2011年的东北地方太平洋近海地震和海啸造成近2万人死亡和超过2,000亿美元的损失。地震震级为9.1级，远大于日本地震危险模型对日本海沟的预测，其引发的海啸之所以具有毁灭性，是因为海床破裂一直传播到了地表。
14年来，地震学家一直在追问原因。一项发表在《科学》杂志上、基于有史以来最深科学海洋钻探考察的新研究给出了答案：一层厚约100英尺（30米）的柔软、滑溜的远洋粘土层充当了天然撕裂线，将破裂集中在一条狭窄的路径上，使其能够到达海床。
考察行动
2024年，由JAMSTEC（日本海洋研究开发机构）运营的钻探船D/V“地球号”搭载着60多名科学家组成的国际团队，以前所未有的深度对日本海沟断裂带进行钻探。这次IODP 405次航行（JTRACK）在海面以下部署了总钻杆长度7,906米，被吉尼斯世界纪录认定为史上最深的科学海洋钻探项目。
目标是 megathrust 断层的浅部，太平洋板块俯冲到鄂霍次克板块之下的板块边界。这正是2011年3月11日发生灾难性滑动并引发海啸的区域。
粘土层
钻探揭示的结果出人意料。在强度大得多的岩层之间，夹着一层约30米（100英尺）厚的远洋粘土沉积物，由微小的颗粒经过数百万年在水柱中沉降形成。这种粘土极其柔软滑溜，从力学角度来说几乎没有强度。
当地震发生时，这一粘土层为断裂传播提供了极其薄弱的面。东日本大地震的断裂并没有在地壳更深处停止（大多数俯冲带地震发生在约50公里或32英里的深度），而是沿着粘土层沿聚焦路径向上传播，在仅约15英里的深度到达了海床。
“断裂面在这一粘土层中只有大约一厘米厚，”北亚利桑那大学副教授、考察队联合首席科学家克里斯汀·雷加拉在向大学新闻办公室发表的评论中表示。这种粘土”是一个极其聚焦、极其薄弱的面，它预先决定了断层将在何处形成。”
六分钟的位移
结果是海床在短短六分钟内位移了40至60米（130至200英尺）。作为对比，2001年华盛顿州的尼斯夸利地震仅使其断层位移了几米。东日本大地震在煮一个鸡蛋的时间里，将洛杉矶到旧金山走廊那么大范围的海床整体移动了那么远。
“megathrust最浅部分50至70米的滑动正是产生毁灭性海啸的原因，”作者们在《科学》论文中写道，该论文的第一作者是J.D.柯克帕特里克（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）。
其含义令人警醒。远洋粘土层在环太平洋的俯冲带中很常见。只要存在这些粘土层，就可能产生浅层、集中断裂传播的潜力，以及随之而来的海啸。
未来预警
这一发现并不意味着每个含有远洋粘土的俯冲带都会产生9级地震。应力条件、板块汇聚速率和热结构都起作用。但它确实提供了一个有助于评估海啸风险的地质标志：如果在俯冲带浅部存在厚层远洋粘土，则发生浅层海啸性断裂的可能性高于以往的假设。
雷加拉和她的同事们现在正在倡导在其他俯冲带，包括太平洋西北沿岸外海的卡斯卡迪亚俯冲带，扩大钻探活动，那里可能存在类似的粘土层。2011年的东日本大地震之所以令人意外，是因为模型没有包含粘土层。下一次不应再如此。
婷 翻译
披露：基于发表在《科学》杂志上的一篇同行评审论文，2025年12月（在线），2026年1月（印刷）。DOI: 10.1126/science.ady0234。标题：”Extreme plate boundary localization promotes shallow earthquake slip at the Japan Trench。”第一作者J. D. Kirkpatrick。首位作者Christine Regalla（NAU）是隶属于NAU的联合首席科学家。