner år, denna båge har vandrat västerut, bort från skyttegraven. Eftersom magmagenerering tenderar att ske på ett ganska konstant djup, detta lägger till bevisen för att subduktionsvinkeln gradvis har blivit grundare, driver den magmagenererande zonen längre in i 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 uppåt eller nedåt, och se om sediment genomgår samma typ av deformation, vi kanske bättre kan säga var denna typ av risk finns, " sa han. Kandidater för en 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, " han sa.