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3月11日，在日本东海岸外130公里的海床下，太平洋板块的地壳滑动了超过20米，使这个岛国向加利福尼亚州靠近了4.3米，其海岸线下沉了66厘米。 事实上，位于东北冲地震（根据离岸震中最近的岛国区域正式命名）中心附近的第一个海底地质传感器记录到，该点向东南偏东方向移动了约24米，并抬升了3米。
日本海岸警卫队的水文地理学家佐藤真理子说：“日本历史上曾遭受过海底巨大地震的破坏，这些地震的震源区通常位于海底之下。”她的团队汇编了海底数据，该数据于5月19日在科学杂志在线发表。“我们安装了海底观测站，以直接监测近海的地壳运动。”
然而，海底数据在另外两项对地震的分析中均不可用，这两项分析也于本周在科学杂志在线发表。 加州理工学院的地球物理学家马克·西蒙斯和他的同事们开发了一个计算机模型，模拟了持续数分钟的地震，该模型基于1200多个地面全球定位传感器以及12个海啸浮标，并且与佐藤的数据相符。 西蒙斯指出：“事实证明，我们的模型几乎完美地拟合了这些数据。”
这次地震——估计为里氏9.0级——发生在比以往大型地震（如去年的8.8级智利地震）小得多的总面积内，这表明日本地震的滑动幅度要大得多，这是有记录以来最强大的四次地震之一。 西蒙斯解释说：“我们怀疑，但我们没有线索，那里有一个特别卡住的区域——一座古老的海山或岩块。” “这种粗糙度使其非常卡住，以至于应力必须长时间积累才能决定断裂。”
事实上，根据古海啸的发现以及当时的文献，这次地震的历史先例似乎发生在公元869年7月——被称为贞观地震——这意味着如此大的滑动发生在千年尺度上，而较小的地震则表征了通常发生的每年约八厘米的蠕动俯冲。 这有助于解释为什么如此大的地震在该地区是出乎意料的，导致了灾难性后果，包括超过24,000人死亡或失踪，以及沿海福岛第一核电站三个反应堆的燃料熔毁。
西蒙斯说：“南部地区[更靠近东京]没有什么不同”，因为一场大地震将是出乎意料的，但并非不可能——现在在与其紧邻的区域已经发生了一次强烈的地震。 这可能表明所谓的“拉链式”系列地震，用西蒙斯的话说，就像2004年印度洋地震和海啸后苏门答腊岛发生的那些地震一样，随着时间的推移沿着断层传播。 西蒙斯解释说：“它有可能发生大型事件，也有可能只是以较小的事件‘蠕动’。” “我们不应该掉以轻心。”
东京大学的井出悟领导的另一项分析认为，深层地下滑动幅度要小得多，而浅层运动“过大，可能释放了超过100%的累积应力”，井出悟说。 这种巨大的运动——释放的能量相当于910万千兆焦耳，或大约相当于15亿桶石油中蕴含的能量——解释了海啸摧毁日本东北海岸的原因。 井出悟补充说：“[海啸]很大，但并没有出乎意料地大于使用地震波的估计。”
然而，这种地震模型与来自海底传感器的信息不太吻合——将这些数据纳入未来的计算机模拟应该能更好地了解在这次巨大的构造事件中实际发生的情况。 然而，这并不一定意味着未来会有更好的预测。 西蒙斯认为，地震预测是徒劳的。 他说：“出于许多基本的物理原因，地震是完全不可预测的。” “这些罕见和极端的事件是如此罕见和极端，以至于即使我们只对我们的后院感兴趣，了解它们的唯一方法就是了解它们在任何地方发生的情况。”