一、地形与地貌证据
疑似古海岸线特征
- 火星北部平原的阶地地形：火星北半球存在大范围平坦低地（如北大西洋盆地），平均海拔比南半球低4-5公里，符合海洋沉积盆地的构造特征。部分地区发现了类似地球海岸线的阶梯状地形（如“阿拉伯台地”边缘），可能由水位波动形成。
- 侵蚀痕迹与沉积层：火星勘测轨道飞行器（MRO）的高分辨率影像显示，部分区域存在层状沉积物，类似于地球的海洋沉积岩。
河谷网络与冲积扇
- 火星表面分布着大量干涸的河谷网络（如Nirgal Vallis），部分河道宽度达数十公里，暗示长期稳定的水流。此外，盖尔撞击坑等地发现了冲积扇和三角洲沉积（如“埃俄利斯沼”三角洲），表明曾有河流汇入大型水体。
二、矿物学证据
含水矿物的分布
- 粘土矿物（层状硅酸盐）：在火星古老地层（约37亿年前）中广泛检测到蒙脱石等粘土矿物，通常需要液态水长期作用才能形成。
- 硫酸盐和碳酸盐：机遇号和好奇号探测到石膏、黄钾铁矾等硫酸盐矿物，可能为海水蒸发后的沉积产物。近年还发现碳酸盐岩（如Lacustrine碳ates），进一步支持水体存在的化学环境。
盐类沉积与蒸发岩
- 火星赤道区域的某些盆地（如梅里迪亚尼平原）富含硫酸镁和氯化钠等盐类，其分布模式符合干涸盐湖或浅海蒸发的特征。
三、同位素与大气逃逸线索
氘氢比异常
- 火星大气中氘（D）与氢（H）的比例是地球的5倍以上，表明轻氢原子因火星引力较弱而优先逃逸至太空。模型推测，火星曾拥有足够的水量（相当于覆盖全球100-1500米深的海洋），才能通过长期逃逸形成当前的氘富集。
古磁场消失与水体流失
- 火星早期存在全球磁场（约40亿年前消失），磁场的消失导致太阳风剥离大气，加速水分逃逸。这一过程与海洋逐渐干涸的时间线吻合。
四、气候模型与古环境重建
冰盖与地下水循环模型
- 极地冰盖下的雷达探测（如MARSIS）显示大量水冰和可能的液态盐水。结合地质断层和渗出痕迹（如Recurring Slope Lineae），推测古代海洋可能通过地下水系统与地表交互。
间歇性湿润气候假说
- 气候模拟表明，火星早期可能因火山活动或倾斜角变化经历多次湿润期，每次持续数百万年，足以形成短期存在的海洋或大型湖泊。
五、争议与未解之谜
- 地貌多解性：部分“海岸线”可能由熔岩流或冰川活动形成，需结合矿物分布进一步验证。
- 水体规模争议：有研究认为火星水体总量可能仅覆盖北半球浅海（平均深度约数百米），而非全球性海洋。
结论
综合地形、矿物、同位素及模型证据，火星在诺亚纪（约37-41亿年前）很可能存在过短期或间歇性海洋，主要分布于北半球低地。这一假说为未来探测任务（如采样返回）提供了关键科学目标，以解析火星的水循环历史及潜在宜居性演变。
