แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในโทโฮกุ พ.ศ. 2554

แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในโทโฮกุ พ.ศ. 2554(ญี่ปุ่น:東北地方太平洋沖地震;โรมาจิ:Tōhoku-chihō Taiheiyō Oki Jishin;ทับศัพท์: โทโฮกุ ชิโฮ ไทเฮโย-โอกิ จิชิน) หรือแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในภาคตะวันออกของญี่ปุ่นเป็นแผ่นดินไหวเมกะทรัสต์เกิดใต้ทะเล ขนาด 9.0แมกนิจูดนอกชายฝั่งญี่ปุ่น
เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อเวลา 14.46 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น(05:46UTC) เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554จุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหวมีรายงานว่า อยู่นอกชายฝั่งตะวันออกของคาบสมุทรโอชิกะภาคโทโฮกุโดยมีจุดเกิดแผ่นดินไหวอยู่ลึกลงไปใต้พื้นดิน 32 กิโลเมตรนับเป็นเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งรุนแรงที่สุดในประวัติศาสตร์ญี่ปุ่น และเป็นหนึ่งในห้าแผ่นดินไหวครั้งรุนแรงที่สุดของโลกเท่าที่มีการบันทึกสมัยใหม่มาตั้งแต่ พ.ศ. 2443และก่อให้เกิดคลื่นสึนามิทำลายล้างซึ่งสูงที่สุดถึง 40.5 เมตร ในมิยาโกะจังหวัดอิวาเตะภาคโทโฮกุบางพื้นที่พบว่าคลื่นได้พัดพาลึกเข้าไปในแผ่นดินลึกถึง 14 กิโลเมตรและมีคลื่นที่เล็กกว่าพัดไปยังอีกหลายประเทศหลายชั่วโมงหลังจากนั้น ได้มีการประกาศเตือนภัยสึนามิและคำสั่งอพยพตามชายฝั่งด้านแปซิฟิกของญี่ปุ่นและอีกอย่างน้อย 20 ประเทศ รวมทั้งชายฝั่งแปซิฟิกทั้งหมดของประเทศอเมริกาเหนือและอเมริกาใต้ซึ่งนอกเหนือไปจากการสูญเสียชีวิตและการทำลายล้างโครงสร้างพื้นฐานของญี่ปุ่นแล้ว คลื่นสึนามิดังกล่าวยังก่อให้เกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ขึ้น ซึ่งหลัก ๆ เป็นอุบัติเหตุแกนปฏิกรณ์ปรมาณูหลอมละลายระดับ 7 ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งและการกำหนดพื้นที่อพยพได้มีผลกระทบถึงราษฎรนับหลายแสนคนแผ่นดินไหวดังกล่าวรุนแรงเสียจนทำให้เกาะฮนชูเลื่อนไปทางตะวันออก 2.4 เมตร พร้อมกับเคลื่อนแกนหมุนของโลกไปเกือบ 10 เซนติเมตร
นายกรัฐมนตรีญี่ปุ่นนาโอโตะ คังกล่าวว่า "ในช่วงเวลาหกสิบห้าปีนับตั้งแต่สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองวิกฤตการณ์ครั้งนี้นับว่าร้ายแรงและยากลำบากที่สุดสำหรับญี่ปุ่น"สำนักงานตำรวจแห่งชาติญี่ปุ่น ระบุว่า มีผู้เสียชีวิต 15,729 ราย บาดเจ็บ 5,719 ราย และสูญหาย 4,539 ราย ในพื้นที่สิบแปดจังหวัดเช่นเดียวกับอาคารที่ถูกทำลายหรือได้รับความเสียหายกว่า 125,000 หลังแผ่นดินไหวครั้งนี้สร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อประเทศญี่ปุ่น รวมทั้งความเสียหายอย่างหนักต่อถนนและรางรถไฟ เช่นเดียวกับเหตุเพลิงไหม้ในหลายพื้นที่ และเขื่อนแตกบ้านเรือนราว 4.4 ล้านหลังคาเรือนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้ และอีก 1.5 ล้านคนไม่มีน้ำใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่องไม่สามารถใช้การได้ และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างน้อยสามเครื่องได้รับความเสียหาย เนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ชั้นนอก และยังได้มีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งเกิดระเบิดขึ้นเกือบ 24 ชั่วโมงหลังเหตุแผ่นดินไหวครั้งแรก อย่างไรก็ตาม แรงระเบิดในพื้นที่ไม่รวมสารกัมมันตรังสีอยู่ด้วยประชาชนซึ่งอยู่อาศัยในรัศมี 20 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งและรัศมี 10 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่สองถูกสั่งอพยพ
ประมาณการความเสียหายเบื้องต้นเฉพาะที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหวอย่างเดียว อยู่ระหว่าง 14,500 ถึง 34,600 ล้านดอลลาร์สหรัฐธนาคารกลางญี่ปุ่นอัดฉีดเงินเข้าสู่ระบบอย่างน้อย 15 ล้านล้านเยนเมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2554 เพื่อพยายามฟื้นฟูสภาพการตลาดให้กลับคืนสู่สภาพปกติเมื่อวันที่ 21 มีนาคมธนาคารโลกประมาณการความเสียหายระหว่าง 122,000 ถึง 235,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐรัฐบาลญี่ปุ่นประกาศว่ามูลค่าความเสียหายจากภัยพิบัติแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิอาจมีมูลค่าสูงถึง 309,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งทำให้มันเป็นภัยธรรมชาติที่สร้างความเสียหายมากที่สุดเท่าที่มีการบันทึกมา
แผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดขึ้นในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกที่ระดับความลึกค่อนข้างน้อยเพียง 32 กิโลเมตร โดยศูนย์กลางแผ่นดินใหญ่อยู่ห่างจากคาบสมุทรโอชิกะ ภาคโทโฮกุ ประมาณ 72 กิโลเมตร เป็นเวลาอย่างน้อยหกนาทีนครใหญ่ที่ใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่สุดคือเซ็นไดบนเกาะฮนชูเกาะหลักของญี่ปุ่น ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 130 กิโลเมตร กรุงโตเกียวอยู่ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 373 กิโลเมตรแผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดขึ้นหลังแผ่นดินไหวนำอย่างรุนแรง และมีรายงานแผ่นดินไหวตามอีกหลายร้อยครั้งตามมาฟอร์ช็อก(แผ่นดินไหวนำ) ใหญ่ครั้งแรกเป็นเหตุแผ่นดินไหวนำความรุนแรง 7.2 แมกนิจูด เมื่อวันที่ 9 มีนาคม ห่างจากจุดที่เกิดแผ่นดินไหวเมื่อวันที่ 11 มีนาคมไปอย่างน้อย 40 กิโลเมตร ตามด้วยฟอร์ช็อกอีกสามครั้งที่เกิดขึ้นในวันเดียวกัน ซึ่งล้วนแต่ความรุนแรงมากกว่า 6 แมกนิจูดหลังเกิดแผ่นดินไหว อาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 7.0 แมกนิจูด ได้รับรายงานเมื่อเวลา 15.06 น. (ตามเวลาท้องถิ่น) ตามด้วย 7.4 เมื่อเวลา 15.15 น. และ 7.2 เมื่อเวลา 15.26 น.อาฟเตอร์ช็อกมากกว่าแปดร้อยครั้งมีความรุนแรงมากกว่า 4.5 แมกนิจูดตั้งแต่เกิดแผ่นดินไหวหลักอาฟเตอร์ช็อกเป็นไปตามกฎโอโมริ ซึ่งกล่าวว่า อัตราอาฟเตอร์ช็อกลดลงแปรผันตรงกับเวลาตั้งแต่แผ่นดินไหวหลัก ดังนั้น อาฟเตอร์ช็อกจึงเกิดขึ้นน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่อาจเกิดขึ้นเรื่อย ๆ อีกหลายปี
หนึ่งนาทีก่อนผลกระทบจากแผ่นดินไหวจะรู้สึกได้ในกรุงโตเกียวระบบแจ้งเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้าซึ่งมีเครื่องตรวจวัดแผ่นดินไหวมากกว่าหนึ่งพันตัวในญี่ปุ่น ได้ส่งคำเตือนออกอากาศทางโทรทัศน์เกี่ยวกับเหตุแผ่นดินไหวแก่ชาวญี่ปุ่นหลายล้านคนคลื่นเอสแผ่นดินไหว ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 4 กิโลเมตรต่อวินาที จึงใช้เวลา 90 วินาทีในการเดินทาง 373 กิโลเมตรไปยังกรุงโตเกียวสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นเชื่อว่าระบบการแจ้งเตือนภัยล่วงหน้าสามารถช่วยหลายชีวิตคำเตือนต่อสาธารณชนถูกส่งไปราว 8 วินาทีหลังคลื่นพีแรกถูกตรวจจับ หรือ 31 วินาทีหลังเกิดแผ่นดินไหว อย่างไรก็ตาม ความรุนแรงที่ประเมินไว้น้อยกว่าความเป็นจริงในบางพื้นที่ในคันโตและโทโฮะกุ
ตอนแรก USGS รายงานความรุนแรงของแผ่นดินไหวอยู่ที่ 7.9 แมกนิจูด แต่ปรับเพิ่มเป็น 8.8 และ 8.9 อย่างรวดเร็วและปรับเพิ่มอีกครั้งเป็น 9.0 แมกนิจูด
แผ่นดินไหวครั้งนี้เกิดขึ้นโดยแผ่นแปซิฟิกมุดตัวลงใต้แผ่นเปลือกโลกใต้ฮนชูเหนือ ซึ่งแผ่นเปลือกโลกแผ่นใดที่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวขึ้นนี้ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ในหมู่นักวิทยาศาสตร์แผ่นแปซิฟิก ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตรา 8 ถึง 9 เซนติเมตรต่อปี ลาดลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกซึ่งรองรับฮนชู และปลดปล่อยพลังงานออกมามหาศาล การเคลื่อนไหวนี้ดึงแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ข้างบนลงจนกระทั่งเกิดความเครียดมากพอที่จะเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหวขึ้น การแตกทำให้ระดับน้ำทะเลเพิ่มสูงขึ้นหลายเมตร แผ่นดินไหวความรุนแรงระดับนี้โดยปกติแล้วจะมีความยาวรอยเลื่อนอย่างน้อย 480 กิโลเมตร และมักเกิดขึ้นโดยมีพื้นผิวรอยแยกค่อนข้างตรงและยาว เพราะรอยต่อแผ่นเปลือกโลกและเขตมุดตัวในพื้นที่ของรอยเลื่อนไม่ตรง ความรุนแรงของแผ่นดินไหวครั้งนี้ที่เกิน 8.5 แมกนิจูดจึงผิดปกติ และสร้างความประหลาดใจแก่นักแผ่นดินไหววิทยาบางคนพื้นที่ศูนย์กลางแผ่นดินไหวขยายจากนอกชายฝั่งจังหวัดอิวะเตะไปจนถึงนอกชายฝั่งจังหวัดอิบาระกิสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่น ว่า แผ่นดินไหวอาจทำให้เขตรอยเลื่อนแตกออกจากอิวะเตะถึงอิบะระกิ โดยมีความยาว 500 กิโลเมตร และกว้าง 200 กิโลเมตรการวิเคราะห์แสดงว่า แผ่นดินไหวนี้ประกอบด้วยชุดเหตุการณ์สามอย่างประกอบกันแผ่นดินไหวอาจมีกลไกลคล้ายคลึงกับแผ่นดินไหวใหญ่ใน พ.ศ. 1412 โดยมีขนาดคลื่นพื้นผิวที่ 8.6 ซึ่งได้ก่อให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่เช่นกันแผ่นดินไหวใหญ่ที่ก่อให้เกิดคลื่นสึนามิอื่น ถล่มพื้นที่ชายฝั่งซานริกุใน พ.ศ. 2439 และ 2486
การสั่นไหวที่รุนแรงถูกจัดให้อยู่ในระดับ 7 ซึ่งเป็นระดับสูงสุดของมาตรความรุนแรงแผ่นดินไหวของสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นในคูริฮาระจังหวัดมิยางิส่วนในจังหวัดอื่นอีกสามจังหวัด ได้แก่จังหวัดฟูกูชิมะจังหวัดอิบารากิและจังหวัดโทจิงิถูกบันทึกไว้ว่าอยู่ในระดับ 6 บนตามมาตราดังกล่าว ส่วนสถานีแผ่นดินไหวในจังหวัดอิวาเตะจังหวัดกุมมะจังหวัดไซตามะและจังหวัดชิบะวัดความรุนแรงได้ในระดับ 6 ล่าง และ 5 บนในโตเกียว
สำนักงานข้อมูลปริภูมิ (Geospatial Information Authority) ญี่ปุ่น รายงานการทรุดตัวของแผ่นดิน ที่วัดค่าโดยจีพีเอสจากค่าล่าสุดเมื่อวันที่ 14 เมษายน พ.ศ. 2554ที่ลดลงมากที่สุดคือ คาบสมุทรโอชิกะ จังหวัดมิยะงิ 1.2 เมตรด้านนักวิทยาศาสตร์ว่า การทรุดตัวดังกล่าวเป็นการถาวร และจะส่งผลให้ชุมชนที่ประสบการทรุดตัวของแผ่นดินนี้จะเสี่ยงต่อภาวะอุทกภัยในช่วงน้ำขึ้นมากยิ่งขึ้น
แผ่นดินไหวดังกล่าวปลดปล่อยพลังงานพื้นผิวออกมากว่า 1.9±0.5×10จูลซึ่งประกอบด้วยพลังงานสั่นสะเทือนและสึนามิ ซึ่งเป็นเกือบสองเท่าของพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในมหาสมุทรอินเดีย พ.ศ. 2547ซึ่งคร่าชีวิตผู้คนไปกว่า 230,000 คน หากสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานดังกล่าวได้ พลังงานคลื่นพื้นผิวจากแผ่นดินไหวนี้จะเพียงพอต่อนครขนาดลอสแอนเจลิสได้ทั้งปีสำหรับพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาทั้งหมด หรือที่รู้จักกันว่าโมเมนต์แผ่นดินไหวมีค่ามากกว่า 200,000 เท่าของพลังงานพื้นผิว และสามารถคำนวณได้อยู่ที่ 3.9×10จูลน้อยกว่าแผ่นดินไหวในมหาสมุทรอินเดียเมื่อ พ.ศ. 2547 เล็กน้อย พลังงานดังกล่าวเท่ากับทีเอ็นที9,320 กิกะตัน หรืออย่างน้อย 600 ล้านเท่าของพลังงานของระเบิดนิวเคลียร์ที่ถล่มฮิโรชิมะ
สถาบันพลังงานนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกาเปิดเผยตัวเลขซึ่งระบุว่าแผ่นดินไหวดังกล่าวสร้างความเร่งสูงสุดของพื้นดินอยู่ที่ 0.35 จี (3.43 ม./วินาที²) ใกล้กับจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหวจากการศึกษาโดยมหาวิทยาลัยโตเกียวชี้ว่าในบางพื้นที่มีค่าความเร่งสูงสุดเกินกว่า 0.5 จี (4.9 ม./วินาที²)ด้านสถาบันวิจัยโลกศาสตร์และการป้องกันภัยพิบัติแห่งชาติ (NIED) ของญี่ปุ่นได้คำนวณค่าความเร่งสูงสุดของพื้นดินไว้ที่ 2.99 จี (29.33 ม./วินาที²)ส่วนค่าที่บันทึกได้มากที่สุดในญี่ปุ่นอยู่ที่ 2.7 จี ในจังหวัดมิยางิ ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 75 กิโลเมตร ส่วนค่าที่อ่านได้สูงสุดในพื้นที่มหานครโตเกียวอยู่ที่ 0.16 จี
แผ่นดินไหวดังกล่าวได้ขยับส่วนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไปราว 2.4 เมตรเข้าใกล้ทวีปอเมริกาเหนือทำให้ผืนทวีปของญี่ปุ่นบางส่วน "กว้างขึ้นกว่าแต่ก่อน"ส่วนของญี่ปุ่นที่อยู่ใกล้จุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหวมากที่สุดขยับไปมากที่สุดสไตน์ระบุว่าแนวชายฝั่งยาว 400 กิโลเมตรลดระดับลงตามแนวดิ่ง 0.6 เมตร ทำให้คลื่นสึนามิเคลื่อนที่พัดเข้าสู่พื้นดินได้ไกลขึ้นและเร็วขึ้นการประเมินขั้นต้นเสนอว่า แผ่นแปซิฟิกอาจเลื่อนไปทางตะวันตกมากที่สุด 20 เมตรการประเมินขั้นต้นอีกแหล่งหนึ่ง ชี้ว่าการเลื่อนไหลอาจเป็นระยะทางมากถึง 40 เมตรมีความยาวระหว่าง 300 ถึง 400 กิโลเมตร และกว้าง 100 กิโลเมตร หากข้อมูลดังกล่าวได้รับการพิสูจน์ยืนยัน แผ่นดินไหวครั้งนี้อาจเป็นหนึ่งในการเคลื่อนที่ของรอยเลื่อนที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยเกิดขึ้นจากแผ่นดินไหววันที่ 6 เมษายน ยามฝั่งญี่ปุ่นระบุว่า แผ่นดินไหวดังกล่าวเลื่อนก้นทะเลใกล้กับจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหว 24 เมตร และยกระดับก้นทะเลนอกชายฝั่งจังหวัดมิยางิสูงขึ้น 3 เมตร
แผ่นดินไหวดังกล่าวได้ย้ายตำแหน่งแกนโลกไป โดยประเมินไว้ระหว่าง 10 ถึง 25 เซนติเมตรการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโลกเล็กน้อยหลายอย่าง รวมทั้งความยาวของวันและความเอียงของโลกอัตราเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกเพิ่มขึ้น ทำให้วันหนึ่งสั้นลง 1.8 ไมโครวินาทีเนื่องจากการกระจายมวลโลกใหม่ การเคลื่อนย้ายแกนเกิดขึ้นจากการกระจายมวลบนพื้นผิวของโลกใหม่ซึ่งเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ความเฉื่อยของโลก จากผลกระทบในการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมการเปลี่ยนแปลงความเฉื่อยดังกล่าวทำให้อัตราการหมุนของโลกเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยซึ่งเป็นสิ่งที่คาดการณ์ไว้สำหรับแผ่นดินไหวที่มีความรุนแรงระดับนี้
ปรากฏการณ์ดินเหลว (soil liquefaction) ปรากฏชัดเจนในพื้นดินที่เกิดจากการถมทะเล (reclaimed land) รอบกรุงโตเกียว โดยเฉพาะในอูรายาซุนครชิบะฟูนาบาชิ นาราชิโนะ (จังหวัดชิบะ) และในเขตโกโต เอโดงาวะ มินาโตะ ชูโอ และโอตะในกรุงโตเกียว มีบ้านหรืออาคารถูกทำลายอย่างน้อย 30 หลัง และอาคารอื่นอีก 1,046 หลังได้รับความเสียหายในระดับต่าง ๆ กันท่าอากาศยานฮาเนดะที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งส่วนใหญ่สร้างบนพื้นที่ดินเกิดจากการถมทะเลนั้น ไม่ได้รับความเสียหาย โอไดบะก็เผชิญกับปรากฏการณ์ดังกล่าวเช่นกัน แต่ความเสียหายเล็กน้อยมาก
ภูเขาไฟชินโมอิเดเกะภูเขาไฟบนเกาะคีวชูปะทุขึ้นสองวันหลังจากแผ่นดินไหวดังกล่าว จากที่เคยปะทุขึ้นมาแล้วเมื่อเดือนมกราคม พ.ศ. 2554 ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าการปะทุดังกล่าวมีความเชื่อมโยงกับแผ่นดินไหวหรือไม่ในแอนตาร์กติกาคลื่นแผ่นดินไหวจากแผ่นดินไหวดังกล่าวได้รับรายงานว่าทำให้ธารน้ำแข็งวิลแลนส์ไถลไป 0.5 เมตร
ญี่ปุ่นเกิดอาฟเตอร์ช็อกมากกว่า 1,200 ครั้งนับแต่เกิดแผ่นดินไหวขึ้น โดยมี 60 ครั้ง ที่มีความรุนแรงมากกว่า 6.0 แมกนิจูด และมีอย่างน้อย 3 ครั้ง ที่มีความรุนแรงมากกว่า 7.0 แมกนิจูด อาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 7.7 และ 7.9 แมกนิจูด เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 11 มีนาคมและครั้งที่สามเกิดขึ้นนอกชายฝั่งเมื่อวัที่ 7 เมษายน โดยความรุนแรงยังไม่สามารถตกลงกันได้ มีจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ใต้ทะเล 66 กิโลเมตรนอกชายฝั่งเซ็นได สำนักอุตุนิยมวิทยากำหนดความรุนแรงไว้ที่ 7.4 MJMAขณะที่สำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐลดลงเหลือ 7.1 แมกนิจูดมีผู้เสียชีวิตอย่างน้อยสี่คน และกระแสไฟฟ้าถูกตัดขาดเป็นบริเวณกว้างทางตอนเหนือของญี่ปุ่น รวมทั้งการสูญเสียพลังงานภายนอกไปยังโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฮิงาชิโดริ และโรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงรกกาโชะสี่วันให้หลัง วันที่ 11 เมษายนเกิดอาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 6.6 แมกนิจูดถล่มฟุกุชิมะอีกครั้งหนึ่ง ทำให้เกิดความเสียหายเพิ่มเติมและมีผู้เสียชีวิตสามคน
จนถึงอาฟเตอร์ช็อกวันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2554 ที่ยังดำเนินไป แผนที่ที่อัปเดตเป็นประจำแสดงอาฟเตอร์ช็อกที่มีความรุนแรงมากกว่า 4.5 แมกนิจูด ทั้งใกล้หรือนอกชายฝั่งตะวันออกของฮนชูในเจ็ดวันหลังสุดแสดงให้เห็นว่าเกิดขึ้น 20 ครั้ง
ในตอนแรกกรมอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นประกาศขนาดค่าเบื้องต้นที่ 7.9 แต่เมื่อเวลา 16:00 น.ได้เพิ่มขนาดเป็น 8.4แต่ต่อมาได้มีการเพิ่มขนาดเป็น 8.8 เมื่อเวลา 17:30 น. กลายเป็นแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ที่มีการสังเกตุการไว้ในประเทศญี่ปุ่น แต่ในวันที่ 13 มีนาคม กรมอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นได้เพิ่มขนาดเป็น 9.0
แผ่นดินไหวดังกล่าวซึ่งเกิดจากการนูนขึ้น 5 ถึง 8 เมตร บนก้นทะเลยาว 180 กิโลเมตร ห่างจากชายฝั่งตะวันออกของโทโฮกุ 60 กิโลเมตรทำให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่ซึ่งสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงตามแนวชายฝั่งแปซิฟิกของหมู่เกาะตอนเหนือของญี่ปุ่น และส่งผลให้เกิดความสูญเสียชีวิตนับหลายพัน และหลายเมืองถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิง คลื่นสีนามิยังได้แพร่ขยายไปทั่วมหาสมุทรแปซิฟิก และมีการออกคำเตือนและคำสั่งอพยพในหลายประเทศที่ติดมหาสมุทรแปซิฟิก รวมทั้งตลิดชายฝั่งแปซิฟิกของอเมริกาเหนือและใต้ ตั้งแต่อะแลสกาไปจนถึงชิลีอย่างไรก็ตาม แม้ว่าสึนามิจะเดินทางไปถึงหลายประเทศ แต่ก็มีผลกระทบค่อนข้างน้อย ชายฝั่งชิลีส่วนที่ติดกับมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งอยู่ห่างจากญี่ปุ่นมากที่สุด (ราว 17,000 กิโลเมตร) ส่วนระยะทางบนโลกที่ไกลที่สุดที่เป็นไปได้อยู่ที่ครึ่งเส้นรอบวง ราว 20,000 กิโลเมตร) ก็ยังได้รับผลกระทบเป็นคลื่นสึนามิสูง 2 เมตรคลื่นสึนามิสูง 38.9 เมตรถูกประเมินที่คาบสมุทรโอโมเอะ เมืองมิยาโกะ จังหวัดอิวาเตะ
ประกาศเตือนภัยสึนามิออกโดยสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นจัดสึนามิดังกล่าวในระดับสูงสุดตามมาตราของตน โดยจัดเป็น "สึนามิขนาดใหญ่" ซึ่งมีความสูงอย่างน้อย 3 เมตรการคาดการณ์ความสูงที่แท้จริงนั้นแตกต่างกันไป โดยมีการคาดการณ์สูงสุดในจังหวัดมิยางิที่ 6 เมตรคลื่นสึนามิพัดเข้าท่วมพื้นที่ประมาณ 561 ตารางกิโลเมตรในญี่ปุ่น
แผ่นดินไหวเกิดขึ้นเมื่อเวลา 14.46 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น ห่างจากแนวชายฝั่งญี่ปุ่นที่ใกล้ที่สุดไปราว 67 กิโลเมตร และตอนแรกมีการประเมินว่าคลื่นสึนามิจะใช้เวลาเดินทางมายังพื้นที่แรกที่ได้รับผลกระทบระหว่าง 10 ถึง 30 นาที ตามด้วยพื้นที่เหนือขึ้นไปและใต้ลงมาตามภูมิศาสตร์ของแนวชายฝั่ง หลังเกิดแผ่นดินไหวขึ้นหนึ่งชั่วโมงเล็กน้อย เมื่อเวลา 15.55 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น คลื่นสึนามิได้รับรายงานว่าพัดเข้าท่วมท่าอากาศยานเซ็นไดซึ่งตั้งอยู่ใกล้ชายฝั่งจังหวัดมิยางิโดยคลื่นได้พัดพาเอารถยนต์และเครื่องบิน ตลอดจนท่วมอาคารเป็นจำนวนมากขณะที่คลื่นถาโถมเข้าไปในแผ่นดินนอกจากนี้ ยังมีรายงานคลื่นสึนามิความสูง 4 เมตรเข้าถล่มจังหวัดอิวะเตะเขตวากาบายาชิในเซ็นไดยังได้รับผลกระทบค่อนข้างหนักเป็นพิเศษแหล่งอพยพคลื่นสึนามิที่กำหนดไว้อย่างน้อย 101 แห่งได้รับความเสียหายจากคลื่น
เช่นเดียวกับเหตุการณ์แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในมหาสมุทรอินเดีย พ.ศ. 2547และเหตุการณ์พายุไซโคลนนาร์กิสความเสียหายจากคลื่นที่พัดเข้าถล่ม แม้ว่าจะกินพื้นที่จำกัดเฉพาะในท้องถิ่นกว่ามาก แต่ก็ก่อให้เกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สินมากกว่าตัวแผ่นดินไหวเอง มีรายงานว่า เมืองทั้งเมืองถูกทำลายจากพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นสึนามิในญี่ปุ่น รวมทั้งเมืองมินามิซังริกุซึ่งมีผู้สูญหายกว่า 9,500 คนร่างของผู้เสียชีวิตหนึ่งพันคนถูกเก็บกู้ในเมืองเมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2554ในบรรดาปัจจัยที่ทำให้ยอดผู้เสียชีวิตจากคลื่นสึนามิสูงนั้น ข้อหนึ่งเป็นเพราะแรงกระแทกของน้ำขนาดใหญ่ที่ไม่คาดฝัน และกำแพงสึนามิที่ตั้งอยู่ในนครหลายแห่งที่ได้รับผลกระทบ ป้องกันได้เฉพาะคลื่นสึนามิที่ขนาดเล็กกว่านี้มาก นอกจากนี้ หลายคนที่ถูกคลื่นสึนามิพัดพาไปคิดว่าพวกตนอยู่บนที่สูงพอจะปลอดภัยแล้ว
พื้นที่ส่วนใหญ่ของเมืองคูจิและพื้นที่ส่วนใต้ของโอฟูนาโตะรวมทั้งบริเวณท่าเรือเกือบถูกทำลายอย่างสิ้นเชิงนอกจากนี้ เมืองที่เกือบถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิงคือ ริกูเซ็นตากาตะ ซึ่งมีรายงานว่าคลื่นสึนามิมีความสูงเท่ากับตึกสามชั้นเมืองอื่นที่ได้รับรายงานว่าถูกทำลายหรือได้รับความเสียหายอย่างหนักจากคลื่นสึนามิ ได้แก่โอตสึจิและยามาดะในจังหวัดอิวาเตะนามิเอะโซมะและมินามิโซมะในจังหวัดฟูกูชิมะ และโอนางาวะนาโตริอิชิโนมากิและเคเซ็นนูมะในจังหวัดมิยางิผลกระทบรุนแรงที่สุดจาดคลื่นสึนามิเกิดขึ้นตามแนวชายฝั่งยาว 670 กิโลเมตรตั้งแต่เอริมะทางเหนือไปจนถึงโออาราอิทางใต้ ซึ่งการทำลายล้างส่วนใหญ่ในพื้นที่เกิดขึ้นในชั่วโมงหลังจากเกิดแผ่นดินไหวคลื่นสึนามิยังได้พัดพาเอาสะพานเพียงหนึ่งเดียวที่เชื่อมต่อกับมิยาโตจิมะ จังหวัดมิยางิ ทำให้ประชากร 900 คนบนเกาะขาดการติดต่อทางบกกับแผ่นดินใหญ่คลื่นสึนามิสูง 2 เมตรพัดถล่มจังหวัดชิบะ ราวสองชั่วโมงครึ่งให้หลังเหตุแผ่นดินไหว ก่อให้เกิดความเสียหายแย่างหนักต่อนครอาซาฮิ
13 มีนาคม พ.ศ. 2554 สำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นเผยแพร่รายละเอียดการสังเกตคลื่นสึนามิที่บันทึกไว้รอบแนวชายฝั่งของญี่ปุ่นหลังเกิดเหตุแผ่นดินไหว การอ่านค่าเหล่านี้ รวมทั้งค่าสึนามิสูงสุด (tsunami maximum reading) สูงกว่า 3 เมตรค่าที่ได้นั้นเป็นข้อมูลมาจากสถานีบันทึกที่ดำเนินการโดยสำนักอุตุนิยมวิทยารอบแนวชายฝั่งญี่ปุ่น หลายพื้นที่ยังได้รับผลกระทบจากคลื่นความสูง 1 ถึง 3 เมตร และประกาศสำนักอุตุนิยมวิทยายังมีคำเตือนว่า "ตามแนวชายฝั่งบางส่วน คลื่นสึนามิอาจสูงกว่าที่สังเกตจากจุดสังเกต" การบันทึกคลื่นสึนามิสูงสุดแรกสุดนั้นอยู่ระหว่าง 15.12 ถึง 15.21 น. ระหว่าง 26 ถึง 35 นาทีหลังเกิดแผ่นดินไหว ประกาศยังรวมรายละเอียดการสังเกตคลื่นสึนามิเบื้องต้น เช่นเดียวกับแผนที่รายละเอียดมากกว่าของแนวชายฝั่งที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นสึนามิ
23 มีนาคม พ.ศ. 2554 สถาบันวิจัยท่าเรือและท่าอากาศยานรายงานความสูงของสึนามิโดยเยือนจุดท่าเรือหรือโดยการส่งข้อมูลทางไกลจากนอกชายฝั่ง โดยค่าที่วัดได้สูงกว่า 10 เมตร ได้แก่ พื้นที่ท่าเรือโอฟูนาโตะ 24 เมตร ท่าเรือประมงโอนางาวะ 15 เมตร และพื้นที่ท่าอากาศยานเซ็นได 12 เมตร
ทีมวิจัยร่วมจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโยโกฮามะและมหาวิทยาลัยโตเกียวยังรายงานว่าสึนามิที่อ่าวเรียวริ โอฟูนาโตะ มีความสูงประมาณ 30 เมตร พวกเขาพบอุปกรณ์ประมงกระจัดกระจายอยู่บนผาสูงเหนืออ่าวที่ทาโร อิวาเตะ นักวิจัยมหาวิทยาลัยโตเกียวรายงานว่า ความสูงของคลื่นสึนามิที่ประเมินไว้อยู่ที่ 37.9 เมตร ถึงไหลเขาที่อยู่ห่างจากแนวชายฝั่งประมาณ 200 เมตรเช่นเดียวกัน ที่ไหล่เขาของภูเขาใกล้เคียง 400 เมตร จากท่าเรือประมงอาเนโยชิ (姉吉漁港) บนคาบสมุทรโอโมเอะ (重茂半島) ในมิยาโกะ จังหวัดอิวะเตะ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ทางทะเลและเทคโนโลยีโตเกียว พบว่า คลื่นสึนามิที่ประเมินไว้สูงถึง 38.9 เมตรความสูงระดับนี้คาดว่าน่าจะเป็นประวัติศาสตร์ญี่ปุ่น จนถึงวันที่รายงาน ซึ่งเกิน 38.2 เมตร จากแผ่นดินไหวเมจิ-ซังริกุ พ.ศ. 2439
การศึกษาของรัฐบาลญี่ปุ่นพบว่า มีประชากรเพียง 42% ในพื้นที่ชายฝั่งจังหวัดอิวาเตะ มิยางิ และฟูกูชิมะใส่ใจต่อคำเตือนคลื่นสึนามิทันทีหลังแผ่นดินไหวและมุ่งหน้าขึ้นที่สูง ในบรรดาผู้ที่พยายามอพยพหลังทราบคำเตือนดังกล่าว มีเพียง 5% เท่านั้นที่ถูกพัดพาไปโดยคลื่นสึนามิ และในบรรดาผู้ที่ไม่ใส่ใจต่อคำเตือน มี 49% ถูกพัดพาไปกับคลื่น
ไม่นานหลังเกิดแผ่นดินไหวศูนย์เตือนภัยสึนามิแปซิฟิกในฮาวายเฝ้าระวังสึนามิและประกาศสำหรับตำแหน่งในแปซิฟิก เมื่อเวลา 7.30 น.UTCศูนย์เตือนภัยฯ ได้ออกประกาศเตือนภัยอย่างกว้างขวางซึ่งครอบคลุมทั่วมหาสมุทรแปซิฟิกรัสเซียสั่งอพยพประชากร 11,000 คนจากพื้นที่ชายฝั่งของหมู่เกาะคูริลศูนย์เตือนภัยสึนามิชายฝั่งตะวันตกและอะแลสกาของสหรัฐอเมริกาได้ออกประกาศเตือนภัยสึนามิสำหรับพื้นที่ชายฝั่งของรัฐแคลิฟอร์เนียส่วนใหญ่รัฐออริกอนทั้งหมด และส่วนตะวันตกของอะแลสกา และรายงานสึนามิครอบคลุมแนวชายฝั่งแปซิฟิกส่วนใหญ่ของอะแลสการัฐวอชิงตันและบริติชโคลัมเบียประเทศแคนาดาในรัฐแคลิฟอร์เนียและโอเรกอน คลื่นสึนามิสูงถึง 2.4 เมตรเข้าถล่มบางพื้นที่ ทำความเสียหายแก่อู่เรือและท่าเรือในเคอร์รีเคาน์ตี (Curry County) รัฐออริกอน เกิดความเสียหาย 7 ล้านดอลลาร์สหรัฐ รวมทั้งพื้นที่อู่เรือ 3,600 ฟุตที่ท่าเรือบรุกกิงส์ (Brookings) เคานต์ตีได้รับเงินช่วยเหลือฉุกเฉิน 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐจากองค์กรเพื่อการบริหารจัดการสถานการ์ณฉุกเฉินแห่งรัฐบาลกลาง (FEMA)คลื่นสึนามิสูง 1 พัดเข้าถล่มแวนคูเวอร์ในประเทศแคนาดาทำให้มีการอพยพบางส่วน ทำให้เรือถูกห้ามออกสู่ทะเลรอบเกาะเป็นเวลา 12 ชั่วโมงหลังคลื่นกระทบฝั่ง ทิ้งให้ชาวเกาะหลายคนติดอยู่ในพื้นที่ปราศจากวิธีออกไปทำงาน
ในฟิลิปปินส์คลื่นสูงถึง 0.5 เมตรพัดเข้าถล่มชายฝั่งตะวันออกของประเทศ บ้านบางหลังตามชายฝั่งจายาปุระ(Jayapura)ประเทศอินโดนีเซียถูกทำลายทางการในวีวัก (Wewak) เซปิกตะวันออก (East Sepik)ปาปัวนิวกินีอพยพผู้ป่วย 100 คนจากโรงพยาบาลของนครแห่งนั้น ก่อนที่จะถูกคลื่นพัดกระทบ ก่อให้เกิดความเสียหายประเมินไว้ 4 ล้านดอลลาร์สหรัฐรัฐฮาวายประมาณความเสียหายที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานสาธารณะอย่างเดียวอยู่ที่ 3 ล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยมีความเสียหายต่อทรัพย์สินของเอกชนอีกหลายล้านดอลลาร์สหรัฐ รวมทั้ง โรงแรมรีสอร์ต โดยประเมินความเสียหายไว้หลายสิบล้านดอลล่าร์มีรายงานว่าคลื่นสูง 1.5 เมตรจมเวิ้งน้ำปะการังและเกาะสปิต (Spit Island) ของมิดเวย์อะทอลล์ทำให้นกทะเลที่ทำรังอยู่ที่เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าแห่งชาติมิดเวย์อะทอลล์ตายกว่า 110,000 ตัวสำหรับประเทศแปซิฟิกใต้อื่นอีกบางประเทศ รวมทั้งตองงาและนิวซีแลนด์และดินแดนอเมริกันซามัวและกวมของสหรัฐ เผชิญกับคลื่นขนาดใหญ่กว่าปกติ แต่ไม่มีรายงานความเสียหายมากนักอย่างไรก็ตาม ถนนบางสายในกวมถูกปิดและประชาชนถูกอพยพจากพื้นที่ลุ่มต่ำ
ตามชายฝั่งแปซิฟิกของเม็กซิโกและอเมริกาใต้มีรายงานคลื่นสึนามิพัดถล่ม แต่ในหลายพื้นที่ได้ก่อให้เกิดความเสียหายเพียงเล็กน้อยไปจนถึงไม่เกิดผลกระทบเลยมีรายงานว่าคลื่นสูง 1.5 เมตรพัดเข้าถล่มเปรูและบ้านเรือนมากกว่า 300 หลังคาเรือนได้รับความเสียหายคลื่นสึนามิในชิลีเองก็มีขนาดใหญ่พอที่จะก่อให้เกิดความเสียหายแก่บ้านเรือนมากกว่า 200 หลังคาเรือนโดยมีคลื่นสูงถึง 3 เมตรในหมู่เกาะกาลาปาโกสมี 260 ครอบครัวได้รับความช่วยเหลือหลังคลื่นสูง 3 เมตรพัดเข้าถล่ม คลื่นดังกล่าวมาถึงยี่สิบชั่วโมงหลังแผ่นดินไหว แต่ก็หลังประกาศแจ้งเตือนภัยสึนามิถูกยกเลิกไปแล้วสิ่งปลูกสร้างบนหมู่เกาะได้รับความเสียหายอย่างหนัก และมีรายงานผู้ได้รับบาดเจ็บหนึ่งคน แต่ไม่มีรายงานผู้เสียชีวิต
คลื่นสึนามิดังกล่าวยังทำให้ภูเขาน้ำแข็งแตกออกจากหิ้งน้ำแข็งซูลส์เบอร์เกอร์ (Sulzberger Ice Shelf) ในแอนตาร์กติกาห่างจากจุดเกิดแผ่นดินไหวออกไป 13,000 กิโลเมตร ภูเขาน้ำแข็งหลักวัดขนาดได้ 9.5 คูณ 6.5 กิโลเมตร หรือพื้นที่ประมาณเกาะแมนฮัตตันและหนาประมาณ 80 เมตร รวมแล้วมีน้ำแข็งแตกออกไป 125 ตารางกิโลเมตร
ระดับและขอบเขตความเสียหายอันเกิดจากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิที่เกิดตามมานั้นใหญ่หลวง โดยความเสียหายส่วนใหญ่นั้นเป็นผลจากคลื่นสึนามิ คลิปวิดีโอของเมืองที่ได้รับผลกระทบเลวร้ายที่สุดแสดงให้เห็นภาพของเมืองที่เหลือเพียงเศษซาก ซึ่งแทบจะไม่เหลือส่วนใดของเมืองเลยที่ยังมีสิ่งปลูกสร้างเหลืออยู่การประเมินขอบเขตมูลค่าความเสียหายอยู่ในระดับหลายหมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ ภาพถ่ายดาวเทียมเปรียบเทียบก่อนและหลังในพื้นที่ที่ถูกทำลายล้างนั้นแสดงให้เห็นความเสียหายอย่างมโหฬารที่เกิดในหลายพื้นที่แม้ญี่ปุ่นจะลงทุนเป็นมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐไปกับกำแพงกั้นน้ำต่อต้านสึนามิ ซึ่งลากผ่านอย่างน้อย 40% ของแนวชายฝั่งทั้งหมด 34,751 กิโลเมตร และมีความสูงถึง 12 เมตรก็ตาม แต่คลื่นสึนามิก็เพียงทะลักข้ามยอดกำแพงกั้นน้ำบางส่วน และทำให้กำแพงบางแห่งพังทลาย
สำนักงานตำรวจแห่งชาติของญี่ปุ่น แถลงเมื่อวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2554 ว่า มีอาคาร 45,700 หลังถูกทำลาย และอีก 144,300 หลังได้รับความเสียหายจากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ อาคารที่ได้รับความเสียหายนั้น ประกอบด้วย 29,500 หลังในจังหวัดมิยะงิ 12,500 หลังในจังหวัดอิวาเตะ และ 2,400 หลังในจังหวัดฟูกูชิมะโรงพยาบาลขนาดใหญ่กว่า 20 เตียง 300 แห่งในโทโฮกุได้รับความเสียหายจากภัยพิบัติดังกล่าว โดยมี 11 โรงถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิงแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิก่อให้เกิดกองวัสดุก่อสร้างและซากปรักหักพังที่ประเมินไว้ 24-25 ล้านตันในญี่ปุ่น
มีการประเมินว่ารถยนต์และรถบรรทุกกว่า 230,000 คน ได้รับความเสียหายหรือถูกทำลายไปในภัยพิบัติ จนถึงสิ้นเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 ชาวจังหวัดอิวาเตะ มิยางิ และฟูกูชิมะ ได้ร้องขอจดทะเบียบยานพาหนะออกจากระบบ (deregistration) กว่า 15,000 คันหรือลำ หมายความว่า เจ้าของยานพาหนะเหล่านี้ทราบว่าซ่อมแซมไม่ได้หรือเรือไม่อาจกู้ได้
ในบรรดาศพ 13,135 ศพที่ถูกเก็บกู้จนถึงวันที่ 11 เมษายน พ.ศ. 2554 กว่า 12,143 ศพ หรือกว่า 92.5% เสียชีวิตเพราะจมน้ำ เหยื่ออายุ 60 ปีหรือมากกว่า คิดเป็น 65.2% ของจำนวนผู้เสียชีวิตทั้งหมด และ 24% ของเหยื่อทั้งหมดอยู่ในวัยเจ็ดสิบจนถึงวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2554 กระทรวงสาธารณสุข แรงงานและสวัสดิการของญี่ปุ่น แถลงว่า กระทรวงฯ ทราบว่ามีเด็กอย่างน้อย 82 คนกลายเป็นเด็กกำพร้าจากภัยพิบัติดังกล่าวแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ จนถึงวันที่ 28 เมษายน พ.ศ. 2554 คร่าชีวิตนักเรียนชั้นประถมศึกษา มัธยมศึกษาตอนต้นและตอนปลายไป 378 คน และมีผู้สูญหายอีก 158 คนด้านกระทรวงการต่างประเทศญี่ปุ่นรายงานว่า มีชาวต่างชาติเสียชีวิตสิบเก้าคนจนถึงวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2554 สมาชิกกองกำลังป้องกันตนเองภาคพื้นดินญี่ปุ่นเสียชีวิตไปสามนาย ขณะปฏิบัติภารกิจบรรเทาสาธารณภัยในโทโฮกุ
คลื่นสึนามิยังมีรายงานว่าทำให้มีผู้เสียชีวิตอีกหลายศพนอกประเทศญี่ปุ่น ชายคนหนึ่งเสียชีวิตในจายาปุระ ปาปัว อินโดนีเซีย หลังถูกคลื่นกวาดลงทะเลไปชายซึ่งกล่าวกันว่าพยายามถ่ายภาพคลื่นสึนามิที่กำลังถาโถมเข้ามาที่ปากแม่น้ำแคลมัธ (Klamath) ทางใต้ของนครครีเซนท์รัฐแคลิฟอร์เนียถูกกวาดลงทะเลไปร่างไร้ชีวิตของเขาถูกพบเมื่อวันที่ 2 เมษายน ตามหาดโอเชียนในฟอร์ทสตีเฟนส์ รัฐออริกอน ห่างไปทางเหนือ 530 กิโลเมตร
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งและแห่งที่สองโอนางาวะและโทไกซึ่งประกอบด้วยเตาปฏิกรณ์ทั้งสิ้น 11 เตา ถูกปิดลงอัตโนมัติหลังแผ่นดินไหวส่วนฮิงาชิโกริ ซึ่งตั้งอยู่บนชายฝั่งตะวันออกเฉียงเหนือเช่นกัน ปิดตัวลงไปแล้วก่อนหน้านี้เพื่อตรวจสอบตามกำหนด ระบบทำความเย็นนั้นจำเป็นเพื่อกำจัดความร้อนจากการสลายหลังเครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดลง และเพื่อรักษาบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว กระบวนการหล่อเย็นสำรองได้พลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉินที่โรงไฟฟ้า และที่โรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงใช้แล้วร็อกคาโช (Rokkasho)ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะทั้งสองแห่ง คลื่นสึนามิถาโถมข้ามยอดกำแพงกั้นน้ำและทำลายระบบพลังงานดีเซลสำรอง ทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงที่ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง รวมทั้งเกิดเหตุระเบิดขนาดใหญ่ขึ้นสามครั้งและการรั่วไหลของกัมมันตภาพรังสี มีผู้ถูกอพยพไปมากกว่า 200,000 คนหลังจากความพยายามลดอุณหภูมิไม่ประสบผลมาเกือบสัปดาห์ จึงมีการใช้รถดับเพลิงและเฮลิคอปเตอร์ในการเทน้ำเพื่อลดอุณหภูมิ
เมื่อวิกฤตการณ์นิวเคลียร์ย่างเข้าสู่เดือนที่สอง ผู้เชี่ยวชาญยอมรับว่าฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งมิใช่อุบัติเหตุนิวเคลียร์ครั้งร้ายแรงที่สุด แต่ยุ่งยากซับซ้อนที่สุดการวิเคราะห์ภายหลังบ่งชี้ว่าเครื่องปฏิกรณ์สามเครื่อง (หน่วยที่ 1, 2 และ 3) หลอมละลายและน้ำหล่อเย็นยังคงรั่วไหลจนถึงฤดูร้อน รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเศรษฐกิจ การค้าและอุตสาหกรรม หัวหน้าสำนักงานความปลอดภัยนิวเคลียร์และอุตสาหกรรม และหัวหน้าสำนักงานทรัพยากรธรรมชาติและพลังงาน ต้องพ้นจากตำแหน่งไป
ญี่ปุ่นประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินหลังระบบหล่อเย็นล้มเหลวที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง ส่งผลให้ผู้อยู่อาศัยใกล้เคียงถูกอพยพไปเจ้าหน้าที่ทางการจากสำนักงานความปลอดภัยนิวเคลียร์และอุตสาหกรรมญี่ปุ่นรายงานระดับกัมมันตภาพรังสีในโรงไฟฟ้าสูงขึ้นมากกว่าปกติถึง 1,000 เท่าและระดับกัมมันตภาพรังสีนอกโรงไฟฟ้าสูงถึง 8 เท่าจากปกติภายหลัง ยังมีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินอีกที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่สองที่อยู่ห่างออกไป 11 กิโลเมตรทางใต้ซึ่งทำให้เครื่องปฏิกรณ์ที่ประสบปัญหาทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็นหกเครื่อง
มีรายงานว่าไอโอดีนกัมมันตภาพรังสีถูกตรวจจับได้ในน้ำประปาในเขตจังหวัดฟูกูชิมะ โทจิงิ กุมมะ โตเกียว ชิบะ ไซตามะ และนีงาตะ และซีเซียมกัมมันตภาพรังสีในน้ำประปาในเขตจังหวัดฟูกูชิมะ โทจิงิ และกุมมะซีเซียม ไอโอดีนและสตรอนเชียมกัมมันตภาพรังสียังได้ถูกพบในดินบางพื้นที่ของฟูกูชิมะ นอกจากนี้ยังมีความจำเป็นต้องแทนที่ดินที่ปนเปื้อนผลิตภัณฑ์อาหารยังถูกพบว่าปนเปื้อนจากสารกัมมันตภาพรังสีในหลายพื้นที่ของญี่ปุ่นวันที่ 5 เมษายน พ.ศ. 2554 รัฐบาลจังหวัดอิบารากิห้ามการประมงปลาแซนด์ เลซ (sand lace) หลังพบว่าปลาชนิดดังกล่าวปนเปื้อนซีเซียมกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าระดับที่กฎหมายกำหนดจนถึงปลายเดือนกรกฎาคม เนื้อวัวปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีถูกพบวางขายอยู่ที่ตลาดในกรุงโตเกียว
เกิดไฟไหม้ขึ้นในส่วนกังหันของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โอนางาวะหลังแผ่นดินไหวโดยเกิดขึ้นในอาคารอันเป็นที่ตั้งของกังหันที่ตั้งอยู่แยกจากเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้าและถูกดับไปหลังจากนั้นไม่นานโรงไฟฟ้าดังกล่าวถูกปิดลงเพื่อเป็นการระวังไว้ก่อน
วันที่ 13 มีนาคม มีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินระดับต่ำสุดเกี่ยวกับโรงไฟฟ้าโอนางาวะ เมื่อค่ากัมมันตภาพรังสีชั่วคราวเกินระดับที่ได้รับอนุญาตในพื้นที่ตั้งโรงไฟฟ้าบริษัทผลิตไฟฟ้าโตเกียวแลถงว่า นี่อาจเป็นเพราะกัมมันตภาพรังสีจากอุบัติเหตุนิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง แต่ไม่ใช่จากโรงไฟฟ้าโอนางาวะเอง
อาฟเตอร์ช็อกเมื่อวันที่ 7 เมษายน ทำให้โรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงใช้แล้วรกกาโชะและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฮิงาชิโดริสูญเสียพลังงานภายนอก แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองยังทำงานอยู่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โอนางาวะเสียสายไฟฟ้าภายนอก 3 จาก 4 เส้น และเสียระบบหล่อเย็นเป็นเวลานานถึง 80 นาที มีน้ำปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีรั่วไหลสู่สิ่งแวดล้อมที่โอนางาวะเล็กน้อย
เครื่องปฏิกรณ์หมายเลข 2 ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โทไกถูกปิดลงอัตโนมัติวันที่ 14 มีนาคม มีรรายงานว่าปั๊มระบบหล่อเย็นของเครื่องปฏิรณ์ดังกล่าวหยุดทำงานอย่างไรก็ตาม บริษัทพลังงานอะตอมญี่ปุ่น แถลงว่า ยังมีปั๊มระบบประปาที่สองที่ยังรักษาระบบหล่อเย็นต่อไป แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลสองในสามเครื่องที่ให้พลังงานแก่ระบบหล่อเย็นใช้การไม่ได้
ท่าเรือทั้งหมดของญี่ปุ่นปิดชั่วคราวหลังจากเกิดแผ่นดินไหว ก่อนที่บางแห่งในโตเกียวหรือใต้ลงไปกว่านั้นจะเปิดใช้อีกครั้งในเวลาไม่นาน ท่าเรือตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ ฮาจิโนเฮะ เซ็นได อิชิโนมากิ และโอนาฮามะถูกทำลาย ในขณะที่ท่าเรือชิบะซึ่งรองรับอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอนและท่าเรือคาชิมะซึ่งเป็นท่าเรือขนส่งสินค้าขนาดใหญ่ที่สุดเป็นอันดับเก้าในญี่ปุ่นได้รับความเสียหายเช่นกันแต่น้อยกว่ามาก ท่าเรือที่ฮิตาชินากะ ฮิตาชิ โซมะ ชิโอกามะ เคเซ็นนูมะ โอฟูนาโตะ คามาชิ และมิยาโกะ ได้รับความเสียหายเช่นกัน และคาดการณ์ว่าจะไม่สามารถเปิดใช้ได้อีกหลายสัปดาห์ท่าเรือหมดทั้ง 15 แห่งเปิดใช้งานอีกครั้งโดยจำกัดการเดินเรือเมื่อถึงวันที่ 29 มีนาคมท่าเรือโตเกียวได้รับความเสียหายเล็กน้อย ผลกระทบของแผ่นดินไหวรวมไปถึงควันที่มองเห็นได้ลอยขึ้นมาจากอาคารในท่าเรือ ซึ่งบางส่วนของท่าถูกน้ำท่วม รวมทั้งการเหลวตัวของดินในพื้นที่ที่จอดรถของโตเกียวดิสนีย์แลนด์
เขื่อนชลประทานฟูจินูมะในซูกางาวะแตกทำให้เกิดอุทกภัยและน้ำได้พัดพาบ้านเรือนไปกับกระแสน้ำห้าหลังมีผู้สูญหายแปดคน และศพผู้เสียชีวิตสี่ศพถูกค้นพบในเช้าวันรุ่งขึ้นตามรายงาน ประชาชนท้องถิ่นบางคนพยายามซ่อมแซมรอยแตกของเขื่อนก่อนที่เขื่อนจะแตกเมื่อวันที่ 12 มีนาคม เขื่อน 252 แห่งถูกตรวจสอบ และพบว่าเขื่อนทั้งหกแห่งมีรอยแตกตื้น ๆ บริเวณสันเขื่อน อ่างเก็บน้ำที่เขื่อนคอนกรีตถ่วงน้ำหนักแห่งหนึ่งมีการพังทลายตามลาดที่ไม่น่าวิตกกังวล เขื่อนที่ได้รับความเสียหายทั้งหมดสามารถดำเนินการต่อไปโดยไม่มีปัญหา สี่เขื่อนในพื้นที่แผ่นดินไหวยังไม่สามารถเข้าถึงได้ เมื่อการติดต่อทางถนนสามารถเข้าถึงได้ ผู้เชี่ยวชาญจะถูกส่งไปตรวจสอบเพิ่มเติม
ทันทีหลังเกิดหายนะดังกล่าวขึ้น มีอย่างน้อย 1.5 ล้านครัวเรือนได้รับรายงานว่าไม่สามารถเข้าถึงน้ำประปาได้จนถึงวันที่ 21 มีนาคม ยอดดังกล่าวลดลงเหลือ 1.04 ล้านครัวเรือน
ตามข้อมูลของโทโฮะกุอิเล็กทริกพาวเวอร์ (TEP) มีบ้านเรือนราว 4.4 ล้านหลังคาเรือนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าทั่วไปหลายเครื่องไม่สามารถใช้การได้หลังจากเกิดแผ่นดินไหว ซึ่งลดกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าของบริษัทผลิตไฟฟ้าโตเกียว (TEPCO) ลง 21 จิกะวัตต์มาตรการตัดกระแสไฟฟ้า (rolling blackout) เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 14 มีนาคม จากการขาดแคลนพลังงานซึ่งเป็นผลมาจากแผ่นดินไหว TEPCO ซึ่งปกติแล้ว ผลิตไฟฟ้าอย่างน้อย 40 จิกะวัตต์ ประกาศว่าขณะนี้ทางบริษัทสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียงราว 30 กิกะวัตต์ ที่เป็นเช่นนี้เพราะไฟฟ้าร้อยละ 40 ที่ใช้ในพื้นที่เขตมหานครโตเกียวปัจจุบันได้รับไฟฟ้าที่ผลิตจากเครื่องปฏิกรณ์ในจังหวัดนีงาตะและฟูกูชิมะเครื่องปฏิกรณ์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะทั้งสองแห่งถูกปิดตัวลงอัตโนมัติหลังเกิดเหตุแผ่นดินไหวขึ้นครั้งแรก และได้รับความเสียหายอย่างหนักจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นตามมา คาดว่าจะมีมาตรการตัดกระแสไฟฟ้านานสามชั่วโมงถึงสิ้นเดือนเมษายนและจะส่งผลกระทบถึงจังหวัดโตเกียว คานางาวะ ชิซูโอกะ ยามานาชิ ชิบะ อิบารากิ ไซตามะ โทจิงิ และกุมมะการเต็มใจลดการใช้กระแสไฟฟ้าโดยผู้บริโภคในเขตคันโตช่วยลดความถี่และระยะที่เกิดไฟฟ้าดับจากที่เคยทำนายไว้การลดการใช้ไฟฟ้าโดยสมัครใจของผู้บริโภคในพื้นที่คันโตช่วยลดความถี่และระยะเวลาของการตัดกระแสไฟฟ้าที่คาดการณ์ไว้จนถึงวันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2554 จำนวนครัวเรือนทางตอนเหนือของญี่ปุ่นที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้ลดลงเหลือ 242,927 ครัวเรือน
TEP ปัจจุบันไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมให้กับเขตคันโตได้ เพราะเครื่องปฏิกรณ์ของ TEP เองก็ได้รับความเสียหายจากเหตุแผ่นดินไหวด้วยเช่นกัน คันไซอิเล็กทริกพาวเวอร์คอมปานี (Kepco) ไม่สามารถแบ่งกระแสไฟฟ้าให้ได้ เพราะระบบของบริษัททำงานอยู่ที่ 60 เฮิรตซ์ ขณะที่ของ TEPCO และ TEP ทำงานที่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาทางอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภคในยุคเริ่มแรกในคริสต์ทศวรรษ 1880 ซึ่งทำให้ญี่ปุ่นไม่มีสายส่งไฟฟ้าทั่วประเทศที่เป็นเอกภาพสถานีย่อยสองแห่งในชิซูโอกะและนางาโนะสามารถแปลงความถี่และส่งกระแสไฟฟ้าจากคันไซไปยังคันโตและโทโฮกุแต่มีกำลังสูงสุดจำกัดอยู่ที่ 1 กิกะวัตต์ และจากความเสียหายที่เกิดขึ้นกับเครื่องปฏิกรณ์หลายเครื่องนั้น อาจต้องใช้เวลาหลายปีจึงจะฟื้นฟูระดับการผลิตกระแสไฟฟ้าทางตะวันออกของญี่ปุ่นให้กลับคืนสู่ระดับก่อนเกิดแผ่นดินไหว
ในควมพยายามจะช่วยบรรเทาการขาดแคลนพลังงาน ผู้ผลิตเหล็กกล้าสามรายในภูมิภาคคันโตได้สนับสนุนกระแสไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าแบบเก่าภายในองค์กร ให้แก่ TEPCO เพื่อแจกจ่ายต่อไปยังสาธารณชน ซูมิโตโมเมทัลอินดัสตรีส์ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ถึง 500 เมกะวัตต์ เจเอฟอีสตีล 400 เมกะวัตต์ และนิปปอนสตีล 500 เมกะวัตต์ผู้ผลิตรถยนต์และชิ้นส่วนรถยนต์ในคันโตและโทโฮกุยังตกลงในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 โดยเปิดโรงงานเฉพาะวันเสาร์และวันอาทิตย์ และปิดวันพฤหัสบดีและวันศุกร์เพื่อช่วยบรรเทาการขาดแคลนไฟฟ้าระหว่างฤดูร้อน พ.ศ. 2554
ส่วนกังหันลมพาณิชย์ของญี่ปุ่น ซึ่งรวมมีกำลังผลิตกระแสไฟฟ้ามากกว่า 2,300 เมกะวัตต์ ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิเลย รวมทั้งทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งคามิซุ ซึ่งถูกสึนามิโดยตรง
โรงกลั่นน้ำมันของคอสโมออยล์คอมปานี ซึ่งมีกำลังการผลิต 220,000 บาร์เรลต่อวันเกิดเพลิงลุกไหม้อันเป็นผลมาจากแผ่นดินไหวที่อิชิฮาระ จังหวัดชิบะ ทางตะวันออกของกรุงโตเกียวไฟถูกดับลงหลังลุกไหม้เป็นเวลาสิบวัน ทำให้มีผู้เสียชีวิตและได้รับบาดเจ็บรวมหกคน และทำลายคลังน้ำมันไปด้วย ขณะที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งอื่น ๆ ชะลอการผลิตจากการตรวจสอบความปลอดภัยและการสูญเสียพลังงานในเซ็นได โรงกลั่นน้ำมันกำลังการผลิต 145,000 บาร์เรลต่อวัน ซึ่งเป็นของบริษัทโรงกลั่นที่ใหญ่ที่สุดในญี่ปุ่น เจเอกซ์นิปปอนออยล์แอนด์เอเนอร์จี ได้เกิดเหตุเพลิงไหม้จากแผ่นดินไหวด้วยเช่นกันมีการอพยพคนงานแต่ประกาศเตือนภัยคลื่นสึนามิได้ขัดขวางความพยายามที่จะดับไฟกระทั่งวันที่ 14 มีนาคม เมื่อเจ้าหน้าที่ทางการวางแผนดำเนินการ
การวิเคราะห์ประเมินว่าการบริโภคน้ำมันหลายประเภทอาจเพิ่มสูงขึ้นเป็นถึง 300,000 บาร์เรลต่อวัน (รวมทั้งก๊าซธรรมชาติเหลว) เพื่อใช้ป้อนให้กับเครื่องปฏิกรณ์ชนิดเผาผลาญเชื้อเพลิงซากฟอสซิลเพื่อพยายามทดแทนกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ 11 จิกะวัตต์ของญี่ปุ่น
เครื่องปฏิกรณ์ของเมืองเซ็นไดที่นำเข้าก๊าซธรรมชาติเหลวได้รับความเสียหายอย่างหนัก และวัตถุดิบถูกชะลอไว้อย่างน้อยเดือนหนึ่ง
เครือข่ายคมนาคมของญี่ปุ่นหยุดชะงักอย่างรุนแรง ทางด่วนสายโทโฮกุหลายส่วนที่อยู่ทางตอนเหนือของญี่ปุ่นได้รับความเสียหายทางด่วนดังกล่าวปิดให้บริการกระทั่งวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2554บริการรถรางทั้งหมดในโตเกียวหยุดชะงัก ประเมินว่าผู้โดยสารอย่างน้อย 20,000 คนติดค้างอยู่ที่สถานีหลัก ๆ ทั่วนครไม่กี่ชั่วโมงหลังแผ่นดินไหว บริการรถไฟบางส่วนได้กลับมาให้บริการอีกครั้งรถไฟส่วนใหญ่ในพื้นที่โตเกียวได้กลับมาเปิดให้บริการทั้งหมดภายในวันรุ่งขึ้น (12 มีนาคม)นักท่องเที่ยวกว่าสองหมื่นคนใช้ชีวิตอยู่ภายในโตเกียวดิสนีย์แลนด์ในคืนวันที่ 11-12 มีนาคม
คลื่นสึนามิท่วมท่าอากาศยานเซ็นไดเมื่อเวลา 15.55 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่นราวหนึ่งชั่วโมงหลังแผ่นดินไหวครั้งแรก ทั้งท่าอากาศยานนานาชาตินาริตะและฮาเนดะได้ชะลอการให้บริการหลังจากแผ่นดินไหว โดยเที่ยวบินส่วนใหญ่เปลี่ยนไปลงท่าอากาศยานแห่งอื่นเป็นเวลาราว 24 ชั่วโมงสายการบินสิบสายที่ปฏิบัติการที่นาริตะได้ย้ายที่ทำการยังฐานทัพอากาศโยโกตะที่อยู่ใกล้เคียงแทน
บริการรถไฟทั่วญี่ปุ่นจำนวนมากถูกยกเลิก โดยบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกชะลอการให้บริการทั้งหมดทั้งวันรถไฟสี่ขบวนบนสายชายฝั่งมีรายงานว่าขาดการติดต่อกับผู้ให้บริการ รถไฟขบวนหนึ่ง ซึ่งเป็นรถไฟสี่ตู้ขบวนบนสายเซ็นเซกิ ถูกพบว่าตกราง และผู้โดยสารได้รับการช่วยเหลือไม่นานหลังจาก 8.00 น. ของวันรุ่งขึ้นทางรถไฟ 62 จากทั้งหมด 70 สายของบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกได้รับความเสียหายระดับหนึ่งในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบหนักที่สุด 23 สถานีบน 7 สายทางรถไฟ ถูกพัดพาไป โดยทำความเสียหายหรือสูญเสียรางใน 680 จุด และพื้นที่รัศมี 30 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งไม่สามารถเข้าได้
ไม่พบรถไฟหัวกระสุนชิงกันเซ็งตกรางทั้งในและนอกกรุงโตเกียว แต่การให้บริการก็หยุดชะงักไปเช่นกันโทไดโดชิงกันเซ็งได้กลับมาให้บริการอย่างจำกัดภายในวันเดียวกัน และเปิดให้บริการตามตารางเวลาปกติภายในวันรุ่งขึ้น ขณะที่โจเอ็ตสึและนางาโนะชิงกันเซ็งได้กลับมาให้บริการอีกครั้งในวันที่ 12 มีนาคม ส่วนการให้บริการยามางาตะชิงกันเซ็งกลับมาให้บริการแบบจำกัดวันที่ 31 มีนาคมสายโทโฮกุชิงกันเซ็งได้รับผลกระทบหนักที่สุด โดยบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกประเมินว่า รางกว่า 1,100 ส่วน ซึ่งมีระดับความเสียหายตั้งแต่หลังคาสถานีถล่มไปจนถึงเสาไฟฟ้าแรงสูงหักงอ ต้องการการซ่อมแซม โทโฮกุชิงกันเซ็งบางส่วนกลับมาให้บริการอีกครั้งเฉพาะในพื้นที่คันโตเมื่อวันที่ 15 มีนาคม โดยมีบริการไป-กลับเที่ยวเดียวต่อชั่วโมงระหว่างกรุงโตเกียวกับนาซุ-ชิโอบาระและบริการพื้นที่โทโฮกุบางส่วนกลับมาให้บริการอีกครั้งเมื่อวันที่ 22 มีนาคม ระหว่างโมริโอกะและชิน-อาโอโมริอากิตะชิงกันเซ็งกลับมาให้บริการอีกครั้งแบบจำกัดเมื่อวันที่ 18 มีนาคม
มาตรการตัดกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากวิกฤตการณ์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในฟูกูชิมะ ได้ส่งผลลึกซึ้งต่อเครือข่ายรางรอบกรุงโตเกียว ตั้งแต่วันที่ 14 มีนาคม ทางรางหลักเริ่มมีรถไฟออกโดยเว้นช่วงห่าง 10-20 นาที จากปกติที่เว้นช่วงเพียง 3-5 นาที และให้บริการเป็นบางสายเฉพาะช่วงเวลาเร่งด่วน ส่วนสายอื่น ๆ จะถูกปิดอย่างสมบูรณ์ ที่เด่นคือ สายหลักโทไกโด สายโยโกซูกะ สายหลักโซบุ และสายชูโอ-โชบุ หยุดให้บริการทั้งวันซึ่งนำไปสู่ภาวะจราจรใกล้อัมภาตภายในเมืองหลวง โดยมีการเข้าแถวยาวที่สถานีรถไฟ และหลายคนไม่สามารถไปทำงานหรือกลับบ้านได้ ผู้ให้บริการทางรางเพิ่มจำนวนรถอีกไม่กี่วันถัดมา กระทั่งดำเนินการได้ 80% จากจำนวนปกติ จนถึงวันที่ 17 มีนาคม และช่วยบรรเทาความแออัดของผู้โดยสารที่เลวร้ายที่สุดลงได้
บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่และโทรศัพท์พี้นฐานได้รับผลกระทบอย่างมากในพื้นที่ที่มีแผ่นดินไหวในวันที่เกิดแผ่นดินไหวนั้น บริษัทกระจายเสียงอเมริกัน เอ็นพีอาร์ ไม่สามารถติดต่อใครในเซ็นไดผ่านโทรศัพท์หรืออินเทอร์เน็ตได้เลย บริการอินเทอร์เน็ตส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบในพื้นที่ที่สาธารณูปโภคพื้นฐานยังคงมีอยู่ แม้แผ่นดินไหวจะสร้างความเสียหายแก่ระบบเคเบิลใต้ทะเลหลายส่วนที่นำขึ้นบกในพื้นที่ซึ่งได้รับผลกระทบ ระบบเหล่านี้สามารถเลี่ยงส่วนที่ได้รับผลกระทบไปยังส่วนที่ซ้ำซ้อนกันแทนได้ในญี่ปุ่น มีเพียงไม่กี่เว็บไซต์เท่านั้นที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในตอนแรกผู้ให้บริการฮอตสปอตวายฟายหลายแห่งได้รับมือกับเหตุแผ่นดินไหวโดยให้บริการเข้าถึงเครือข่ายของพวกเขาฟรีและผู้ให้บริการทางโทรคมนาคมและวีโอไอพีอเมริกัน อาทิ เอทีแอนด์ที สปรินท์ เวอไรซอนที-โมไบล์และบริษัทวีโอไอพี อาทิ เน็ตทอล์กและโวแนจเสนอให้โทรศัพท์ไปญี่ปุ่นได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่ายในเวลาที่กำหนด (บางบริษัทรวมทั้งโทรศัพท์กลับด้วย) เช่นเดียวกับบริษัทด็อยซ์ส เทเลคอมของเยอรมนีด้วย
องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่นได้สั่งอพยพพนักงานจากศูนย์อวกาศสึกูบะในสึกูบะจังหวัดอิบารากิ ศูนย์อวกาศดังกล่าวถูกปิดลง โดยมีรายงานได้รับความเสียหายบางส่วน ศูนย์อวกาศสึกูบะเป็นที่ตั้งของห้องควบคุมชิ้นส่วนของสถานีอวกาศนานาชาติวันที่ 2 มีนาคม ศูนย์ควบคุมสึกูบะกลับมาปฏิบัติการเต็มตัวสำหรับห้องปฏิบัติการคิโบของสถานีอวกาศและยานพ่วงเอชทีวี
สมบัติทางวัฒนธรรมของญี่ปุ่น 549 ชิ้นได้รับความเสียหาย รวมทั้งหอจดหมายเหตุแห่งชาติ 5 แห่ง สมบัติทางวัฒนธรรมที่สำคัญ 143 ชิ้น อนุสาวรีย์ในญี่ปุ่น 120 แห่ง กลุ่มอาคารโบราณ 7 แห่ง และสมบัติทางวัฒนธรรมพื้นบ้านสำคัญที่จับต้องได้อีก 3 ชิ้น อนุสาวรีย์หินที่แหล่งมรดกโลกศาลเจ้าและวัดแห่งนิกโกโค่นลงในกรุงโตเกียว เกิดความเสียหายแก่สวนโคอิชิกาวะ โครากุสวนริกูงิ สวนฮามาริกิว อนชิ และกำแพงปราสาทเอโดะข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของสะสมที่เป็นของพิพิธภัณฑ์ หอสมุดและหอจดหมายเหตุยังไม่สมบูรณ์ไม่มีความเสียหายแก่อนุสรณ์และแหล่งประวัติศาสตร์ฮิราอิซูมิในจังหวัดอิวาเตะ และการชี้แนะสำหรับการขึ้นทะเบียนเป็นแหล่งมรดกโลกของยูเนสโกในเดือนมิถุนายนได้ใช้เป็นสัญลักษณ์ของการยอมรับจากนานาชาติและการฟื้นฟู
ผลที่ตามมาจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ รวมทั้งวิกฤตการณ์ด้านมนุษยธรรมและผลกระทบต่อเศรษฐกิจขนานใหญ่ คลื่นสึนามิส่งผลให้มีผู้อพยพมากถึง 300,000 คนในภูมิภาคโทโฮกุตลอดจนการขาดแคลนอาหาร น้ำ ที่พักอาศัย ยาและเชื้อเพลิงในผู้รอดชีวิต รัฐบาลญี่ปุ่นตอบสนองโดยระดมกำลังป้องกันตนเอง ขณะที่อีกหลายประเทศส่งทีมค้นหาและกู้ภัยช่วยค้นหาผู้รอดชีวิต องค์การช่วยเหลือทั้งในญี่ปุ่นและทั่วโลกยังได้ตอบสนอง โดยกาชาดญี่ปุ่นรายงานได้รับเงินบริจากว่า 1 พันล้านเยน ผลกระทบทางเศรษฐกิจมีทั้งปัญหาเฉียบพลัน ซึ่งการผลิตทางอุตสาหกรรมหยุดชะงักไปในหลายโรงงาน และปัญหาในระยะยาวกว่าในด้านการฟื้นฟูบูรณะ ซึ่งมีการประเมินไว้ที่ 10 ล้านล้านเยน
บริษัทแพร่ภาพกระจายเสียงสาธารณะแห่งชาติของญี่ปุ่นเอ็นเอชเคและโทรทัศน์ดาวเทียมญี่ปุ่น ชะลอรายการตามปกติเพื่อรายงานสถานการณ์ที่ดำเนินไป ส่วนเครือข่ายโทรทัศน์ทั่วประเทศญี่ปุ่นอีกหลายเจ้า ยังได้ออกอากาศการรายงานข่าวภัยพิบัติอย่างไม่ขาด ยูสตรีม (Ustream) ออกอากาศรายงานข่าวสดของเอ็นเอชเคทีบีเอสทีวีฟูจิทีวี ทีวีอาซาฮี ทีวีคานางาวะ และซีเอ็นเอ็นทางอินเทอร์เน็ต เริ่มตั้งแต่วันที่ 12 มีนาคม พ.ศ. 2554 โยโกโซนิวส์ รายการวิทยุผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต (webcast) จัดเวลาการออกอากาศรายงานข่าวล่าสุดที่รวบรวมจากสำนักข่าวญี่ปุ่นแห่งต่าง ๆ และแปลเป็นภาษาอังกฤษตามเวลาจริง คำเตือนทั้งหมดออกอากาศผ่านเอ็นเอชเค ในห้าภาษา อันได้แก่ ภาษาญี่ปุ่น ภาษาอังกฤษ ภาษาจีนกลาง ภาษาเกาหลีและภาษาโปรตุเกส
เอ็นเอชเคเป็นที่รู้จักกันว่าสงบเยือกเย็น เปรียบเทียบกับสำนักข่าวต่างประเทศอย่างซีเอ็นเอ็นหรือฟ็อกซ์นิวส์แชนแนล ซึ่งการรายงานมีข้อผิดพลาดและก่อให้เกิดความตื่นตระหนกในผู้อยู่อาศัยชาวต่างชาติในญี่ปุ่น การวิจารณ์เดียวกันยังชี้ว่า สื่อข่าวญี่ปุ่นบางครั้งระมัดระวังเกินไปในการหลีกเลี่ยงการก่อให้เกิดความตื่นตระหนกและเชื่อมั่นต่อแถลงการณ์ที่ชวนให้สับสนโดยผู้เชี่ยวชาญและทางการ