2011年東北地方太平洋沖地震と津波

この巨大地震は、少なくともマグニチュード8.4Mwと推定され_、仙台平野を浸水させた大津波も引き起こした869年の三陸地震のメカニズムの再発であった。 ^{[ 38 ] [ 74 ] [ 75 ]}平野の完新世層序内には3つの津波堆積物が確認されており、いずれも過去3,000年以内に形成されたもので、大津波発生地震の再発間隔は800年から1,100年であることを示唆している。2001年には、1,100年以上経過していたため、仙台平野に大津波が襲来する可能性が高いと推定された。^{[ 76 ]} _{2007年には、マグニチュードMw} 8.1～8.3の地震が今後30年以内に発生する確率は99%と推定された。 ^{[ 77 ]} 

この地震は、太平洋プレートが本州北部のプレートの下に沈み込んでいる場所で発生しました。 ^{[ 66 ] [ 56 ]}太平洋プレートは、年間8 ～ 9 cm (3.1 ～ 3.5インチ)の速度で移動し、本州の下にあるプレートの下に沈み込み、大量の弾性エネルギーを蓄積します。この動きにより、蓄積された応力が地震滑り破壊イベントを引き起こすまで、上側のプレートが押し下げられます。この破壊により、海底が数メートル隆起しました。^{[ 56 ]}この地震の規模は、一部の地震学者にとって驚きでした。^{[ 78 ]}この規模の地震は通常、少なくとも500 km (310マイル)の破壊長を持ち、一般的には長く比較的まっすぐな断層面を必要とします。本州の破壊地域のプレート境界と沈み込み帯はあまりまっすぐではないため、その地震の規模が 8.5 M _{w を超えることは珍しいことです。}^{[ 78 ]}この地震の震源域は岩手県沖から茨城県沖まで広がっていた。^{[ 79 ]}気象庁は、この地震により岩手から茨城にかけて長さ500km、幅200kmの断層帯が破壊された可能性があると述べた。^{[ 80 ] [ 81 ]}分析の結果、この地震は3つのイベントから構成されていることがわかった。[ ^{82 ]津波}を伴う他の大きな地震は、1896年と1933年に三陸海岸地域を襲った。         

この地震の震源域は、西、北、南の比較的低い結合係数の領域に囲まれた、比較的高い結合係数を有しています。震源域の平均結合係数0.5～0.8と地震モーメントから、この地震の滑り不足は260～880年の期間にわたって蓄積されたと推定され、これは津波堆積物データから推定されたこのような巨大地震の再発間隔と一致しています。この地震の地震モーメントは、1926年から2011年3月までの推定累積モーメントの約93%を占めています。したがって、1926年以降この地域で発生したマグニチュード約7の地震は、蓄積されたエネルギーの一部しか放出していません。海溝付近の領域では結合係数が高く、これが巨大津波の発生源となる可能性があります。^{[ 83 ]}

前震のほとんどは、逆断層型の震源メカニズムを持つプレート間地震である。三陸海岸沖の余震では、プレート間地震とプレート内地震の両方がかなりの割合で発生した。^{[ 84 ]}

この地震による地震波の表面エネルギーは1.9×10 ¹⁷ジュールと計算され、^{[ 85 ]} 23万人の死者を出した9.1  M _w 2004 年インド洋地震と津波のほぼ 2 倍である。この地震の地震エネルギーを利用すれば、ロサンゼルスほどの大きさの都市を 1 年間まかなうことができる。^{[ 63 ]}この地震の物理的な大きさを表す地震モーメント(M _{0 ) は、USGS によって 3.9×10} ²²ジュールと計算され、^{[ 86 ]} 2004 年インド洋地震よりわずかに小さい。

宮城県栗原市では、気象庁震度階級で最大震度7を記録した。^{[ 87 ]}他の3県（福島県、茨城県、栃木県）では、気象庁震度階級で震度6以上を記録した。岩手県、群馬県、埼玉県、千葉県の地震観測所では震度6以下を記録し、東京都と他の5県では震度5以上を記録した。

日本の防災科学技術研究所（NIED）は、最大地盤加速度を2.99 g（29.33 m/s ²）と算出した。^{[ 88 ] [ en 2 ]}栗原にあるUSGSの地震観測所では、地盤加速度（pga）が2.751 g 、地盤速度（pgv）が98.21 cm/s（38.67 in/s）を記録した。この観測所のデータは、修正メルカリ震度（MMI）IX（暴風）に相当し、大崎、女川、岩沼、宮城、芳賀、栃木、福島第一原子力発電所の5つの観測所でも記録された。首都圏ではMMI VI（強い）以上の揺れが感じられ、江東の地震観測所ではpgaが0.2552g、pgvが43.96cm/s（17.31インチ/秒）を記録し、 MMI VIII （激しい）の揺れに相当した。 [ ^{3 ]また}、北マリアナ諸島、朝鮮半島、台湾、中国東北部、ロシア極東でも地震の揺れが感じられた。^{[ 8 ]}      

日本の東北地方の一部は、北アメリカに最大で2.4 メートル (7フィート 10インチ)近づき、 ^{[ 65 ] [ 66 ]}日本の陸地の一部は以前よりも広くなった。^{[ 66 ]}震源に最も近い日本の地域では、最大の変動が見られた。^{[ 66 ]} 400キロメートル (250マイル)の海岸線が垂直に0.6 メートル (2フィート 0インチ)沈下し、津波がより遠く、より速く陸地に到達できるようになった。^{[ 66 ]}初期の推定では、太平洋プレートが最大で20 メートル (66 フィート)西に移動した可能性があると示唆されており、^{[ 92 ]}別の初期の推定では、滑りの量が最大で40メートル (130フィート)とされている。^{[ 93 ]} 4月6日、日本の海上保安庁は、地震により震源付近の海底が24メートル（79フィート）移動し、宮城県沖の海底が3メートル（9.8フィート）上昇したと発表した。^{[ 94 ]} 2011年12月2日にサイエンス誌に掲載された海洋研究開発機構の報告書では、震源と日本海溝の間の海底が地震の結果、東南東方向に50メートル（160フィート）移動し、約7メートル（23フィート）上昇したと結論付けている。報告書はまた、地震により被災地域の海底でいくつかの大規模な地滑りが発生したとも述べている。^{[ 95 ]}            

地球の自転軸は、推定で10 ～ 25 cm (4 ～ 10インチ)ずれた。^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}このずれにより、 1 日の長さ、地球の傾き、チャンドラーの揺れなど、いくつかの小さな惑星の変化が生じた。^{[ 67 ]}地球の質量の再分配により、地球の自転速度が増加し、1 日が 1.8マイクロ秒短縮された。^{[ 96 ]}自転軸のずれは、地球表面の質量の再分配によって引き起こされ、惑星の慣性モーメントが変化した。角運動量保存の法則により、このような慣性モーメントの変化は、地球の自転速度のわずかな変化をもたらす。^{[ 97 ]}これらは、この規模の地震では予想される変化である。 ^{[ 67 ] [ 65 ] [ 96 ]}この地震はGOCE衛星の軌道の乱れによって検出された超低周波音波も発生させ、偶然にもGOCE衛星は軌道上の最初の地震計となった。^{[ 69 ]}  

地震の後、富士山のマグマ溜まりの天井に亀裂が生じていることが確認された。^{[ 98 ]}

ノルウェーのソグネフィヨルドで観測された静振は、地震によって発生した遠方のS波とラブ波に起因するものと考えられた。これらの静振は、日本本土を襲った本震から約30分後に発生し始め、3時間にわたって発生し続け、その間に最大1.5メートルの高さの波が観測された。^{[ 99 ]}

土壌液状化は、東京周辺の埋立地、特に浦安市^{[ 100 ] [ 101 ]} 、千葉市、船橋市、習志野市（いずれも千葉県）、および東京都江東区、江戸川区、港区、中央区、太田区で顕著に見られた。約30軒の家屋または建物が倒壊し、その他1,046棟の建物が様々な程度で被害を受けた^{[ 102 ]} 。埋立地に大部分が建設された近隣の羽田空港は被害を受けなかった。お台場でも液状化が発生したが、被害は最小限であった^{[ 103 ] 。}

九州の火山である新燃岳は、地震の3日後に噴火した。この火山は2011年1月にも噴火しており、その後の噴火が地震と関連していたかどうかは不明である。^{[ 104 ]}南極では、地震による地震波によってウィランズ氷流が約0.5メートル（1フィート8インチ）滑ったと報告されている。^{[ 105 ]}  

地震が地球の自転に劇的な変化をもたらしたという最初の兆候は、世界中の全地球測位衛星（GPS）局を監視している米国地質調査所からもたらされた。調査チームは地震現場の近くに複数のGPSモニターを設置していた。震源に最も近いGPS局は4メートル（13フィート）近く移動した。このことから、政府の研究者たちは、地震が地球に大規模な影響を与えた可能性のある他の方法を調査するようになった。NASAのジェット推進研究所での計算によると、地震によって地球の自転が変化し、現在では1日が1.8マイクロ秒短くなっていることが判明した。^{[ 106 ]}  

日本は地震以降、1000回以上の余震を経験し、そのうち80回はマグニチュード6.0mwを超え 、_さらに 数回はマグニチュード7.0mw_を超えました。

3月11日には、15時08分（日本時間）にマグニチュード7.4の地震、15時15分にマグニチュード7.9の 地震_、 15時26分にマグニチュード7.7の 地震_が発生し た_。^{[ 107 ]}

1か月後の4月7日、沖合でマグニチュード7.1Mwの大きな余震が発生した_。震源は仙台沖66km （41マイル）の海底だった。気象庁は_{マグニチュード}7.4JMAと発表し、米国地質調査所は7.1Mwに下方修正した。^{[ 108 ]}少なくとも4人が死亡し、東通原子力発電所や六ヶ所再処理工場への外部電源供給が途絶えるなど_、日本の北部の大半で停電が発生した。^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]}   

4日後の4月11日、_{マグニチュード}7.1の余震が福島を襲い、さらなる被害をもたらし、合計3人が死亡した。^{[ 112 ] [ 113 ]}

2012年12月7日、マグニチュード7.3Mwの大きな余震により 小規模_な津波が発生し、2013年10月26日にもマグニチュード7.1Mw の_余震の後、小規模な津波が記録された。^{[ 114 ]}

2012年3月16日現在、余震は継続しており、マグニチュード4.0を超える地震は合計1887回発生している。過去7日間に本州東海岸付近または沖合で発生したマグニチュード4.5以上のすべての地震を示す定期的に更新される地図^{[ 115 ]}には、20回以上の地震が記録されている^{[ 116 ] 。}

2016年3月11日現在  気象庁の報告によると、 マグニチュード_5.0以上の余震が869回、6.0以上の_余震 が118回、7.0以上の余震が9回発生_した。 ^{[ 117 ]} 

余震の回数は日本全国で健康状態の悪化と関連していた。^{[ 118 ]}

2021年2月13日、仙台沖でマグニチュード7.1～7.3の地震が発生した。宮城県と福島県で一部被害が出た。死者は1人、負傷者は185人だった。 ^{[ 119 ] [ 120 ]}

国土地理院は、 2011年4月14日時点のGPSによる三角測量点の高さと以前の値を比較して、地盤沈下を報告した。 ^{[ 121 ]}

• 岩手県宮古市– 0.50メートル（1フィート8インチ）  
• 岩手県山田市– 0.53メートル（1フィート9インチ）  
• 岩手県大槌町– 0.35メートル (1フィート2インチ) ^{[ 122 ]}  
• 岩手県釜石市– 0.66メートル（2フィート2インチ）  
• 岩手県大船渡市– 0.73メートル（2フィート5インチ）  
• 岩手県陸前高田市– 0.84メートル（2フィート9インチ）  
• 宮城県気仙沼市– 0.74メートル（2フィート5インチ）  
• 宮城県南三陸市– 0.69メートル（2フィート3インチ）  
• 宮城県雄鹿半島– 1.2メートル (3フィート11インチ) ^{[ 122 ]}  
• 宮城県石巻市– 0.78メートル（2フィート7インチ）  
• 宮城県東松島– 0.43メートル（1フィート5インチ）  
• 宮城県岩沼市– 0.47メートル（1フィート7インチ）  
• 福島県相馬市– 0.29メートル（11インチ） 

科学者たちは、この地盤沈下は永続的なものだと述べています。その結果、問題となっている地域は、満潮時の洪水に対してより脆弱になっています。^{[ 123 ]}

東京で地震が感じられる1分前に、日本国内に1,000台以上の地震計を含む地震早期警報システムが、数百万人に強い揺れが迫っているとの警報を発した。気象庁による早期警報が多くの命を救ったと考えられている。^{[ 124 ] [ 125 ]}一般市民への警報は、最初のP波が観測されてから約8秒後、つまり地震発生から約31秒後に発せられた。しかし、一部の地域、特に関東地方、甲信越地方、東北地方北部では、住民への警報が発動しなかったため、推定された震度は実際の震度よりも小さかった。気象庁によると、過小評価の理由としては、最大振幅を入力として使用した場合のマグニチュードスケールの飽和、震源域を十分に考慮していないこと、地震の初期振幅が経験的関係式で予測される値よりも小さいことなどが挙げられる。^{[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}

余震や誘発地震では、地震早期警報システムによる推定震度と実際の震度との間に大きな差が生じる場合もあった。気象庁は、このような警報の不一致の原因として、システムがほぼ同時刻に発生した2つの異なる地震を区別できないこと、停電や接続障害により報告する地震計の数が減少したことを挙げている。^{[ 130 ]}その後、このような状況に対応できるようシステムのソフトウェアが修正された。^{[ 131 ]}

気象庁が発令した津波警報は、同庁の警報スケールで最も深刻なもので、少なくとも3メートル（9.8フィート）の高さの「大津波」と評価された。^{[ 139 ]}実際の高さの予測は地域によって異なり、宮城県では最大6メートル（20フィート）に達した。^{[ 140 ]}津波は日本国内で合計約561平方キロメートル（217平方マイル）の地域を浸水させた。 ^{[ 141 ]}    

地震は日本時間14時46分（UTC 05:46）に日本の海岸線で最も近い地点から約67キロメートル（42マイル）離れた場所で発生し、当初の推定では、津波が最初に影響を受けた地域に到達するまで10分から30分かかり、その後、海岸線の地理に基づいてさらに北と南の地域に到達すると予測されていた。^{[ 142 ] [ 143 ]}日本時間15時55分には、宮城県の海岸近くにある仙台空港が津波に浸水しているのが観測され、^{[ 144 ] [ 145 ]}波が車や飛行機を押し流し、内陸に向かって進むにつれてさまざまな建物を浸水させた。^{[ 146 ] [ 147 ]}仙台空港とその周辺の津波の影響はNHKニュースのヘリコプターによって撮影され、地元の道路で迫りくる波から逃れようとして波に飲み込まれる多数の車両が映っていた。^{[ 148 ]}高さ4メートル（13フィート）の津波が岩手県を襲った。仙台市の若林区も特に大きな被害を受けた。^{[ 149 ]}少なくとも101か所の指定津波避難所が津波に襲われた。^{[ 38 ] [ 150 ]}   

2004年のインド洋地震と津波と同様に、押し寄せる水による被害は、はるかに局所的ではあったものの、実際の地震よりもはるかに多くの死者と破壊をもたらした。津波に見舞われた日本の地域では町全体が破壊され、南三陸では9,500人が行方不明となった。^{[ 151 ]} 2011年3月14日までに、同町では1,000体の遺体が収容された。^{[ 152 ]}

死者数が多かった要因の一つは、予想外に大きな津波だった。いくつかの都市の防潮堤は、はるかに低い高さの津波から守るために建設されていた。また、津波に巻き込まれた多くの人々は、自分たちは十分高い場所にいて安全だと考えていた。 ^{[ 154 ]}日本政府が指定した防災特別委員会によると、津波対策は、科学的に繰り返し発生することが証明されている津波のみに対処することを目的としていた。委員会は、今後の対策は可能な限り高い津波から守るべきだと提言した。津波防潮堤が越水したことから、委員会は、より高い津波防潮堤を建設することに加えて、大規模な津波が発生した場合の避難方法を市民に教えることも提案した。^{[ 155 ] [ 156 ]}

久慈市の大部分と大船渡市の南部（港湾地域を含む）はほぼ完全に破壊された。^{[ 157 ] [ 158 ]}また、陸前高田市も津波が3階建ての高さに達し、大部分が破壊された。^{[ 159 ] [ 160 ]}津波によって破壊された、または甚大な被害を受けた他の都市には、岩手県の釜石市、宮古市、大槌市、山田市、福島県の浪江市、相馬市、南相馬市、宮城県の七ヶ浜市、東松島市、女川市、名取市、石巻市、気仙沼市などがある。^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ] [ 164 ] [ 165 ] [ 166 ] [ 167 ]}津波の最も深刻な影響は、北は北海道恵里茂から南は茨城県大洗までの全長670キロメートル（420マイル）の海岸線沿いで感じられ、その地域の破壊のほとんどは地震発生後1時間以内に発生した。^{[ 168 ]}大洗付近では、津波によって発生した巨大な渦潮の写真が撮影された。 ^{[ 169 ]}津波は宮城県宮戸島への唯一の橋を押し流し、島の住民900人を孤立させた。^{[ 170 ]}地震発生から約2時間半後、高さ2メートル（6フィート7インチ）の津波が千葉県を襲い、旭市などの都市に甚大な被害をもたらした。^{[ 171 ]}   

2011年3月13日、気象庁は地震後に日本の沿岸で記録された津波観測の詳細を公表した。これらの観測には、2011年3月11日14時46分（日本標準時）の地震後に、以下の場所と時刻で3メートル（9.8フィート）を超える津波の最大記録が含まれていた。 ^{[ 172 ]} 

• 15:12 JST –釜石沖– 6.8メートル (22フィート) 
• 15:15 JST –大船戸– 3.2メートル（10フィート）以上 
• 15:20 JST –石巻市鮎川– 3.3メートル（11フィート）以上 
• 15:21 JST –宮古–高さ4メートル（13フィート）以上 
• 15:21（日本時間） –釜石– 4.1メートル（13フィート）以上 
• 15:44 JST –えりも町庄屋– 3.5メートル (11フィート) 
• 15:50 JST –相馬–高さ7.3メートル（24フィート）以上 
• 16:52 JST –大洗– 4.2メートル (14フィート) 

多くの地域では高さ1～3メートル（3フィート3インチ～9フィート10インチ）の津波も発生し、気象庁の速報には「沿岸の一部では、観測地点で観測された津波よりも高い津波が発生する可能性がある」という注意書きも含まれていた。記録された津波の最大値が最も早く観測された時刻は、地震発生から26～35分後の15時12分～15時21分だった。速報には、津波の初期観測の詳細や、津波の影響を受けた沿岸のより詳細な地図も含まれていた。^{[ 173 ] [ 174 ]}     

気象庁は、係留されたGPS波高計ブイからのテレメトリーによって記録された沖合の津波の高さも次のように報告している。 ^{[ 175 ]}

• 岩手県中部（宮古県）沖合– 6.3メートル（21フィート） 
• 岩手県北部（久慈）沖合–水深6メートル（20フィート） 
• 宮城県北部（気仙沼）沖合 –水深6メートル（20フィート） 

2011年3月25日、港湾空港研究所（PARI）は港湾現場を訪問して津波の高さを次のように報告した。^{[ 176 ]}

• 八戸港– 5～6メートル（16～20フィート） 
• 八戸港エリア – 8～9メートル（26～30フィート） 
• 久慈港– 8～9メートル（26～30フィート） 
• 釜石港– 7～9メートル（23～30フィート） 
• 大船渡港– 9.5メートル（31フィート） 
• 大船渡港エリアの助走高– 24メートル（79フィート） 
• 女川漁港– 15メートル（49フィート） 
• 石巻港– 5メートル（16フィート） 
• 塩竇区間-仙台港- 4メートル（13フィート） 
• 塩釜仙台港の仙台区間 – 8メートル（26フィート） 
• 仙台空港周辺 – 12メートル（39フィート） 

大船渡市綾里湾の津波は、 40.1メートル（132フィート）の高さ（遡上高）に達した。湾を見下ろす高い崖には漁具が散乱していた。^{[ 177 ] [ 178 ]}岩手県太郎では、津波は海岸線から約200メートル（660フィート）離れた山の斜面を37.9メートル（124フィート）の高さまで達した。 [ 179 ]また、岩手県^{宮古市重茂}半島姉吉漁港から400メートル（1,300フィート）離れた近くの山の斜面では、東京海洋大学が推定津波遡上高38.9メートル（128フィート）を観測した。^{[ 37 ]}この高さは、報告日現在、1896年の三陸地震の38.2メートル（125フィート）を超える日本の歴史的な記録とみなされている。^{[ 180 ]}また、東北地方の岩手県宮古では津波の高さが最大40.5メートル（133フィート）に達したと推定されている。浸水した地域は、869年の三陸津波の浸水した地域とほぼ一致していた。^{[ 181 ]}       

2012年の調査では、北海道から九州までの海岸線2,000キロメートル（1,200マイル）に沿って浸水高が観測された。最大遡上高が10メートル（33フィート）を超える地点は海岸線530キロメートル（330マイル）に分布し、最大遡上高が20メートル（66フィート）を超える地点は海岸線200キロメートル（120マイル）に分布していた（直接測定）。 ^{[ 182 ]}津波は陸前高田海岸線の著しい侵食を引き起こしたが、これは主に引き潮によるものであった。2016年の調査では、津波以降、海岸線は望ましい速度で自然に回復していないことが示された。^{[ 183 ]}     

日本政府の調査によると、岩手県、宮城県、福島県の沿岸地域の住民の58％が地震直後に津波警報に従い、高台に避難した。警報を聞いて避難を試みた人のうち、津波に巻き込まれたのはわずか5％だった。警報に従わなかった人のうち、49％が津波に襲われた。^{[ 184 ]}

警報に対する避難の遅れには、いくつかの原因があった。津波警報システムが当初予測した津波の高さは、実際の津波の高さよりも低く、この誤差が一部住民の避難の遅れにつながった。このずれは次のように生じた。津波の高さを迅速に予測し、タイムリーな警報を発するため、今回の地震・津波警報は、わずか3分程度で計算できる計算に基づいて発令された。この計算は、地震波の最大振幅に基づいている。地震波の振幅は、リヒタースケールに類似した気象庁のマグニチュードスケールを用いて測定される。しかし、これらのスケールは、ある一定のマグニチュード（気象庁スケールでマグニチュード8）を超える地震では「飽和」する。つまり、非常に大きな地震の場合、地震のエネルギーが大きく異なっていても、スケールの値はほとんど変化しない。このため、初期報告では津波の高さが過小評価された。情報更新の遅れも避難の遅延の一因となった。警報システムは地震発生後約15分で更新される予定で、その時点でモーメントマグニチュードの計算が通常完了するはずだった。しかし、今回の強い地震は日本国内のすべての遠距離地震計の測定限界を超えており、これらの地震計のデータに基づいてモーメントマグニチュードを計算することは不可能だった。避難の遅延のもう一つの原因は、津波警報の2回目の更新が地震発生からかなり遅れて（観測によると28分後）発表されたことである。その時点で停電などの状況により、一部の住民には更新情報が届かなかったと報告されている。また、沿岸沖に設置された潮位計の観測データが2回目の警報に完全に反映されていなかった。さらに、地震直後、一部の波浪計が「20センチメートル（7.9インチ）」の変動を報告し、この値がマスメディアや警報システムを通じて広く報道されたため、一部の住民が危険を過小評価し、避難を遅らせたり中断したりする事態を招いた。^{[ 185 ] [ 186 ]} 

津波警報システムの前述の欠点に対応するため、気象庁は2011年に調査を開始し、2013年にシステムを改訂しました。改訂後のシステムでは、気象庁のマグニチュードスケールが飽和するほどの強い地震が発生した場合、初期警報では定量的な予測は発表されず、代わりに緊急事態を表す言葉が用いられます。より大きな地震を測定できる新型遠地地震計の設置も計画されており、これにより地震のモーメントマグニチュードスケールを迅速に算出できるようになります。また、気象庁は、GPS潮位計や海底水圧計のデータを津波警報に統合するための簡便な経験的手法を導入し、これらの計器の増設や、観測データを活用する技術開発も計画しています。津波の高さの過小報告を防ぐため、予想される振幅よりも小さい初期の定量的観測データは無視され、代わりに状況が監視中であることが伝えられます。地震発生後約90秒後には、気象庁のマグニチュードが算出される前に人々に警告するため、津波の可能性に関する追加報告も観測報告に含まれる。^{[ 185 ] [ 186 ]}

ハワイの太平洋津波警報センター（PTWC）は、太平洋の各地に津波注意報と警報を発令した。協定世界時7時30分、PTWCは太平洋全域に広範囲津波警報を発令した。^{[ 187 ] [ 188 ]}ロシアは千島列島の沿岸地域から1万1000人の住民を避難させた。^{[ 189 ]}米国国立津波警報センターは、カリフォルニア州の大部分、オレゴン州全域、アラスカ州西部の沿岸地域に津波警報を発令し、アラスカ州の大部分、ワシントン州全域、カナダのブリティッシュコロンビア州の太平洋沿岸に津波注意報を発令した。^{[ 190 ] [ 191 ]}カリフォルニア州とオレゴン州では、最大2.4メートル（7.9フィート）の津波が一部地域を襲い、ドックや港に被害を与え、1000万米ドル以上の損害をもたらした。^{[ 192 ]}オレゴン州カリー郡では、ブルッキングス港の1,100メートル（3,600フィート）の桟橋が破壊されるなど、 700万米ドルの被害が発生し、同郡は米国連邦政府からFEMA緊急補助金として100万米ドル以上を受け取った。 ^{[ 193 ]}カナダのバンクーバー島では、最大1メートル（3フィート3インチ）の高潮が発生し^{[ 191 ]}、一部避難を余儀なくされ、波の襲来後12時間にわたり島周辺の海域で船舶の航行が禁止され、多くの島民が通勤手段を失った。^{[ 194 ] [ 195 ]}          

フィリピンでは、高さ0.5メートル（1フィート8インチ）までの波が同国東海岸を襲った。インドネシアのジャヤプラ沿岸では、家屋の一部が破壊された。^{[ 196 ]}パプアニューギニアの東セピック州ウェワクでは、当局がボラム病院が波に襲われる前に100人の患者を避難させ、推定400万米ドルの被害を出した。^{[ 197 ]}ハワイでは、公共インフラへの被害だけでも300万米ドルと推定され、フォーシーズンズリゾートフアラライなどのリゾートホテルを含む私有財産への被害は数千万ドルと推定されている。^{[ 198 ]}高さ1.5メートル（4.9フィート）の波がミッドウェー環礁のサンゴ礁の入り江とスピット島を完全に水没させ、ミッドウェー環礁国立野生生物保護区で営巣していた11万羽以上の海鳥が死んだと報告されている。^{[ 199 ]}トンガやニュージーランドを含む他の南太平洋諸国、およびアメリカ領サモアとグアムでは、通常よりも大きな波に見舞われたが、大きな被害は報告されなかった。^{[ 200 ]}しかし、グアムでは一部の道路が閉鎖され、低地から住民が避難した。^{[ 201 ]}       

メキシコと南米の太平洋沿岸では津波の高潮が報告されたが、ほとんどの場所で被害はほとんど、あるいは全くなかった。^{[ 202 ]}ペルーでは1.5m （4フィート11インチ）の波が報告され、300軒以上の家屋が被害を受けた。^{[ 202 ]}チリの高潮は200軒以上の家屋に被害を与えるほど大きく、^{[ 203 ]}波の高さは最大3m （9.8フィート）に達した。^{[ 204 ] [ 205 ]}ガラパゴス諸島では、地震から20時間後、津波警報が解除された後に3m （9.8フィート）の高潮が発生し、260世帯が支援を受けた。 ^{[ 206 ] [ 207 ]}島々の建物には大きな被害があり、1人が負傷したが、死者は報告されていない。^{[ 206 ] [ 208 ]}       

チリを2メートル（6フィート7インチ）の高潮が襲った後、その高潮の反射波が太平洋を横断して戻ってきて、地震から47～48時間後に日本に30～60センチメートル（12～24インチ）の高潮を引き起こしたと報告されている。これは、小名浜、尾鷲、串本などの複数の潮位計の観測によるものである。^{[ 209 ] [ 210 ]}     

津波は、13,000 km (8,100マイル)離れた南極のサルツバーガー棚氷から氷山を崩した。主要な氷山は9.5 km × 6.5 km (5.9マイル × 4.0マイル) (マンハッタン島とほぼ同じ面積) で、厚さは約80 m (260フィート)であった。合計125 km ² (48平方マイル、31,000 エーカー)の氷が崩落した。^{[ 211 ] [ 212 ]}             

2012年4月現在、津波の残骸は世界中に散らばっており、アラスカのミドルトン島でサッカーボールが、カナダのブリティッシュコロンビア州で日本のオートバイが発見されている。^{[ 213 ] [ 214 ]}

地震当日、ノルウェー各地のいくつかのフィヨルドの水面は沸騰しているかのように荒れ狂い、海岸に打ち寄せる波を形成した。特にソグネフィヨルドではその現象が顕著に見られ、映像にも記録された。ノルウェーでのこの出来事について2年間調査した結果、科学者たちは地震のエネルギーが数千キロメートル離れた場所で静振波を発生させたと結論付けた。^{[ 99 ] [ 215 ]}

津波は日本国外でも数名の死者を出したと報じられている。インドネシアのパプア州ジャヤプラでは、海に流された男性が死亡した。^{[ 12 ]}カリフォルニア州クレセントシティの南にあるクラマス川河口で迫りくる津波を撮影しようとしていたとされる男性も海に流された。^{[ 248 ]}彼の遺体は2011年4月2日、北へ530km （330マイル）離れたオレゴン州フォートスティーブンス州立公園のオーシャンビーチで発見された。 ^{[ 13 ]}  

地震後、低温と降雪が大きな懸念事項となった。 ^{[ 262 ]}場所によって、津波の数分前または数分後に雪が降り始めた。^{[ 40 ]}最も多くの死者が出た石巻市では、 ^{[ 42 ]}気温が0 ℃（32 °F）を記録し、地震から数時間以内に雪が降り始めた。^{[ 43 ] [ 40 ]} 3月16日には再び大雪が降り、^{[ 41 ] [ 263 ]}その後数週間断続的に降った。^{[ 264 ]} 3月18日は同月で最も寒く、仙台では-4～6 ℃（25～43 °F）を記録した。^{[ 264 ] [ 41 ]}雪に覆われた都市の廃墟の写真は、 NASAを含む国際メディアのさまざまな写真集に掲載された。^{[ 265 ] [ 266 ] [ 267 ]}    

津波は膨大な量の瓦礫を生み出し、環境省は500万トンの廃棄物があったと推定している。この廃棄物の一部、主にプラスチックと発泡スチロールは、2011年後半にカナダと米国の海岸に漂着した。米国西海岸沿いでは、これによりゴミの量が10倍に増加し、外来種が運ばれた可能性がある。^{[ 268 ]}

地震後、日本のすべての港が一時的に閉鎖されたが、東京以南の港はすぐに再開した。15の港が被災地に位置していた。北東部の八戸、仙台、石巻、小名浜の港は壊滅的な被害を受け、千葉港（炭化水素産業の拠点）と日本で9番目に大きいコンテナ港である鹿島港も被害を受けたが、被害はそれほど深刻ではなかった。ひたちなか、ひたち、相馬、塩釜、気仙沼、大船渡、釜、宮古の各港も被害を受け、船舶の入港が禁止された。^{[ 269 ]} 15の港はすべて、2011年3月29日までに限定的な船舶交通で再開した。^{[ 270 ]}合計319の漁港、日本の漁港の約10%が災害で被害を受けた。^{[ 271 ]}ほとんどは2012年4月18日までに操業可能な状態に復旧した。^{[ 272 ]}

東京港は軽微な被害を受けた。地震の影響として、港内の建物から煙が立ち上り、港湾区域の一部が浸水し、東京ディズニーランドの駐車場では土壌液状化が発生した。 ^{[ 273 ] [ 274 ]}

須賀川市の藤沼灌漑ダムが決壊し、^{[ 275 ]}洪水が発生し、5軒の家屋が流された。^{[ 276 ]} 8人が行方不明となり、翌朝までに4人の遺体が発見された。^{[ 277 ] [ 278 ] [ 279 ]}伝えられるところによると、ダムが完全に決壊する前に、地元住民が漏水を修理しようと試みていたという。^{[ 280 ]} 3月12日、252のダムが点検され、6つのフィルダムの頂部に浅い亀裂があることが判明した。1つのコンクリート重力ダムの貯水池では、小規模で深刻ではない斜面崩壊が発生した。損傷したダムはすべて問題なく機能している。地震地域内の4つのダムは立ち入り不能だった。^{[ 281 ]}

災害直後には、少なくとも150 万世帯が給水を失ったと報告された。^{[ 260 ] [ 282 ]} 2011年3月21日までに、この数は104 万世帯に減少した。^{[ 283 ]}

日本の経済産業省によると、東北電力 （TEP）が供給する東北地方の約440万世帯が停電に見舞われた。^{[ 284 ]}複数の原子力発電所と従来型発電所が停止し、東京電力（TEPCO）の総発電容量が21GW減少した。^{[ 285 ]}地震による電力不足のため、3月14日から輪番停電が始まった。 ^{[ 286 ]}通常約40GWの電力を供給する東京電力は、首都圏で使用される電力の40%が新潟県と福島県の原子炉から供給されているため、約30GWしか供給できないと発表した。^{[ 287 ]}福島第一原発と福島第二原発の原子炉は、最初の地震が発生したときに自動的に停止し、地震とそれに続く津波で大きな被害を受けた。東京電力が一時的な電力供給の解決策を見つけるために奔走する間、4月と5月を通して約3時間の輪番停電が発生した。停電は東京、神奈川、静岡県東部、山梨、千葉、茨城、埼玉、栃木、群馬の各県に影響を与えた。^{[ 288 ]}関東地方の消費者が自主的に電力使用量を削減したことで、停電の予測頻度と期間が短縮された。^{[ 289 ]} 2011年3月21日までに、北部で停電している世帯数は242,927世帯に減少した。^{[ 283 ]}

東北電力は、東京電力の発電所も地震で被害を受けたため、関東地方に追加の電力を供給することができなかった。関西電力（Kepco）は、システムが60ヘルツで稼働しているのに対し、東京電力と東京電力は50ヘルツで稼働しているため、電力を共有することができなかった。この周波数の差は、1880年代の初期の産業およびインフラ開発により、日本に統一された全国的な電力網がなかったことに起因する。^{[ 290 ]}静岡県と長野県の2つの変電所は、周波数を変換して関西から関東と東北に電力を送ることができたが、その容量は1GWに制限されていた。多くの発電所が被害を受けたため、長期的な解決策が見つかるまでには何年もかかるのではないかと懸念された。^{[ 291 ]}

電力不足を緩和するため、関東地方の鉄鋼メーカー3社は、自社の従来型発電所で発電した電力を東京電力に供給し、一般市民に配電した。住友金属工業は最大500MW、JFEスチールは400MW、日本製鉄は500MWの電力を供給できた。^{[ 292 ]}関東地方と東北地方の自動車・自動車部品メーカーは、2011年5月に、2011年夏の電力不足を緩和するため、土日のみ操業し、木曜と金曜は休業することに合意した。^{[ 293 ]} 2011年の夏季には、一般市民や他の企業にも節電が奨励された（節電）。^{[ 294 ]}

2011年夏に予想されていた電力危機は、節電対策のおかげで無事回避されました。東京電力が記録したこの期間のピーク電力消費量は49.22GWで、前年のピーク消費量より10.77GW（18%）減少しました。7月と8月の電力消費量全体も前年より14%減少しました。^{[ 295 ]} 2011年夏の東京電力エリア内のピーク電力消費量は12.46GWで、前年のピーク消費量より3.11GW（20%）減少し、全体の消費量は前年比で7月に11%、8月に17%減少しました。^{[ 296 ] [ 297 ] [ 298 ]}日本政府は、供給が需要を満たすのに十分になると予測される2016年まで、国民に節電を呼びかけ続けました。企業や一般市民の間で節電意識が深まったこと、電力自由化政策による新たな電力供給者の増加、再生可能エネルギーや化石燃料発電所からの発電量の増加、そして異なる電力会社間での電力の共有のおかげで、節電が実現した。^{[ 299 ] [ 300 ] [ 301 ]}

東京の東に位置する千葉県市原市では、コスモ石油の1日22万バレル（3万5000立方^メートル）の製油所が地震で火災に見舞われた。 ^{[ 302 ] [ 303] [ 304 ]}火災は10日後に鎮火したが、6人が負傷し、貯蔵タンクが破壊された。^{[ 305 ]}他の製油所は安全点検と停電のため生産を停止した。^{[ 306][ 307 ]仙台では、} 日本最大の製油会社であるJX日鉱日エネルギーが所有する1日14万5000バレル（^2万3100立方メートル）の製油所も地震で炎上した。^{[ 302 ]}作業員は避難したが、^{[ 308 ]}津波警報により消火活動は3月14日まで妨げられ、当局は同日に消火活動を行う予定だった。^{[ 302 ]}  

あるアナリストは、日本の原子力発電容量11GWの損失を補うために化石燃料を燃焼するバックアップ発電所が稼働したため、様々な種類の石油（およびLNG）の消費量が1日あたり最大30万バレル（ ⁴万8000立方メートル）増加した可能性があると推定した。^{[ 309 ] [ 310 ]} 

仙台市が所有する液化天然ガス輸入工場は甚大な被害を受け、少なくとも1ヶ月間供給が停止した。^{[ 311 ]}

精製・貯蔵施設に加え、複数の発電所も被害を受けた。これには仙台第4発電所、新仙台第1・第2発電所、原野町第1・第2発電所、広野第2・第4発電所、常陸中第1発電所が含まれる。^{[ 312 ]}

福島第一、福島第二、女川原子力発電所、東海原子力発電所の計11基の原子炉は、地震後に自動的に停止した。 ^{[ 313 ]}同じく北東海岸にある東通原子力発電所は、定期点検のため既に停止していた。第2世代原子炉が停止した後、崩壊熱を除去し、使用済み燃料プールを維持するために冷却が必要である。バックアップ冷却プロセスは、発電所と六ヶ所原子力再処理工場の非常用ディーゼル発電機によって稼働している。^{[ 314 ]}福島第一と福島第二では、津波が防潮堤を越え、ディーゼルバックアップ電源システムを破壊し、福島第一では3回の大爆発と放射性物質の漏洩を含む深刻な問題を引き起こした。その後の分析で、福島第一を含む多くの日本の原子力発電所が津波に対して十分な保護を受けていなかったことが判明した。^{[ 315 ]} 20万人以上が避難した。^{[ 316 ]}

福島での放射性水の放出は、後にメルトダウンを起こし冷却水が漏れ続けた福島第一原発の3基の原子炉（1号機、2号機、3号機）での分析で確認された。^{[ 49 ]}

4月7日の余震により、六ヶ所再処理工場と東通原子力発電所への外部電源が途絶えたが、予備発電機は機能していた。女川原子力発電所は4本の外部電源のうち3本を失い、使用済み燃料プールの冷却機能が「20分から80分」の間一時的に停止した。また、余震の後、女川では 「最大3.8リットル（1.0米ガロン） 」の放射性水が流出した。 ^{[ 317 ]} 2012年のIAEAの報告書では、女川原子力発電所は大部分が無傷であったことが判明した。^{[ 318 ]}  

2013年時点で、2011年の停止以降に再稼働した日本の原子炉はわずか2基だった。2019年2月時点で、日本には稼働可能な原子炉が42基あった。そのうち、2011年以降に再稼働して稼働していたのは、5つの発電所の9基の原子炉だけだった。^{[ 319 ]}

福島原発のメルトダウン

Japan declared a state of emergency following the failure of the cooling system at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, resulting in the evacuation of nearby residents.^{[320][321][322]} Officials from the Japanese Nuclear and Industrial Safety Agency reported that radiation levels inside the plant were up to 1,000 times normal levels,^[323] and that radiation levels outside the plant were up to eight times normal levels.^[324] Later, a state of emergency was also declared at the Fukushima Daini nuclear power plant about 11 km (6.8 mi) south.^[325] Experts described the Fukushima disaster was not as bad as the Chernobyl disaster, but worse than the Three Mile Island accident.^[326]

The discharge of radioactive water of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant was later detected in tap water. Radioactive iodine was detected in the tap water in Fukushima, Tochigi, Gunma, Tokyo, Chiba, Saitama, and Niigata, and radioactive caesium in the tap water in Fukushima, Tochigi and Gunma.^{[327][328][329]} Radioactive caesium, iodine, and strontium^[330] were also detected in the soil in some places in Fukushima. There may be a need to replace the contaminated soil.^[331] Many radioactive hotspots were found outside the evacuation zone, including Tokyo.^[332]Radioactive contamination of food products were detected in several places in Japan.^[333] In 2021, the Japanese cabinet finally approved the dumping of radioactive water in Fukushima into the Pacific Ocean over a course of 30 years, with full support of IAEA.^[334] To this day, the water is still actively being de-contaminated and is scheduled to be completed by the year 2051.^[335]

日本の交通網は深刻な混乱に見舞われた。北日本を走る東北自動車道の多くの区間が被害を受けた。この自動車道は2011年3月24日まで一般の通行が再開されなかった。 ^{[ 345 ] [ 346 ]}東京ではすべての鉄道サービスが停止され、市内の主要駅には推定2万人が足止めされた。^{[ 347 ]}地震発生後数時間で、一部の列車の運行が再開された。^{[ 348 ]}東京近郊のほとんどの鉄道路線は翌日の3月12日までに全線運行を再開した。^{[ 349 ]}足止めされた2万人の観光客は3月11日から12日の夜を東京ディズニーランドで過ごした。^{[ 350 ]}

津波は最初の地震から約1時間後の日本時間15時55分に仙台空港を襲い、甚大な被害をもたらした。 ^{[ 144 ]}成田空港と羽田空港は地震後一時的に運航を停止したが、被害は軽微で24時間以内に再開した。^{[ 274 ]}成田行きの旅客機11機は近くの横田基地に迂回した。^{[ 351 ] [ 352 ]}

日本各地のさまざまな列車の運行も中止され、JR東日本は残りの運行をすべて停止した。^{[ 353 ]}沿岸路線の4本の列車が運行会社との連絡が途絶えたと報告された。そのうち1本、仙石線の4両編成の列車は脱線していることが判明し、乗客は 翌朝8時過ぎに救助された。^{[ 354 ]}気仙沼線の南気仙沼駅はプラットホームを除いて完全に破壊された。^{[ 355 ]} JR東日本の70路線のうち62路線（35路線のうち31路線）が何らかの被害を受けた。^{[ 270 ]}最も被害の大きかった地域では、7路線の23駅が流失し、680箇所で線路の損傷または喪失があり、福島第一原子力発電所から半径30kmの範囲は評価できなかった。^{[ 356 ]}

東京発着の新幹線で脱線事故はなかったものの、運行は停止された。[ 274 ^{]東海道新幹線は}同日遅くに限定的な運行を再開し、翌日には通常ダイヤに戻った。上越新幹線と長野新幹線は3月12日遅くに運行を再開した。山形新幹線は3月31日に限定的な運行で再開した。^{[ 357 ]}

地震発生前に早期警報システムが地震を検知したため、脱線事故は最小限に抑えられた。このシステムはすべての高速列車を自動的に停止させ、被害を最小限に抑えた。^{[ 358 ]}

東北新幹線は最も大きな被害を受け、JR東日本は駅の屋根の崩落から送電鉄塔の曲がりまで、1,100区間の修復が必要になると推定した。東北新幹線の運行は3月15日に関東地方で部分的に再開され、東京と那須塩原の間で1時間に1往復運行された^{[ 359 ]。東北地方の運行は3月22日に盛岡と新青森の間で部分的に再開された[360]}。秋田新幹線の運行^は3月18日に限られた列車数で再開された^{[ 361 ] 。}東京と新青森間の運行は5月までに再開されたが、復旧作業が続いているため速度は低下しており、震災前のダイヤに戻ったの^は9月下旬になってからだった^{[ 362 ] 。}

福島原発事故による輪番停電は、3月14日から東京周辺の鉄道網に深刻な影響を与えた。主要鉄道は、 通常の3～5分間隔ではなく、10～20分間隔で列車を運行し 、一部の路線はラッシュアワーのみ運行し、他の路線は完全に運休となった。特に、東海道本線、横須賀線、総武本線、中央・総武線は終日運休となった。^{[ 363 ]}これにより首都圏内はほぼ麻痺状態に陥り、駅には長蛇の列ができ、多くの人が通勤や帰宅ができなくなった。鉄道事業者はその後数日かけて徐々に輸送能力を増強し、3月17日には輸送能力の約80%まで回復し、乗客の混雑は最悪の状況から緩和された。

女川駅から坂を上ったところを流されたキハ40系電車（左​​）と、石巻で損傷した電柱（右）。

被災地域では、携帯電話と固定電話のサービスに大きな支障が出た。^{[ 364 ]}地震直後、ネットワーク活動の急増により、日本の大部分で携帯電話の通信が麻痺した。地震当日、アメリカの放送局NPRは仙台で電話が使える人やインターネットにアクセスできる人に連絡を取ることができなかった。^{[ 365 ]}地震により被災地域に陸揚げされた複数の海底ケーブルシステムの一部が損傷したが、基本的なインフラが残っている地域ではインターネットサービスはほぼ影響を受けなかった。これらのシステムは、影響を受けた部分を迂回して冗長リンクにルーティングすることができた。^{[ 366 ] [ 367 ]}日本国内では、当初アクセスできなかったウェブサイトはごくわずかだった。^{[ 368 ]}いくつかのWi-Fiホットスポット プロバイダーは地震に対応してネットワークへの無料アクセスを提供し、^{[ 368 ]} AT&T、Sprint、Verizon、^{[ 369 ]} T-Mobile ^{[ 370 ]}などのアメリカの通信会社やVoIP会社、netTALK ^{[ 371 ]}やVonage ^{[ 372 ]}などの VoIP 会社は、ドイツのDeutsche Telekom ^{[ 373 ]}と同様に、日本への (場合によっては日本からの) 無料通話を期間限定で提供した。

宮城県の自衛隊松島飛行場に津波警報が発令され、基地内放送「タノイ」で「津波が来ています。3階へ避難してください」と警告が発せられた。警告直後、基地は津波に襲われ、浸水した。死者は出なかったものの、津波により第21戦闘訓練飛行隊の三菱F-2戦闘機18機すべてが損傷した。 ^{[ 374 ] [ 375 ] [ 376 ]} 12機は廃棄処分となり、残りの6機は800億円（10億ドル）の費用をかけて修理される予定で、これは機体の当初価格を上回った。^{[ 377 ]}津波の後、海上自衛隊の一部隊員^が命令なしに出航し、海に流された人々の救助を開始した。津波対策計画では、自衛隊の部隊は地方自治体によって指揮・調整されることになっていた。しかし、地震によって多くの地域で市役所（地方自治体の所在地）、警察、消防署が破壊されたため、自衛隊は救助活動に対応するだけでなく、指揮も執らざるを得なくなった。  

19都道府県で754の文化財が被害を受け、その中には5つの国宝（瑞巌寺、大崎八幡宮、白水あみだどう、清白寺）、160の重要文化財（仙台東照宮、講道館、西洋装飾の円通院など）、144の日本記念物（松島、高田松原、夕美館、多賀城跡など）、6つの伝統建築群、4つの重要有形民俗文化財が含まれる。ユネスコ世界遺産「日光の神社仏閣」の石造建造物も倒壊した。^{[ 378 ] [ 379 ] [ 380 ]}東京では、小石川後楽園、六義園、浜里久恩施庭園、江戸城壁が被害を受けた。^{[ 381 ]}博物館、図書館、公文書館が所蔵するコレクションの状態に関する情報はまだ不完全である。^{[ 382 ]}岩手県の平泉の史跡には被害はなく、6月にユネスコ世界遺産リストへの登録が勧告されたことは、国際的な認知と復興の象徴として受け止められた。^{[ 383 ]}

2011年の東北地方太平洋沖地震と津波は、日本の東海岸に大きな環境影響を及ぼしました。この地震津波の稀少性と規模の大きさに着目した研究者、浦部丈太郎、鈴木孝夫、西田達樹、牧野渉らは、仙台湾と三陸リア海岸の干潟群集に対する直接的な生態学的影響を調査しました。地震前後の調査では、動物の分類群の多様性の減少と分類群構成の変化が認められ、これは主に津波とその物理的影響によるものと考えられます。特に、固着性底生動物と内生動物の両方で分類群の多様性が減少しました。ヤドカリなどの移動性底生動物は、それほど大きな影響を受けませんでした。また、調査後にはこれまで記録されていなかった分類群も記録され、津波が種の導入や分類群構成、局所的な群集構造の変化をもたらす可能性が示唆されました。仙台湾および日本の東海岸全体における長期的な生態学的影響については、さらなる研究が必要です。^{[ 399 ]}