如今的火星是一片冰封的世界。然而，縱觀歷史，它曾經歷過較為溫暖的時期，那時河流奔流，海洋遍布，冰川融化，或許還存在著豐富的生命。火星氣候變遷能夠為其他行星的演化提供線索，因此，人們加強了對火星氣候的研究力度，試圖尋找可能存在海洋的證據。
但是，如今，火星表面一片乾燥，大氣中的水分經常凝結成霜，尤其是在北極附近。 在那個地區，它形成了多年生的冰蓋。 火星的氣候發生了什麼？
火星的表面和大氣
儘管二氧化碳具有保溫作用，但令人驚訝的是，火星南極地區卻存在大量凍結的二氧化碳。除了部分冰凍區域或遠古洪水沖刷形成的山谷外，火星表面幾乎沒有水的跡象。有關火星土壤的更多詳情，請參閱這篇文章。
火星的大氣層寒冷、乾燥且稀薄。這層主要由二氧化碳組成的薄霧，使得火星表面氣壓不到地球海平面氣壓的1%。火星軌道距離太陽比地球軌道遠50%。此外，其極稀薄的大氣層加劇了火星的嚴寒氣候。火星平均氣溫為零下60度，兩極地區甚至低至攝氏零下123度。這些數據對於了解火星氣候變遷至關重要。
恰恰相反。正午的陽光足以加熱地表，導致偶爾的融化，但低氣壓使水分幾乎瞬間蒸發。
儘管火星大氣層中含有少量水汽，有時也會形成水冰雲，但火星氣候的主要特徵是沙塵暴或二氧化碳暴雪。每年冬天，一場由凍結的二氧化碳組成的暴雪會席捲火星的極地之一，而當這些凍結的二氧化碳在另一極的冰蓋上蒸發時，就會形成數米厚的干冰雪。即使在極地，正值夏季，陽光普照，氣溫也不足以融化這些凍結的水汽。
火星的過去
火星上的大多數隕石坑都遭受了嚴重的侵蝕。幾乎每個較年輕、較大的隕石坑周圍都能看到類似泥流的構造。這些泥狀沉積物很可能是遠古災難（例如小行星或彗星撞擊火星表面）留下的凍結殘餘物，這些災難融化了部分永久凍土層，並在地下深處沖刷出巨大的坑洞，直抵含有液態水的區域。這凸顯了了解火星過去如何影響其當前氣候的重要性。
有證據表明，在某個時期，地表上形成了冰，形成了典型的冰川景觀。這些包括由融化的冰川在其邊緣留下的沉積物形成的岩石山脊，以及由冰蓋下方的河流在冰川下方沉積的蜿蜒沙礫帶。要了解有關火星氣候演變的更多信息，請訪問。
火星上的水循環可能包含與濕潤時期相關的組成部分。濃密的大氣層很可能含有大量從湖泊和海洋蒸發的水汽。這些水蒸氣會凝結成雲，最終以降雨的形式落下。降雨會形成徑流，其中大部分會滲入地表。同時，降雪會不斷積累，形成冰川，冰川融水會流入冰川湖，這凸顯了火星所經歷的氣候變遷。
一些火星照片揭示了火星表面存在巨大的排水溝渠。其中一些溝渠寬達200多公里，綿延2000公里甚至更長。這些排水溝渠的幾何形狀表明，水流在火星表面的流速可能高達每小時270公里。
迷失的海洋？
在火星的一些高海拔地區，存在著廣闊的山谷系統，這些山谷最終匯入沉積窪地——這些低窪地帶曾經被洪水淹沒。但這些湖泊並非火星上最大的蓄水區。在週期性的洪水期間，排水溝向北流淌，形成了一系列短暫的湖泊和海洋。從照片中可以看出，在這些古老的撞擊盆地周圍觀察到的許多特徵，標誌著冰川注入這些深水體的區域。這項研究或許能為火星的地球化改造提供一些線索。
根據各種計算，火星北部最大的海洋之一的體積可能相當於墨西哥灣和地中海的總和。火星上甚至可能存在海洋。支持這一觀點的證據是，北部平原的許多地形特徵與海岸侵蝕相似。這個假想的海洋被命名為「北極海」（Oceanus Borealis）。據估計，它的面積大約是北冰洋的四倍，有人提出了一個火星水循環模型來解釋它的形成。
大多數行星科學家現在都認同火星北部平原曾經反覆形成大片水體，但許多人並不認同火星上曾經存在過真正的海洋。然而，這場爭論仍然為研究火星氣候變遷提供了一個途徑。
氣候變化
在年輕的火星上，劇烈的侵蝕作用可能會使其表面變得光滑。但隨著火星逐漸步入中年，其表面變得寒冷、乾燥且佈滿傷痕。此後，可能只有零星的溫和時期在某些區域使其表面得以恢復生機。這種演化過程對於理解氣候變遷如何影響火星至關重要。
然而，火星上溫和與嚴酷氣候交替的機制至今仍是個謎。目前，我們只能對這些氣候變遷的成因做出一些初步的解釋。一種關於火星氣候變遷的假說是基於其自轉軸偏離理想位置（即垂直於軌道平面）的傾斜角度。與地球類似，火星目前的自轉軸傾斜角度約為24度。這種傾斜角度會隨時間規律性地變化，並且會發生突變。大約每隔10萬年，自轉軸的傾斜角度會突然達到60度。此外，火星自轉軸的傾斜方向和軌道形狀也會隨時間推移而變化，並遵循一定的周期。
這些天體機制，尤其是自轉軸過度傾斜的趨勢，會導致極端季節性溫度。即使火星大氣層像現在這樣稀薄，在自轉軸傾斜角度較大的時期，中高緯度地區的夏季氣溫也可能連續數週高於冰點，而冬季則會比現在更加嚴寒。氣候變遷對火星的影響是一個非常活躍的研究領域。
