一如地质学家罗兰·格里列（Rohald Gredy）所观察的，对于这种高地、低地二分线的理由，是“火星上仍无法解释的谜之一”。可以确定的是在过去某段历史当中，火星曾发生了难以想像的巨变。在第四章我们将探讨巨变的原因与结果，这场巨变可能夺去了火星往昔的大气合理成分以及所拥有的丰盛水分；许多科学家的这种质疑是合理的。
水，水，到处都有
许多大型、范围超过30公里以上、且曾遭到破坏的火星火山坑，均是在火星具有潮湿及温暖环境下所生成的，这点是毋庸置疑的。伊洛斯、艾西斯以及亚齐雷三座火山坑很特别的，具有低而不显著的边缘以及平的地面，这些特征被专家们认为它们形成时火星仍具有浓厚大气层，当时火星比今天腐蚀速度更快，而且有较强的磁场。同样情形，地球上大型火山坑也由于激烈腐蚀，因此在几百年前与附近地形融合一起，所以现在很难与其周围景观清楚区分开来。
其他大型火山坑，直径在30～45公里者中央均有高峰点，有如凸出的超高石笋，高处中间有一小坑洞。罗兰·格里列认为此情形最佳的解释是它们都是“溅水”火山坑，而且火星上的水或者大气、甚至于两者均曾经是喷出物生成的主要原因。
杰·莫里斯（Jay Melosh）以及安·威克里（Ann Vick—ery）曾估算过火星当初可能的原始大气情形，与目前地球的表面压力大致是相同的，而且表面相对温度高过冰点。依据他们的研究，火星大气是由于持续不断的陨石影响而消失。由于火星的重力很微弱，所以水气扩散成的云很容易因为外在的影响空大气边缘飘散到太空中。
由图表展示显示出，火星曾是一颗温暖、潮湿的星球，其中一项是由美国航空太空总署所研究的，已证实来言火星几毫克约液态水，此水滴封在玻璃管中陈列。更进一步的估算出目前火星在深达200米处存在有冰冻次表·层，甚至暗示着在火星更深处，也就是在接近火星主心部分，可能是高热地下水以及熔融岩浆层。理论上来说，这些高热蒸气应该会喷到表面：1980年8月，亚历桑纳州罗威尔观测站的里那多·马丁（Leohard Martin）曾报告由美国航空太空总署海盗号太空船所拍到的两张连续照片，这是在非常接近火星南面山谷区域所拍摄的，显示有水花或是蒸气喷出。文珊德·第必托罗以及格利客理·摩林拿曾将这些影像以电脑放大，得到的结论是：“我们不仅肯定了马丁的发现，更找到了一个圆形的压缩环，中间是一管柱……在这两张影像中，不同大小的水气显示云层上升时的速度是超过每秒200英尺的……”
此一“水气”是一项争议话题，但是关于火星在过去拥有丰富水源的证据在科学家中却是口径一致的。在美国航空太空总署数以千计的照片中，也可清楚的看出平原上水源的证据。最近这些证据由一专案小组进行更深入的研究，小组成员包括美国航空太空总署亚米研究中心的大卫·迪司·马里士、美国地质观测所的麦可·卡（MichaelCarr）博士、美国航空太空总署总部的麦可·约·密亚（Michael A．Meyer）博士、以及卡尔·沙冈博士等，而他们的结论足以代表科学界对此一主题的意见，内容大致如下：
火星地质学上最令人迷惑的谜团之一，走火星上的水分在过去演化历史中扮演何种角色。虽然目前情况来看，液态水在表面上足不安定的，但是我们发现了水腐蚀的大量证据。最明显的特征是一些大型干山谷，其形成是由于大量洪水。许多山谷是在所谓混乱岩层区域生成的，此一区域地面似乎崩解成为岩石相当拥挤的地形，称之为地域一，是位于周围岩层地下2公里处……山谷由混乱岩层区延伸出去，朝北方后再往下深入几百公里。山谷整体延伸出，很少有分支，而且谷壁均有水流过痕迹、洪水磨过的地面以及通常含有水滴形状的小岩岛。这些特征显示了大洪水的结果……虽然大多数洪水环绕着克莱斯盆地（Chrysebasin），但其他地区也发现有水……靠近天堂高地物以及伊洛斯。另外，在米蒙尼亚以及西亚马森尼斯也有……
其他地形特征显示流水缓和腐蚀。山谷分支网在深度腐蚀岩层中到处可见……它们很像是边境河谷，拥有支流而且下游较宽……这种山谷最令人满意的解释是由于流水腐蚀而生成的。
青翠环境突然消失
虽然美国航空太空总署以较为保守的态度表达火星含水问题，但是不论如何仍具有重大意义。美国航空太空总署不仅确认了火星确曾有过潮湿、温暖的环境，或许这是适合高等生命生存的，并且认为此一环境似乎突然问消失。
其他研究再变确认了同样结果。
在克莱斯平原上主要河床系统有23公里，长度则超过2000公里。其形成是由于一阵突来的毁灭性洪水，洪水不仅将两壁蚀刻成甘状，并挖出了达几百公尺的坑洞。同时也冲出了水流通路中，如同泪珠的小岛，总长有100公里，而洪水流速非常快：
水流快的最大尖峰供水量为每秒几百万立方公尺。纵使地球上类似大小的集水区，在浓厚大气环境下也无法产生如史快速的流水……只有在水库崩堤时才会造成巨大腐蚀的洪水。
这一足以切割河床的洪水量也曾估算过。彼得·卡特摩尔曾计算过此一洪水量相当于地球上海水总量，但其深度更超过50公尺以上。美国地质观测所的麦可·卡相信它的量与深500公尺的海洋相同。
其他主要洪水发生在爱丽谷。火星登陆艇拓荒者号在1997年7月登陆的地点是在爱丽谷，由美国航空太空总署所拍到的照片显示，此一庞大的河床曾一度充满了“几千英尺的滚滚洪水”。依照拓荒者号科学家麦克·马林（Michael Malin）的说法：“这非常大。地球上足以与此洪水相比的只有充满马里亚那海沟的洪水而已。在大型湖泊当中所沉淀下来的层层沉积物，在火星上许多不同地区都曾发现，某些地区沉积物还厚达5公里。此一事实不仅确认了火星在以前有着浓厚、温暖的大气层，水也可以以液态方式存在，并且也透露着火星上的水分曾存在过一段很长时期，就像地球沉积过程一般。这些推论也由美国航空太空总署的报导得到进一步的印证：“河流曾在火星上某些区域流过几百万年以上。而有水流痕迹的运河更显示以前某一时期火星上曾下过雨。”
赛多尼的海岸线
一般相信，火星此种潮湿温暖的情况大约维持到几十亿年前。然而，美国地质研究所的哈罗特·马休斯基（Harold Masursky）指出，火星在距今几百万年前可能还有液态水存在。英国的柯林·菲林儿研究小组探讨得更多。依据他们的研究，火星陨石显示了在红色星球上距今约60万年前可能有液态水及原始生命。在以后将提到的另外研究，指出更接近现代的时刻表。巨大的毁灭性改变以及摧毁火星大气的时期可能少于17000年。
一如火星上曾有广阔湖泊一般，专家们逐渐接受了火星上曾有三角洲及海洋的观念。美国地质观测所约大街·史考特（David Scott）曾研究过曲折的河谷：水路以及出口、崎岬、岩层、沉积物以及海岸线等，这些存在于天堂地区、亚马森尼斯、乌托比亚、艾西斯以及克莱斯地区许多盆地，而这这些在过去都是海洋及湖泊。他相信天堂区盆地曾充满了深达1500公尺的水分。同样的，亚历桑纳大学的维克·贝克（Vic Baker）及其他科学家都指出，过去三大海洋大大改变了北半球，许多北半球平原上较低的古代海洋线更加强此一理论。
具这类特征地区是位于北纬于北纬41度以及西经9度之间，极接近赛多尼地区所谓火星“金字塔”与“人面”所在地。依据环境地质学家詹姆士·依洛佳维克（JamesL．Erjavec）的研究，位于克莱斯平原东北的这一区域具有类似海岸线的特征，似乎经过腐蚀，海岸线旁边就是陆地边缘·而且有着某些腐蚀过的物质沉降下来，较沉积物曾冲入悬崖底部还要低：一些腐蚀痕迹也显示当地曾有大量水分。但是关于到底是在火星历史上哪一阶段则仍然有待观察。
火星表面有如刮去上面文字再重刻的牛皮纸一般，具有一层又一层的神秘。在这些神秘层中被形容是世界末日故事。
火星的过去可能有几十亿年历史，而影响火星命运的因素也不会完全放过地球的。