В начале своей истории Марс характеризовался активной гидросферой, за которой последовало отступление поверхностных вод в подземные водоносные горизонты под толстой ледяной зоной вечной мерзлоты, где он стал частью запасов подземных вод.
Подземные воды могли бы стать одним из основных факторов возникновения и эволюции осадочных систем, связанных с водой, на Марсе.
Некоторые ученые обнаружили доказательства притока подземных вод во время Геспериана в Валлес Маринерис, а другие представили модель, показывающую, что пластовая среда в Меридиане контролировалась зоной подъема подземных вод в региональном масштабе, происходящего в самых глубоких бассейнах. В соответствии с их моделью, приток подземных вод в региональном и глобальном масштабе может объяснить образование и местоположение светлых многослойных отложений в Аравийской Терре в пластовых отложениях.
Наличие обширных подземных водоносных горизонтов в Аравии Терра и Меридиани также подтверждается наличием сферических включений гематита, неофициально называемых «голубикой», которые были обнаружены в ходе исследования Марса разведочным маршрутом «Меридиани Планум», а также сульфатной минералогии цементов и наличием пульсаций течений в верхнем горизонте.
Ученые также проанализировали 95 крупных бассейнов в северном полушарии и сделали вывод, что подъем уровня подземных вод на Марсе мог происходить спорадически и локально в бассейнах глубиной более 4000 м, таких как кратер McLaughlin. Согласно исследованиям, эта деятельность предшествовала бы поднятию уровня подземных вод, поскольку 80% бассейнов, проанализированных в северном полушарии, оказывали воздействие на рельеф Ноахи.
Однако возраст этих 95 кратеров не был детально изучен, и в исследовании использовались только глобальные стратиграфические единицы (ноахские, гесперийские и амазонские), поскольку кратеры, обнаруженные внутри этих единиц, считались теми же самыми возрастными единицами.
Исследованные бассейны свидетельствуют о том, что рельеф местности ниже отметки Марса 4 000 метров.
Это позволяет предположить, что зона водонасыщенности и любой долгосрочный уровень воды в стационарном режиме остаются ниже отметки 4000 м. Тем не менее существование такого глубокого водоносного горизонта не исключает наличие других водоносных горизонтов на более низкой отметке, например того, который предполагается для кратера Индевор.
Другие водоносные горизонты могли существовать в истории Марса в зависимости от боковой или вертикальной стратиграфии. В де-паразитных бассейнах подъем уровня грунтовых вод привел бы к формированию облакообразующих речных и лакустриальных отложений (с соответствующими подокружающими средами), что также было продемонстрировано присутствием дельты Гилберта, тогда как в более мелких бассейнах преобладали бы испарительные отложения.
Эти наблюдения показывают, что только самые глубокие бассейны, с глубинами ниже точки отсчета Марса более 4000 м, перехватили эту зону глубоководного насыщения. Кроме того, они указывают на существование уровня грунтовых вод на всей планете в пределах от 4 000 до 5 000 метров за всю историю Марса. Эти данные полностью или частично подтверждают модели, предложенные некоторыми учеными, которые предсказывали региональный и глобальный подъем уровня подземных вод и существование водонасыщенных зон на 4000 м ниже точки Марса, соответственно.
Бассейны с основаниями глубже 4000 м ниже Марсдатума перехватывали водонасыщенную зону, были также спрогнозированы учеными по модели и демонстрировали признаки колебаний уровня грунтовых вод.
Анализ этих морфологий показывает, что рельеф поверхности воды колебался не менее чем в пределах 4-4800 м, но в определенный момент времени он стал достаточно устойчивым, чтобы обеспечить формирование дельт.
Пятнадцать из 24 глубоких бассейнов, проанализированных в одном из исследований, свидетельствуют о существовании дельт или ступеней дельт. Другие морфологические особенности также усиливают представление о том, что уровень грунтовых вод, например, нижняя часть русел и самая высокая часть террас находятся на той же высоте, что и дельты.
К другим морфологическим особенностям грунтовых вод относятся обрывистые долины, которые, учитывая отсутствие пополнения поверхностного дренажа и пробитых ободов, представляют собой наиболее убедительные доказательства того, что эти бассейны питались грунтовыми водами. Формирование сапфировой долины происходило на более высоких высотах, чем базальный уровень грунтовых вод, что могло быть возможно благодаря наличию дамбы, которая может сделать уровень грунтовых вод более мелким, чем базальный.
В некоторых кратерах обнаружены ступенчатые ретроградные дельты, указывающие на то, что со временем уровень воды стабилизировался на разных высотах, а когда уровень воды упал, дельты были частично вырезаны руслами и разрушены эрозией.
Следует отметить, что положение уровня грунтовых вод варьировалось в диапазоне от 4800 до 4000 м во всех 24 бассейнах, которые характеризуются рельефом, связанным с водными ресурсами. Это может свидетельствовать о том, что водоносный горизонт во всех бассейнах был взаимосвязанным. Тем не менее, данных, полученных в результате исследований, недостаточно для уверенного подтверждения взаимосвязи между бассейнами. Они показывают, что протяженность этого водоносного горизонта очень велика, и это подводит нас к выводу о том, что он мог бы быть широким по всей планете.
Если бы жизнь когда-то существовала на Марсе, то она могла бы быть преимущественно ограничена какими-то защитными водохозяйственными нишами.
Данные о существовании в прошлом давно существующих водоемов на Марсе, таких как озера или дельты, имеют значительные последствия как для климата, так и для жизни: питаемые подземными водами озера могут согреть климат Марса и повысить вероятность существования и сохранения форм жизни в осадках.
Эти глубокие бассейны (из-за меньшей гравитации, которая подразумевает меньшее уплотнение порового пространства и меньший тепловой поток, что снижает температурные ограничения, вероятно, дают больше шансов найти доказательства прошлых пребиотических химических реакций или даже микробной жизни на Красной планете.
