日本“3·11”地震是有记录以来震级最强的，因为它冲击了世界上监测最多的地震带之一，这次自然灾害为科学家提供了重要的有关9级地震的稀有珍贵数据。在获取这些新数据之后，表面岩石和土壤对强烈的冲击的反应状况，是首要研究的课题。
美国佐治亚技术研究所的科学家从多个测量站的数据分析发现，地震削弱地下物质高达70%，地壳顶层的土壤非线性响应模式，有助于了解地表之下很深断层的震动如何传递到房屋、桥梁和其他建筑物。
认知大地震对土壤的冲击状况，对于工程师和建筑师设计未来建筑，来应对如此规模地震加速度的承受能力是非常重要的。这些信息也将有助于地震学家开发新的模型来预测这些罕见的、非常强大的灾害所造成的效应。
佐治亚理工学院地球与大气科学学院的副教授Zhigang Peng认为，土壤强度的非线性程度是有史以来观测到最大的，因为这次地震产生的地面震动的加速度高达地球引力的3倍。
Peng教授和他的研究生是首批来调查地震仪记录高质量数据的科学家，这是日本强震网络KIK-Net的一部分。观测站都在地表上和深层基岩钻孔上设置了加速度计。研究人员从6个站的表层土壤层和下伏基岩之间的强速度对比研究中，遴选需要的研究数据。
在这项研究中，他们试图通过研究土壤的非线性和地面峰值加速度（PGA）之间的关系了解控制的土壤响应的参数到底是什么？从基岩上的传感器和表层传感器获取运动加速度数据，通过对这二者数据的比较，他们能够去研究地震是如何改变土壤属性的。研究人员计算了每站点测量的每一对光谱数据的比值，基于比值来跟踪不同地点的、不同的PGA状态下的土壤反应的动态变化。
在强烈震动的时候，土壤的切变系数大概降低了将近 70%，通常来讲，在表面附近，有土壤和好几层沉积岩岩石，在这下面是比表层更加坚固的基岩，当地震波来的时候，最上层的土壤能增强地震波。从土壤的非线性的反应是不寻常的，虽然，很少依靠他们的构成，但在其他的地震预测区（如加利福尼亚和土耳其）类似但规模更小的效应已经发现。地球上层地壳浅层由稀少的土壤类型、砾石、黏土颗粒、沉积层中较大的岩石组成。
“3·11”地震持续时间特别长，所产生的范围也非常广泛、强度的变化也特别大，因此，它为感兴趣的科学家在研究非线性土壤反应研究，提供了一个前所未有的数据集。除了最强冲击的即时效应，研究人员感兴趣的是地震过后土壤如何恢复自己的功能。其恢复时间从2年到几年不等。（马翰青）
《中国科学报》 (2012-01-19 A2 国际)
