Jabarkan Lempeng tektonik dari Gempa bumi dan tsunami Samudra Hindia 2004

Gempa bumi megathrust tidak biasanya besar dari segi geografi dan geologi. Permukaan patahan seluas  bergeser (atau retak) sekitar  di sepanjang zona subduksi tempat Lempeng Hindia meluncur (atau bersubduksi) di bawah Lempeng Burma. Pergeseran ini tidak terjadi secara instan, melainkan dalam dua tahap selama beberapa menit:

Data seismograf dan akustik menunjukkan bahwa tahap pertama melibatkan retakan sepanjang  dan selebar , terletak  di bawah dasar laut. Ini merupakan retakan terbesar yang pernah terbentuk oleh gempa bumi. Retakan ini bergerak dengan kecepatan  () dari pesisir Aceh menuju barat laut kira-kira selama 100 detik.

Jeda selama 100 detik terjadi sebelum retakan belanjut ke utara sampai Kepulauan Andaman dan Nicobar. Retakan di sebelah utara bergerak lebih lambat ketimbang yang di selatan, kira-kira  (), dan berlanjut ke utara selama lima menit hingga batas lempeng. Jenis patahan di sana berubah dari subduksi menjadi patahan mendatar (strike-slip; dua lempeng melewati satu sama lain dengan arah berlawanan).

Lempeng Hindia adalah bagian dari Lempeng Indo-Australia yang lebih besar. Lempeng Indo-Australia berada di dasar Samudra Hindia dan Teluk Benggala. Lempeng Hindia bergerak ke timur laut dengan kecepatan rata-rata 6 sentimeter per tahun ( inci per tahun). Lempeng Hindia bertemu Lempeng Burma (dianggap bagian dari Lempeng Eurasia) di Palung Sunda. Di sini Lempeng Hindia bergerak ke bawah Lempeng Burma yang menopang Kepulauan Nicobar, Kepulauan Andaman, dan Sumatra bagian utara. Lempeng Hindia bergerak jauh ke dalam Lempeng Burma sampai peningkatan suhu dan tekanan di sana memaksa bahan volatil keluar dari lempeng subduksi. Bahan volatil tersebut naik ke lempeng di atasnya dan mengakibatkan pelelehan parsial dan pembentukan magma. Magma yang naik masuk ke kerak di atasnya dan keluar dari kerak Bumi melalui gunung api dalam bentuk busur vulkanik. Aktivitas vulkanik yang terjadi ketika Lempeng Indo-Australia bersubduksi ke Lempeng Eurasia menghasilkan Busur Sunda.

Selain pergerakan antarlempeng, dasar laut juga diperkirakan naik beberapa meter. Kenaikan ini memindahkan air laut sebanyak  dan menciptakan gelombang tsunami mematikan. Gelombang tersebut bukan berasal dari titik sumber sebagaimana yang ditampilkan di beberapa ilustrasi jalur tsunami. Gelombang tersebut menyebar ke luar mengikuti retakan sepanjang  (garis sumber). Peristiwa ini menambah luas wilayah geografis yang ditargetkan gelombang sampai Meksiko, Chili, dan Arktik. Kenaikan dasar laut mengurangi kapasitas Samudra Hindia dalam jumlah besar dan mengakibatkan kenaikan permukaan laut global secara permanen setinggi .

Gempa susulan dan gempa lain

Beberapa gempa susulan dilaporkan terjadi di lepas pantai Kepulauan Andaman, Kepulauan Nicobar, dan kawasan episentrum aslinya beberapa jam dan hari setelah bencana. Gempa bumi Sumatra 2005 berkekuatan 8,7 yang terjadi di lepas pulau Nias tidak dianggap sebagai gempa susulan meski letaknya dekat dengan episentrum. Gempa tersebut diperkirakan terjadi akibat perubahan tekanan yang berhubungan dengan gempa 2004. Gempa 2004 begitu besar sampai-sampai bisa menghasilkan gempa susulannya sendiri (beberapa di antaranya sampai berkekuatan 6,1) dan saat ini merupakan gempa bumi terbesar ke-7 sejak 1900. Gempa susulan lainnya sampai berkekuatan 6,6 terus mengguncang kawasan ini setiap hari selama tiga atau empat bulan. Selain gempa susulan, energi yang dilepaskan oleh gempa pertama masih terasa setelah bencana. Seminggu setelah gempa bumi, getarannya masih bisa diukur dan memberikan data ilmiah yang berharga tentang lapisan dalam Bumi.

Gempa bumi Samudra Hindia 2004 terjadi tiga hari setelah gempa berkekuatan 8,1 di wilayah tak berpenghuni subantarktik di sebelah barat Kepulauan Auckland, Selandia Baru, dan di sebelah utara Pulau Macquarie, Australia. Ini tidak lazim karena gempa berkekuatan 8 atau lebih rata-rata terjadi sekali setahun. Sejumlah seismolog memperkirakan adanya hubungan antara dua gempa ini. Gempa pertama diduga merupakan katalis gempa Samudra Hindia karena kedua gempa terjadi di sisi Lempeng Indo-Australia yang berseberangan. Akan tetapi, U.S. Geological Survey tidak melihat bukti hubungan sebab akibat dalam insiden ini. Kebetulan gempa ini terjadi pas satu tahun (pukul kejadiannya juga sama) setelah gempa bumi berkekuatan 6,6 menewaskan sekitar 30.000 orang dan menghancurkan situs arkeologi Citadel Arg-é Bam di kota Bam, Iran pada tanggal 26 Desember 2003.

Beberapa ilmuwan membenarkan bahwa gempa bumi Desember telah mengaktifkan Gunung Leuser di Aceh, gunung api yang terletak di rangkaian pegunungan yang sama seperti Gunung Talang. Gempa bumi Sumatra 2005 membangkitkan aktivitas di Danau Toba, kawah gunung api kuno di Sumatra Utara. Para ahli geologi mengatakan bahwa letusan Gunung Talang bulan April 2005 ada hubungannya dengan gempa bumi Desember 2004.