6.9,1995年)の約1450倍のエネルギーに相当する[70]。気象庁は、地震発生3分後にMj7.9と推定した時点ではマグニチュードの「頭打ち」が起こっているとは認識できず、従来から想定されていた宮城県沖地震が発生したものと判断した[71]。実際には地震があまりに巨大だったため、地震発生から約1時間14分後(16時)に発表された暫定値の気象庁マグニチュード8.4でも正確な規模の把握はできなかった。通常15分程度で算出できるモーメントマグニチュードも、国内の広帯域地震計がほぼ振り切れたため対応できず、国外の地震波形データを用いMw8.8と算出したのは約54分後(15時40分)と時間が掛かった(報道発表は精査後の17時30分、地震発生から約2時間44分後)[72][73]。データを解析[74]し地震から約10分後にはM9を算出していたがこの計算結果は警報に使用されなかった[75]。アメリカ地質調査所は当初、モーメントマグニチュードを8.8と発表[76]、地震発生から約34分後に8.9、約6時間後に9.0と速報値、同15日に確定値を発表し[26][73]、1900年以降に世界で発生した地震の中で4番目の規模と発表した[27]。よると、この地震は、断層面が水平に対して10度と傾きが浅く、西北西-東南東方向(ほぼ東西方向に近い)に圧縮される、低角逆断層(衝上断層)型のずれであった。水平方向の変位量が大きく、東北地方の太平洋沖地域に特徴的なタイプの海溝型地震である[5][9]。km2の広範囲に及ぶ[5][77]。kmの破壊域でM9を発生させていて、これは宮城県沖の震央付近での変位量が極めて大きかったことを意味している[78]。連動型地震[編集]気象庁は地震発生後、この地震は単一ではなく、3つの地震が連動したもの(連動型地震)と解析した[5][22]。課長は、「5分前後かけて連続して発生するという、複雑な起こり方をしている。まれで、気象庁の観測で初めての経験」と述べた[79]。「大きな断層破壊が、1.宮城県沖、2.宮城県のさらに沖合、3.茨城県北部沖の陸に近い部分、の順に起こった」と説明している[81]。mと計算された[84]。この最大滑り量は2004年スマトラ島沖地震など世界の他の超巨大地震よりも大きく世界最大のものである。震源域の中で強い地震波を放出した点(破壊が大きいところ、セントロイド)は大きく震源の東側付近と茨城県沖の2つに分かれており[85][86][77]、連動型地震特有の長く複雑な破壊過程を経た。震源域が広いため広範囲で揺れを観測し、プレート境界深部が破壊したため震源域近部では強震となった。プレート境界浅部が2度にわたって破壊したことで2つのピークを持つ大津波を生じた。地震波の解析により、プレート境界の海溝側の浅い部分と陸地側の深い部分で往復する形で破壊が進行したことが判明し、2011年5月20日付けのサイエンスに発表された[35]。海溝側の浅い部分の破壊は津波地震の特徴でもあり、これにより津波が巨大化した可能性も指摘されている[36]。7.3の前震よりも小さい、緩やかな初期破壊。kmまで)に破壊が伝播し、短周期の地震波により陸上の激しい揺れをもたらす。overshoot、動的過剰滑り)により長周期の地震波と大規模な津波を発生。その後、再び深部へ破壊が伝播し、発生90秒後にかけて短周期の地震波により再度陸上の激しい揺れをもたらす。大きな破壊は100秒後までに止む。この蓄積された歪を超える滑りであるダイナミックオーバーシュートによる強大な津波の発生メカニズムが明らかとなり、1896年の明治三陸地震津波は海溝側の浅部の滑りにより強大な津波が発生したものと理解される[87]。海底活断層や約100万年前に日本海溝から北米プレート下に沈み込んだ海山が関与している可能性も指摘されている[88][89]。Segmentationと推定される1707年宝永地震や1960年チリ地震などとは異なる発生過程をたどったと考えた。Segmentationと推定される本地震や1964年アラスカ地震などでは狭い範囲に超大すべり域が存在するなどの特徴が見られ、超巨大地震にも多様性があることが示された[90]。地震波・揺れの特徴[編集]宮城県栗原市築館における本震時の震度波形。揺れ始めてから30秒後に1つ目のピーク、更に50秒後に2つ目のピークがある。おける本震時の震度波形。揺れ始めてから100秒後に最大に達した。震度4以上の揺れが約2分間続いた。本地震の本震による揺れの特徴として、広範囲で強い揺れに見舞われたこと、揺れの継続時間が長かったこと、長周期地震動が広範囲で長時間発生したこと、短周期の揺れが主体で家屋被害は比較的起きにくかったことが挙げられる。本震では、地震動の発生源である断層の破壊が複雑な過程で約150秒間も続いた[91]。この中には、1.宮城県沖3箇所、2.宮城県のさらに沖合、3.福島県沖3箇所、4.茨城県北部沖、5.茨城県中部沖での計5回の大きな断層破壊が含まれており、各地の地震波形にそれが表れている。長さで強い震動が継続した[92]。後日の詳細な震源過程解析によれば、例えば野津厚(2012)はSPGAモデルを導入し[91]、発震からの約150秒間を9のサブイベントに分けることで地震波形を精度良く再現できるとしている。(茨城県沖)青森県から神奈川県にかけての各地で、震度4以上の揺れの継続時間が軒並み2分(120秒)を超え、特に崩壊範囲の中間に位置する福島県いわき市で3分10秒(190秒)に達するなどした[93]。約70秒経過後であった[94]。仙台市や塩竈市でも3分程度揺れが継続し、数十秒間だった1995年兵庫県南部地震や1978年宮城県沖地震と比べて非常に長かった[95]。日本全国で長周期主体の地震動を観測した。cmのピークがあり、7秒前後の固有振動周期をもつ建物の揺れが大きかったと分析されている。cm程度の変位が観測された[96][97]。300カインに比べて小さく、家屋被害は起きにくい揺れだったと考えられる[99][98]。震度7を観測した栗原市においても全半壊した建物は47棟で、死者は0人だった[100]。一方で家屋被害は宮城県と福島県を中心に、茨城県にまで及んだ。震源域の中間に位置する福島県では、震源に近い浜通りだけではなく、内陸の中通り地方でも土砂の崩壊や家屋損壊が目立ち、矢吹町(震度6弱)では30%の家屋が全半壊し、郡山市(震度6弱)でも2万棟の家屋が全半壊するなど、他県の内陸市町村に比べて特に被害が集中した。下に沈み込んでいる[101]。太平洋プレートが沈み込んでいるこの付近には、M7を超えるような海溝型地震の震源域が多数存在しており、本地震発生前の段階で地震調査委員会ではこの地域を以下の8つの領域に区切ってその発生間隔や確率を評価していた[102][103]。計6つの領域に及んでいた。破壊は牡鹿半島沖の震源から南北へ連鎖的に進んでいったが、北米プレートの下に沈み込んだフィリピン海プレートの北東端が地殻破壊の南下を食い止め、「房総沖」の北隣の「茨城県沖」で止まった[108]。北側では1994年三陸はるか沖地震あるいは1968年十勝沖地震(「三陸沖北部」に該当する)の震源域南端付近で止まっている[109]。このような広い震源域を持つM9の巨大地震は、従来想定されていなかった。よる)の貞観地震の推定震源域と類似しており、地震発生直後よりこの再来である可能性が指摘された[110][111]。kmと大規模な津波を伴う巨大地震であったことが明らかになった。800年程度と推定する報告があった[112]。東北学院大学の地質調査により、約2千年前の弥生時代にも津波が発生しており、本地震で発生した津波浸水域と同程度の浸水域が仙台平野では発生していた可能性があることが地震後報道された[113]。9.0としている[106][114]。869年貞観地震は日本海溝深部、1896年明治三陸地震は日本海溝浅部の、お互い隣接する細長い震源領域の地震と考えられており、本地震は「貞観地震と明治三陸地震が同時発生した」と見る研究者もいる[30]。2011年4月13日、東北大学の当地震の緊急報告会[115]で、東北アジア研究センター教授の平川新は、江戸時代に整備された宿場町が、今回の地震で津波被害を受けていないことを指摘。土地利用で津波経験の記憶を喪失した」との報告を行った[116]。同報告会では、貞観地震で発生した津波よりも本地震で発生した津波の方が大規模だったとの報告も行われている[117]。石橋克彦は「日本三代実録」の記録を基に、今回の地震が貞観地震より大規模なもので震源域が南に延びていたかもしれないと推定している。5)の地震記事がない[118]というものである[119]。岩手県大槌町では岩手県や大槌町の調査により、本地震による津波の浸水範囲は、明治三陸地震による津波の浸水範囲とほぼ同程度だったことが判明している[120]。同年5月15日にこれが発表されるまで町側は津波の規模や被害を想定外としていたが、実際には本地震から過去115年前にも同規模の津波が襲来したことが明らかになり、改めて三陸沿岸一帯が「津波常襲地帯」であることが浮き彫りになった[120]。地震予知は成功せず[121][122]、巨大地震の発生前に起こるとされているプレスリップ(前兆すべり)も観測されなかった[123]。地震学界で確立されていると考えられていた地震の規模・発生域と発生間隔を予測する確率論的な「長期予知」においても、この地震のように東北地方太平洋沖の広範囲が破壊してMw9.0に達するような巨大地震は予見されておらず、前項の地震調査委員会の発生評価にもなかったことから、「想定外」の事態であった。このような地震を予見しうる手掛かりはいくつかあった。比較沈み込み学の「日本海溝は沈み込む太平洋プレートが古いため超巨大地震は発生しない」という定説に対して、古い海洋プレートが沈み込んでいる地域で起きた2004年スマトラ島沖地震によって疑問が提起されていた。2000年代に日本の地震学界での支持が広がっていた「アスペリティモデル」に対しても矛盾が指摘されていて、地震の活動度に地域差がある東北沖では地震の少ない地域では「非地震性のすべり」がひずみを解消しているという説を見直す動きもあった。より仙台平野内陸などでほとんど知られていなかった巨大地震の津波の痕跡が次々と明らかになっていてこれらの知見を確率論的地震予知に反映しようとする動きが始まっていた。津波のメカニズムも参照)。した経緯から、地震後は従来の説を見直す動きや様々な方法で地震予知をしようとする動きが活発化している。地震の発生想定の拡充を求める意見や、「確率が低いから地震は来ない」といった楽観論を生みやすい確率論的な地震予知に対する批判・反省を行う向きがあり、予知よりも減災・防災に力を入れるべきとする見解を表明する地震学者もいる[124][125]。以上の地震と潮汐力の関係を調査したところ、1976年からの約25年間は相関関係がなかった。2000年頃から次第に相関関係が現れ、本震の発生直前では明瞭な傾向が出現し、断層に掛かる力が最大になる時間帯に地震が多く発生していた。震源と本震の破壊開始点の間の領域付近には強い相関が現れていたが、本震以降は潮汐力との関係は見られなくなった[126]。長期的な静穏化と短期的な静穏化の複数の『静穏化』現象が生じていたことが複数の研究者により報告されている。(2011)[127]は、気象庁の一元化震源カタログを用いて1965年から2010年までのM4.5以上の地震のデータを解析したところ、本震で最もすべり量の大きかった領域の深部側で約22年前の1989年頃から静穏化が起きていたとしている。松浦律子(2011)らは[128]、1885年以来のM6以上の地震カタログを使い解析したところ、相対的静穏化が2000年頃に明瞭に出現し2008年には通常のレベルに戻っていたと報告している。mの津波を観測した[129][130][131]。翌3月10日6時23分にはその近くでM6.8・最大震度4の当時最大余震と考えられていた地震が発生するなど[132][133]、3月11日の巨大地震当日にかけて震度1以上を観測する余震が発生していた。気象庁はこれが「前震だった可能性がある」としている[134]。2011年2月13日から、3月9日の地震とほぼ同じ場所でM5.5を最大とするM5クラスの地震がまとまって発生していた[135]。これより約1カ月前の2月中旬以降、3月11日の本震の破壊開始点北側で2度の短期的スロースリップイベント(ゆっくりすべり)が発生し、3月11日の本震の破壊開始点に向かう微小地震の震源移動が続いていた。7.1に相当する地震エネルギーが解放されたと考えられる。この短期的スロースリップが、巨大地震の発生を促進した可能性が指摘されている[136]。3月11日の本震の破壊開始点西側の領域では、約10年前の2002年ころから長期的スロースリップが生じており、「この長期的スロースリップが2011年の地震の発生を早めた可能性がある」とする研究がある[137]。地震学において前震では、地震の規模と回数の関係式(グーテンベルグ・リヒター則)における系数b値が通常の1よりも小さな値となり、「地震の規模に比して小さな余震が少ない」ことが知られている。この3月9日の地震ではb値が約0.47と、通常の日本海溝付近における0.8に比べて顕著に小さく、前震の可能性が高い有力な根拠の一つとされているほか、日本海溝地域で1960年代から2011年までb値が減少し続けていたことが明らかとなった[138]。3月11日の本震と震源域が重複せず隣接していることから、前震ではなく9日の地震により11日の地震が誘発された可能性を指摘する研究者もいる[139][140]。2010年チリ地震でも確認されたことから「巨大地震の直前予知には有望な手法」だとしている[141]。15]が250キロワットで送出している24.8kHzビーコンの、東京調布での夜間継続観測において、地震発生約5日前の3月5日と3月6日電離層に振幅が小さくなる異常があったとしている[142][143]。すべり欠損[編集]プレートの相対的平均速度から期待される相対変位量から実際の相対変位量を引いた値が、すべり欠損と呼ばれるが、宮城県沖ではこのすべり欠損が蓄積し続けていたと考えられる。歪みの蓄積量に対し地震による放出量が不足し、放出されない歪みが蓄積され続けていた。実際の観測データで見ると2003年と2005年に相次いで宮城県沖地震が発生したが2003年と2005年の放出量は1978年より少なく、一部の研究者は注視していた[144]。余震[編集]余震の多発[編集]余震活動は極めて活発で[147]、本震から1時間足らずの間にM7以上の強い地震が立て続けに3回発生した[148]。センターが設置していた地震計の3割が破壊されたり、通信回線が途絶したりするなどしてセンターは余震の観測データを受け取れなくなり、気象庁が発する地震情報や緊急地震速報に支障が生じる事態となった[150]。kmの範囲を震源としている[5]。3月中にM5以上の余震は479回、震度1以上の余震は3,017回発生した。2018年3月6日までに観測されたものでは、M5以上が929回、M6以上が127回、M7以上が10回、最大震度4以上のものは383回、最大震度1以上のものは13,386回あった[12]。5倍の記録的なペースで推移しており[30]、2004年スマトラ島沖地震(Mw9.1)や2010年チリ地震(Mw8.8)の余震活動と比べても活発である[12]。福島県浜通りから茨城県北部にかけては、4月11日の地震を最大として活発な地震活動がみられ、M3以上の地震は2012年8月までに1600回を超えた[151]。発生数もさることながら、単独で被害をもたらすような大きな余震が時間を経て度々発生するのも本地震の特徴である。km、スラブ内地震)が発生、4人が死亡した[11][152][153]。)が発生、4人が死亡した[154][153]。本震から一年経過後も活発な余震活動が続き、2012年3月14日には千葉県東方沖を震源とするM6.1、最大震度5強の余震が発生し1人が死亡した[155]。cmの津波を観測し1人が死亡した[157]。mの津波を観測した[158]。このほか、2011年7月10日[159]、2013年10月26日[160]、2014年7月12日[161]にもM7以上の余震が発生している。気象庁は3月13日から4月21日にかけて、M7.0以上の地震が3日以内に発生する「余震の発生確率」を発表、当初は70%と高かったが次第に低下していった[5][162](余震の発生確率を参照のこと)。その後4月28日には、減少がみられることから発生確率の発表を行わなくなり「今後もまれに大きな余震が起こることもある」とした[163]。大木聖子は「最大余震が1年後に発生することもありうる」、との指摘をしている[164]。同年11月18日に気象庁は地震予知連絡会で、同月15日から12月14日までの1か月間に本震域や周辺においては15%の確率でM7以上の余震が発生するとの分析結果を報告した。これは発生したM5以上の余震の傾向から得たもの。余震は減少傾向にはあるものの3月11日以前の7倍の確率であり、大きな余震への警戒を要するとしている[165]。2016年3月、政府の地震調査委員会の本蔵義守委員長は、「(本震から5年以上経った今でも)M8を超えるような規模の余震が起きてもおかしくない。」と述べた[166]。kmの範囲と、そこに隣接する海溝軸の東側(海溝外縁隆起帯=アウターライズ)を震源としている[5][167]。(内陸直下型地震:大陸プレート内地震)、震源域西側の地殻の深い所では「スラブ内地震」(深発地震:海洋プレート内地震の一種)、海溝軸東側では「アウターライズ地震」(海洋プレート内地震の一種)も発生している。日本海溝東側の海溝外縁隆起帯(アウターライズ)では本震による地殻変動の影響で、余震が発生した場合に後述のようにより規模が大きくなる可能性が高まったことも指摘されている。このほか、次節で述べるように震源域から数百kmも離れた所でM6以上の比較的大きな地震が多数発生しており、巨大地震による地殻変動の影響が考えられることもこの地震で特徴的とされる。誘発地震[編集]この地震では震源域から離れたところでも被害地震(遠隔誘発地震)が発生している。これらも大きな視点では、一連の地震活動の中に含まれると考えられており、震源域で発生する余震と区別して「誘発地震」や「広義の余震」[168]と呼ばれている。複数の専門家が、本地震によって東日本を中心に地殻変動や応力の変化が生じ、地震の発生が促進された地域があるとの見解を発表している[169][170]。独自に設置した地震計の地震波解析で判明した。km地点、M4規模であったため強い揺れは0.5秒程であった。箱根の断層が本震の影響を受けやすい向きであったために、本震による長周期の地震動(表面波)に誘発されたものとみられている。この地震は箱根に本震の表面波が到達した頃から発生しており、本震の地震波に伴う地盤の動的応力変化によって発生した動的な誘発地震と考えられている[171][172][173]。100回以上、M5未満の誘発地震が発生していたことが判明した。以前より活動が活発な飛騨や北伊豆で顕著に増加した。kmで広がっており、これは表面波の伝達速度と一致する。Rg波などの表面波により起励され、「火山近傍」「プレート境界付近」「近年の規模の大きな地震が発生した余震域」[174]などの地震が起きやすい地域で誘発されたとみられていて、動的誘発作用(ダイナミックトリガリング)によるものと推察されている。動的誘発作用が広がっていく過程が確認されたのは初めてとされる[175][176][177]。本震後の陸側プレート内部での誘発地震[編集]3月12日未明には長野県北部でM6.7、最大震度6強の地震が発生し、引き続いて震度6弱を観測する地震が2回発生するなど長野県北部から新潟県中越地方で活発な地震活動がみられた。15日夜には静岡県東部でM6.4、最大震度6強の地震が発生した。これらの地震は内陸の活断層における地震であり、気象庁は3月12日に「太平洋沖での地震と直接関係はないが、地殻変動などにより誘発された可能性は否定できない」と述べ[178]、今後も震度6弱の余震が連続して起こる可能性があると注意を呼びかけた[5]。発生した震源域付近において、本地震後から震度1以上の有感地震の増加を観測しており、本地震による地殻変動が影響した可能性があるとの見解を示している。震源域の付近に位置し本震後に発生確率が上がったとされた牛伏寺断層との関連については、「震源の状況から別の断層によるものとみられる」との見解を示している[179]。福島県会津地方から山形県置賜地方にかけては本震以降に群発地震が発生し、2011年5月7日のM4.6を最大として2011年12月末までに体に感じない微小地震を含め、16000回を越える地震を観測している。本震後には東日本全体で地殻変動が観測されていることから、これらの地震は東日本内陸部の地殻に加わっていた応力が大きく変化した事が引き金になって発生したものと考えられている[180]。このような地震は特殊な例ではなく、過去の海溝型の大地震後にも余震域周辺および震源域とは離れた場所で、数年間に渡って誘発地震が発生したケースがある[181]。km程度に位置する茨城県南部は以前より地震が多発している地帯だが、本震後も誘発地震が多数発生した。地震はフィリピン海プレートの下にさらに沈み込んでいる太平洋プレートとのプレート境界付近で発生しており[183][184]、震源となるプレート境界が異なっている。前震・本震・余震の記録」を参照)。この他にも同海溝の北隣にある千島海溝(十勝沖及び根室半島沖)、北アメリカプレート内の他の境界部(糸魚川静岡構造線および日本海東縁変動帯)での波及地震に注意する必要があるという指摘がある[185]。関東南部におけるフィリピン海プレートの境界部でも地震活動が活発化していると指摘している[186]。南関東直下地震の確率が上昇したとの報道が2011年9月以降にされているほか、調査により関東地方地下のフィリピン海プレートの深さが従来の想定よりも浅い所にあることが判明したことを受けて2012年3月には同地震の見直した震度推定が公表される[187]など、関東地方でも被害地震の発生が懸念されている。mの津波が襲来すると計算している[188]。9.0前後に更新し、誘発される可能性があると発表した[189][190]。M9規模の超巨大地震である2004年のスマトラ島沖地震のように、数年かけて周辺で大地震が続発する可能性があるという指摘[191]もなされている。(1987年)#千葉県東方沖のスロースリップ現象」も参照)。この活動の総放出エネルギー量は、モーメントマグニチュードMw6.5と推定されている[193]。地殻変動[編集]地震活動の変化[編集]本震のすべり量が大きい日本海溝の海溝軸付近では、プレート境界より深いところの海洋プレート内部では余震が多発しているものの、プレート境界の逆断層型の余震は少ない。原因として、本震時にすべり量が大きかった場所ではひずみが十分に開放された一方、その周囲では本震や余効変動によってひずみが蓄積しているため余震が多発しているのではないかという考えがあるほか、この地域では通常プレート間の固着が非常に強固であることから、本震後すぐに強固な固着が復活してしまった可能性が指摘されている[194][195]。よる海洋プレート内地震の調査では、深さ約20キロの浅い領域は本震発生以前の正断層型のまま変化はないが、約40キロの深い領域では本震発生以前の逆断層型から正断層型の地震に変化していた。本震の影響によりプレート内部の応力の方向が変化している可能性などが考えられ、これまでと異なり深い部分まで応力の方向が揃ったため、プレート内部の地震がM8級の巨大地震に及ぶ可能性も指摘されている[196][197]。日本海溝東側のように沈み込む手前の海洋プレート内で発生する地震はアウターライズ地震と呼ばれており、大きな津波が発生しても震源が陸地から遠いため揺れが小さくなるといった「津波地震」と類似した特徴があるため、避難行動が遅れて被害が拡大する恐れがある。本震40分後の15時25分に発生したM7.5の余震が該当し、過去には1933年昭和三陸地震もこのタイプで甚大な津波被害を出した。地殻変動・沈降(地盤沈下)[編集]本震および、余震を含む余効変動により、大きな地殻変動が発生した。cm以上移動するなどその範囲は広い。その後の余効変動では逆に東方向への引っ張り力を受けており、地震活動の変化が懸念されている。陸側の太平洋プレート上の震源域付近では隆起、震源域の西側では沈降が発生したため、東北から関東にかけての太平洋岸では軒並み地盤沈下が起きて二次被害をもたらしている。m以上という、世界の地震観測史上類を見ない急激な移動が生じた。