東北地方太平洋沖地震および津波のメカニズム
約300万年前からの東西方向からの圧縮によって隆起して陸地となった東北地方は、現在でも同様の地殻変動が継続しているものと考えられている。例えばリアス式海岸として知られる三陸海岸でも、海岸段丘の分布状態から過去12-13万年の間に約20-30メートル隆起していることが明らかになっている。つまりここ10万年あまり、三陸海岸は一年間に0.3ミリ以下というゆっくりとしたペースではあるものの、隆起が継続している。また、近年のGPSによる観測では東北日本の短縮が観測されており、現在も東西方向からの圧縮力がかかっていることが想定されている。
しかし現在の東北地方の東西圧縮と隆起の継続について否定的なデータもある。1894年(明治27年)に牡鹿半島の鮎川に設置されて以降、東北地方太平洋沿岸各地に験潮所が設けられている。中でも2011年時点で過去30年間のデータが揃っている験潮所は八戸、宮古、釜石、大船渡、鮎川、相馬、小名浜の7か所である。それら7か所の験潮所のうち、小名浜以外の6か所では海水面の上昇が確認されており、これは東北地方の太平洋沿岸のほぼ全域で沈降が起こっていることを示していると考えられる。また験潮所のデータ以外でも、1875年(明治8年)から開始された水準測量や近年のGPSによる観測でも東北地方太平洋沿岸の沈降が確認されている。
また、東西圧縮についても全てのデータが肯定的なものではない。1883年(明治16年)に陸地測量部によって開始された三角測量の計測値と、近年の国土地理院によるGPSを利用した計測値を比較してみると、ここ約100年間では東北地方の地殻はほぼ伸縮が見られないか、むしろ伸長している結果が得られている。
東北地方太平洋沖地震の特徴の一つとして、他の地震被害と比較して津波被害の大きさが際立っていることが挙げられる。例えば地震によって大きな被害をもたらす要素としては、建物の崩壊、土砂崩れに伴う土砂災害等が挙げられるが、東北地方太平洋沖地震による地震動は周期0.5秒以下の極短周期の波が多く、建物に大きな被害を及ぼす周期1-2秒の地震波と、超高層ビルや石油タンクといった大構造物に大きな被害を与える、周期数秒以上の長周期地震動が比較的少なかったので、超巨大地震であった割には建物被害は比較的少なかった。また寒冷地である東北地方の家屋は比較的耐震性が高いと考えられ、そのことも建物被害が比較的少なかった原因と見られている。また今回の地震に最も隣接した東北地方太平洋沿岸付近にある北上山地や阿武隈山地では大規模な土砂災害の発生は極めて少なく、むしろやや離れた福島県白河市付近や栃木県那須烏山市周辺などで土砂災害が多く発生した。北上山地や阿武隈山地は地質的に土砂災害が発生しにくいことと、東北地方太平洋沖地震発生前に降水量が少なかったことが、地震の規模から想定されるよりも土砂災害が少なかった原因と考えられている。
約300万年前になって、日本列島のテクトニクスに大きな変化が起こった。東北日本ではこれまで東西に引っ張られる力が働いていたが、圧縮する力がかかるようになった。東北日本は東西から圧縮されるようになったため、水没した状態から一転して陸化が進み、現在の東北地方が形成されていった。この東北地方の東西方向からの圧縮とそれに伴う隆起は現在に至るまで継続していると考えられる。
これまで東西に引っ張られる力が働いていた東北日本が、なぜ約300万年前から圧縮する力がかかり隆起をするようになったのかについては、日本海溝に沈み込む太平洋プレートは、東北地方の新第三紀の火山噴出物の分析から、約1500万年前の東北日本の形成以後現在まで一貫して沈み込みを続けていたものと考えられている。そのため、アムールプレートの東進に伴う日本海東縁変動帯の形成が、東北日本にかかる力の大きな変化の主因と見なす説が有力視されている。なお、東西圧縮が優勢になったとはいえ、北米プレート系の千島弧やフィリピン海プレート系の伊豆小笠原弧が東北地方に作用する力が消滅したわけではなく、特に千島弧の動きは東北地方太平洋沖地震のメカニズムや地震後の余震に大きな影響を与えていると考えられる。
2007年頃より M5 以上の地震回数が減少し『静穏化』現象が発生していた。また、2011年2月中旬ころより東北地方(陸域)全体の地震活動も低下していた。
↑ 高橋 (2011) によれば、津波の高さはおおむね遡上高が浸水高を上回るが、平野部に押し寄せる津波の場合、陸深くまで津波が遡上する過程で地表との摩擦などでエネルギーが減衰していくため、海岸付近での浸水高が遡上高を上回る場合があり、今回の東北地方太平洋沖地震の津波でも宮城県の多くの地域で遡上高を上回る浸水高が観測された。そのため東北地方太平洋沖地震津波合同調査グループの東北地方太平洋沖地震津波に関する合同調査予稿集の『津波合同調査の全体概要とその解析結果』(2011) では、遡上高と浸水高のうち高い方の値を取るという意味で痕跡高という用語を用いているため、ここでも痕跡高を採用する。
↑ もちろん若松 (2011) などが紹介している、東北地方から関東地方にかけての広範囲に深刻な影響をもたらしている液状化現象、阿子島 (2011) が紹介している仙台市、須賀川市の土砂災害など、津波以外に大きな被害が出ていないわけではなく、あくまで甚大な津波による被害と比較しての話である。
↑ 佐竹ら (2011)、岡田 (2012) によれば、明治三陸地震による津波は仙台平野などの平野部の奥まで浸水しなかったことは確認されているが、貞観地震による津波が日本海溝付近の大きなすべりによる短周期かつ高い波高の津波を伴わなかったことは確認されておらず、貞観地震による津波も東北地方太平洋沖地震の津波と同じく、両方の性質を持った津波であった可能性があると指摘している。