河谷系统

分支河谷系统，视场宽度约200公里。]]
河谷系统（Valley networks）是火星表面类似地球河流流域的枝状分支谷道，主要切入在火星南部高地地形中，通常（尽管并非总是）形成于诺亚纪时期（约40亿年前）。单条河谷宽度一般不到5公里，但长度可能会在火星表面绵延数百甚至数千公里。

河谷系统的形式、分布和所隐含的演变对我们了解有关火星表面液态水及气候的变迁史极为重要。一些研究者认为，谷系的特性要求古代火星上必须存在活跃的水循环，虽然这一观点仍有争议。反对意见主要来自火星古气候模型重现的结果，该模型表明火星上从未有过足够高的气温气压来维持表面的液态水。

过去十年来，高分辨率成像科学设备、热辐射成像系统和卫星背景相机以及火星轨道器激光高度计数字地形模型所提供的高分辨率表面图像极大地提高了我们对河谷系统的理解。

类型
拍摄的瓦伊哥谷附近部分河谷系统，图像长度约50公里。]]
河谷系统通常较为狭窄（<0.5–4公里），深约50–200米，且随谷道的延伸而变化，其截面形状呈现从上游V型向下游U型演变的趋势。单条河谷形成相互连接的分支谷系，通常不到200公里长，流入当地低洼地形。许多研究者描述谷系的流域密度通常远低于地球上的河网密度，但文献中也提到了这可能是由图像分辨率、地貌退化或观察偏差造成的人为影响，目前存在较窄、较浅的河谷系统，但可能比较大的谷系更罕见，这解释了文献中对“河谷系统”而非“河道系统”一词的偏好，但在一些文章中对这些结构的描述往往会发生混淆）。诺亚纪南部高地的河谷集中度以及赫斯珀里亚纪北部平原上的稀疏性，结合诺亚纪末期火星全球侵蚀率呈指数级下降的独立估计，可能表明大部分谷系形成于这一阶段的早期。独立证据还表明，在过去不同时期，火星表面曾存在过液态水或非常接近液态水，例如子午线高原的蒸发岩和哥伦比亚丘陵岩石的普遍水蚀变，这两种情况都被火星探测漫游者勘测到。

此外，还提出了数种不同的情况以进一步解释河谷在空间和时间上的形状及分布。河谷系统形成时，火星古气候对每一处谷系都有着不同影响，其中一些总结如下。同样值得强调的是，就如地球上一样，不同的形成机制可能在火星表面不同的时间和地点发挥着作用。

2020年8月，科学家们报告称，火星南部高地的河谷系统可能主要是在冰川下形成，而非由自由流动的河流所冲刷，这表明早期火星比想象的要更冷，而且在过去可能发生过大规模的冰川作用。
1、一切依旧，冰下地下水：“寒冷干燥的火星”
该模型旨在描述河谷系统的形成，而不考虑所存在的条件或作用过程与现今所知的火星不同。模拟表明，即使在现代条件下，地表也可能发生地下水渗漏，但会很快冻结。但按照这种推论，冰盖可以很好地隔绝下方流动的水流，使它能长距离流动（以及相关的侵蚀），就像在熔岩管里流动的熔岩一样。

火星河谷通常具有像地球上常与地下水侵蚀有关的许多特征（尽管并非唯一），譬如，圆弧形谷头陡壁、恒定的下游谷宽、平坦或U形谷底及陡峭的崖壁。但是，如果假定产生这种渗漏的含水层没有某种补给机制，即某种水循环，那么就极不可能有足够的渗出水来切割出所有的诺亚纪河谷。尽管如此，这一基本模型可能仍有助于理解后来在赫斯珀里亚纪和亚马逊纪形成的更有限河谷，在地质史跨度上，含水层可通过冻结渗出物的升华、蒸汽向南极冰盖的大气循环并再沉积到冰盖、以及冰层下的基底融化和全球范围内的地下水循环来补给。这种机制很有吸引力，因为它几乎不需要对过去完全不同的气候进行推测，也很符合有关火星溢出河道起源的理论，即溢出河道所位于的混沌地形带是含水层的主要决口处。然而，该机制提供的静压高差无法为众多高度位于南极极冠以上的河道供水。

局部地下水循环
一种相关模型表明，局部产生的热量可通过侵入性火山作用或撞击加热产生局部规模的地下水渗漏和补给。但这一版本很难解释更长、更大的河谷系统—如果水流远离热源数百或数千公里，地面将会再次冻结，则无法再次获得水源补充，而火星早期史中来自太空的持续撞击也会很快剥离掉所有的大气层。

解决这种明显矛盾的方案可能包括不需要持续二氧化碳-水温室气体的奇异机制，如火山作用或撞击引起的间歇性加热。其他的可能（除了对地质学和地貌学的误解外）是气候模型的物理或边界条件有缺陷—太阳照射比当前理论预测的更强，关于痕量（但强大）温室气体的假设存在瑕疵，或对二氧化碳云的参数设定不正确表明，二氧化碳-氢气的温室效果强度足以产生出形成河谷时所需高于冰点的温度。随后发现，这种二氧化碳-氢气温室效果比拉米雷斯等人最初展示的更有效，当氢浓度和二氧化碳气压分别低至1%和0.55巴时，气候则有可能会变暖。

参考文献
外部链接
*[https://www.youtube.com/watch?v=Jr1Xu2i-Uc0 视频 (04:32) -证据：水在火星上“强劲”流动—2012年9月]