ธรณีวิทยาพื้นผิวดาวอังคาร
ดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์หินประกอบขึ้นจากแร่ชนิดต่าง ๆ ที่มีซิลิกอน ออกซิเจน โลหะ ตลอดจนธาตุอื่น ๆ อีกหลายชนิดเป็นองค์ประกอบรวมกันเข้าเป็นหิน พื้นผิวของดาวอังคารมีหินบะซอลต์ชนิดโทเลอิทิกเป็นองค์ประกอบหลัก[37] แม้ว่าหลายส่วนเป็นหินชนิดที่มีซิลิกาสูงมากกว่าหินบะซอลต์ทั่วไปและอาจมีความคล้ายคลึงกับหินแอนดีไซต์บนโลกหรือแก้วซิลิเกต
ภูมิภาคที่มีอัตราส่วนสะท้อนต่ำแสดงการมีเฟลด์สปาร์กลุ่มเพลจิโอเคลสหนาแน่น ในขณะที่ภูมิภาคที่มีอัตราส่วนสะท้อนต่ำทางตอนเหนือเผยให้เห็นการมีแผ่นซิลิเกตและแก้วชนิดที่มีซิลิกอนสูงด้วยความหนาแน่นสูงกว่าปกติ ในหลายส่วนของภูมิภาคที่ราบสูงตอนใต้ตรวจพบไพรอกซีนชนิดแคลเซียมสูงรวมอยู่เป็นปริมาณมาก นอกจากนั้นยังมีการพบฮีมาไทต์และโอลิวีนหนาแน่นในภูมิภาคจำเพาะบางแห่ง[38] พื้นที่ผิวส่วนใหญ่ถูกปกคลุมด้วยชั้นหนาของเม็ดฝุ่นไอเอิร์น(III) ออกไซด์ละเอียด
แผนที่ธรณีวิทยาของดาวอังคาร (USGS; 14 กรกฎาคม 2014) (แผนที่เต็ม / วิดีโอ)
ถึงแม้ว่าดาวอังคารจะไม่มีหลักฐานของโครงสร้างสนามแม่เหล็กระดับครอบคลุมทั่วทั้งดาวในปัจจุบัน[44] แต่ผลการสังเกตแสดงให้ทราบว่าหลายส่วนของเปลือกดาวถูกกระทำด้วยอำนาจแม่เหล็กและการพลิกผันสลับขั้วของสนามไดโพลเคยปรากฏมาแล้วในอดีต เพราะในทางบรรพวิทยาแม่เหล็ก แร่ที่มีความไวต่อแรงแม่เหล็กนั้นย่อมแสดงคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับแถบสลับที่พบบนพื้นมหาสมุทรของโลก ทฤษฎีหนึ่งที่มีการตีพิมพ์ในปี 1999 และมีการตรวจสอบอีกครั้งในเดือนตุลาคม ปี 2005 (โดยอาศัยข้อมูลจากมาร์สโกลบอลเซอร์เวเยอร์) ชี้ว่าแนวแถบต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นแสดงถึงกิจกรรมการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคบนดาวอังคารเมื่อเวลากว่าสี่พันล้านปีก่อน ก่อนที่ไดนาโมของดาวเคราะห์จะหยุดลงเป็นผลให้สนามแม่เหล็กของดาวจางหายไป[45]
ในช่วงการก่อกำเนิดระบบสุริยะ ดาวอังคารได้ถือกำเนิดขึ้นจากผลของกระบวนการสุ่มของมวลที่พอกพูนขึ้นแยกออกจากจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดาวอังคารจึงมีคุณลักษณะทางเคมีที่จำเพาะพิเศษหลายประการตามตำแหน่งในระบบสุริยะ ธาตุต่าง ๆ ที่มีจุดเดือดค่อนข้างต่ำตัวอย่างเช่นคลอรีน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน จะพบเป็นปกติบนดาวอังคารในระดับที่มากกว่าโลก เป็นไปได้ว่าธาตุเหล่านี้ถูกขับออกมาจากบริเวณใกล้ดวงอาทิตย์โดยลมสุริยะอันทรงพลังในช่วงต้นของอายุขัย[46]
หลังการก่อกำเนิดดาวเคราะห์แล้ว ดาวเคราะห์ทั้งหมดล้วนเผชิญ “การระดมชนหนักครั้งหลัง” กว่าร้อยละ 60 ของพื้นที่ผิวดาวอังคารแสดงบันทึกเหตุการณ์การระดมชนจากยุคนั้น[47][48][49] ในขณะที่เป็นไปได้ว่าพื้นที่ผิวส่วนที่เหลืออีกมากมายวางตัวอยู่ภายใต้แอ่งขนาดมโหฬารซึ่งก็เกิดขึ้นจากเหตุการณ์ดังกล่าว มีหลักฐานของแอ่งพุ่งชนขนาดมหึมาในบริเวณซีกโลกเหนือของดาวอังคารซึ่งแผ่ขยายกว้างราว 8,500 กิโลเมตร และยาวร่วม 10,600 กิโลเมตร หรือมีขนาดใหญ่เป็นสี่เท่าของแอ่งไอต์เค็น-ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ทำให้เป็นแอ่งจากการพุ่งชนที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่มีการค้นพบ
ทฤษฎีนี้เสนอว่าดาวอังคารถูกพุ่งชนโดยวัตถุขนาดเท่าดาวพลูโตเมื่อประมาณสี่พันล้านปีก่อน และคาดว่าเหตุการณ์นี้เองเป็นสาเหตุทำให้ดาวอังคารมีซีกดาวแตกต่างกันเป็นสองลักษณะอย่างชัดเจน เกิดแอ่งบอเรียลิสอันราบเรียบปกคลุมพื้นที่กว่าร้อยละ 40 ทางซีกเหนือของดาวเคราะห์[50]
ภาพรังสรรค์โดยศิลปินแสดงภาพของดาวอังคารว่าน่าจะเป็นอย่างไรเมื่อสี่พันล้านปีก่อน[52]
ประวัติศาสตร์ธรณีวิทยาของดาวอังคารสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายช่วงเวลา แต่สำหรับช่วงเวลาหลักแล้วสามารถแบ่งได้เป็นสามยุคด้วยกัน[53][54]
ยุคโนอาเคียน (ตั้งชื่อตาม โนอาคิสเทร์รา หรือแผ่นดินของโนอาห์): เป็นช่วงกำเนิดพื้นผิวดาวอังคารที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ปรากฏ อยู่ในช่วงเวลาประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อนจนถึง 3.5 พันล้านปีที่ผ่านมา พื้นผิวยุคโนอาเคียนเต็มไปด้วยริ้วรอยจากการพุ่งชนขนาดใหญ่ครั้งแล้วครั้งเล่า ส่วนโป่งธาร์ซิส ที่ราบสูงภูเขาไฟที่คาดว่าเกิดขึ้นในระหว่างยุคนี้พร้อมด้วยการท่วมท้นอย่างกว้างขวางของน้ำของเหลวในช่วงปลายยุค
ยุคเฮสเพียเรียน (ตั้งขื่อตาม เฮสเพียเรียนเพลนัม หรือที่ราบสูงตะวันตก): ราว 3.5 พันล้านปีก่อน จนถึงช่วงเวลาประมาณ 3.3 ถึง 2.9 พันล้านปีที่ผ่านมา เป็นยุคที่มีรอยปรากฏชัดเจนของการเกิดที่
ราบลาวาขนาดใหญ่
ยุคแอมะโซเนียน (ตั้งขื่อตาม แอมะโซนิสเพลนิเชีย หรือที่ราบแอมะซอน): นับตั้งแต่ 3.3 ถึง 2.9 พันล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน พิ้นผิวยุคนี้มีหลุมจากการพุ่งชนน้อยแต่ค่อนข้างหลากหลาย ภูเขาไฟโอลิมปัสเกิดขึ้นในยุคนี้ร่วมไปกับการไหลของลาวาอีกหลายที่บนดาวอังคาร
กัมมันตภาพธรณีวิทยาบางอย่างยังคงเกิดขึ้นบนดาวอังคาร ที่หุบเขาอะธาบาสกามีร่องรอยการไหลของลาวาในลักษณะเป็นแผ่นอายุกว่า 200 ล้านปี ปรากฏร่องรอยการไหลของน้ำในพื้นผิวท่ามกลางรอยเลื่อนซึ่งเรียกว่าร่องแยกเซอร์เบอรัสด้วยอายุน้อยกว่า 20 ล้านปี บ่งชี้ว่าเป็นการพลุ่งขึ้นของภูเขาไฟเมื่อไม่นานมานี้เช่นกัน[55] วันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2008 ภาพจากยานมาร์สรีคอนเนสเซนซ์ออร์บิเตอร์แสดงให้เห็นหลักฐานของหิมะที่พังทลายลงมาจากหน้าผาความสูง 700 เมตร
ฝุ่นที่มีซิลิกาปริมาณสูง เผยให้เห็นโดยยานสำรวจดาวอังคารสปิริต
ข้อมูลจากยานส่วนลงจอด ฟีนิกซ์ ที่ส่งกลับมาแสดงว่าดินดาวอังคารมีความเป็นด่างเล็กน้อยและประกอบด้วยธาตุต่าง ๆ อาทิเช่น แมกนีเซียม โซเดียม โพแทสเซียม และคลอรีน สารอาหารเหล่านี้สามารถพบได้ทั่วไปในสวนบนโลกและต่างก็จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช[57] การทดสอบโดนยานสำรวจเผยว่าดินดาวอังคารมีสมบัติเป็นด่างด้วยค่า พีเอชที่ 7.7 และมีเกลือเปอร์คลอเรตอยู่ราวร้อยละ 0.6[58][59][60][61]
มีภูมิประเทศที่เป็นเส้นพาดขวางอยู่ทั่วไปบนดาวอังคารและที่เกิดขึ้นใหม่ ๆ ปรากฏบ่อยครั้งในบริเวณส่วนลาดที่สูงชันของหลุมตกกระทบ ร่องลึก และหุบเหว รอยเส้นพาดจะมีสีคล้ำในช่วงแรกแล้วค่อย ๆ จางลงเมื่อเวลาผ่านไป ในบางครั้งรอยเส้นเริ่มต้นในพื้นที่เล็ก ๆ ก่อนที่จะแผ่ขยายกว้างออกไปได้เป็นหลายร้อยเมตร สามารถมองเห็นได้ตามขอบของหินขนาดใหญ่และเครื่องกีดขวางต่าง ๆ ตามเส้นทางอีกด้วย ทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปกล่าวว่ารอยเส้นเหล่านั้นเป็นดินชั้นล่างซึ่งมีสีคล้ำแต่ถูกเปิดออกมาให้เห็นจากการพังทลายของฝุ่นสีจางทางด้านบนหรือโดยพายุฝุ่น[62] มีการเสนอคำอธิบายไปอีกหลายแนวทาง บางส่วนอธิบายว่าเกี่ยวข้องกับน้ำหรือแม้กระทั่งว่าเป็นการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต
