Världens kraftigaste jordbävningar drabbar subduktionszoner, områden där enorma mängder stress byggs upp när en tektonisk platta dyker under en annan. När den plötsligt släpptes, denna stress kan orsaka förödande "megabävningar" som 2011 års Mw 9.0 Tohoku-evenemang, som dödade nästan 16, 000 människor och förlamade Japans Fukushima Dai-ichi kärnkraftverk. Nu publiceras en studie i Geologi föreslår att sediment ovanpå den nedåtgående plattan kan spela en nyckelroll för att bestämma omfattningen och platsen för dessa katastrofala händelser.

I denna nyligen publicerade studie, ett team ledd av Gou Fujie, en senior forskare vid Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, använde en trio av geofysiska metoder för att avbilda de subducerande sedimenten i den nordöstra Japanska bågen, där Tohoku-händelsen inträffade. Fynden tyder på att variationer orsakade av vulkaniska bergarter som tränger in i dessa sediment kan avsevärt påverka naturen hos jordbävningar i subduktionszonen.

"Vår bildtagning visar att den enorma mängden halka som inträffade under jordbävningen i Tohoku 2011 stannade i ett område med tunna sediment som precis börjat sjunka, " säger Fujie. "Dessa resultat indikerar att genom att störa lokala sedimentlager, vulkanisk aktivitet som inträffade före subduktion kan påverka storleken och fördelningen av jordbävningar mellan plattor efter att skikten har subducerats."

Forskare började först misstänka att variationer i subduktion av sediment kunde påverka megabävningar efter Tohoku-händelsen 2011, när internationella borrningar i nordöstra Japans båge visade att enorma mängder halka under jordbävningen inträffade i en hal, lerrikt skikt beläget inom de subdukterande sedimenten. För att bättre förstå arten av den nedgående plattan i denna region, Fujie team kombinerade flera avbildningstekniker för att måla en tydligare bild av strukturen under havsbotten.

Forskarna upptäckte att det finns vad Fujie kallar "anmärkningsvärda regionala variationer" i sedimenten ovanpå den nedåtgående plattan, även där havsbottentopografin verkar vara platt. Det finns platser, han säger, där sedimentlagret verkar vara extremt tunt på grund av närvaron av ett gammalt lavaflöde eller andra vulkaniska stenar. Dessa vulkaniska intrång har kraftigt stört, och på platser termiskt metamorfoserad, lerskiktet där mycket av den seismiska halkan inträffade.

Eftersom den typ av vulkanism som orsakade sedimentförtunning i nordöstra Japans båge också har hittats i många områden, säger Fujie, forskningen tyder på att sådan uttunning är allestädes närvarande – och att denna typ av vulkanisk aktivitet också har påverkat andra seismiska händelser. "Regionala variationer i sediment ovanpå fallande oceaniska plattor verkar starkt påverka förödande jordbävningar i subduktionszonen, " avslutar han.