1980年8月，美国亚利桑纳州洛维尔天文台的列奥纳德·马丁博士报告说，美国宇航局“海盗号”探测器拍摄的火星水手谷以南地区的两幅连续图像，“的确似乎有一处爆炸式的喷水或者蒸汽排泄。”
温森特·迪皮特罗和格利高里·莫伦纳尔用计算机加工了这些图像。他们得出结论说：“我们不仅确认马丁博士的发现，而且发现中心水柱周围有一圈圆形的汽环……两幅照片的不同尺寸表明：这个云团以每秒60多米的速度上升……”
这个“喷水处”引起了争论。但是，对于证明火星上过去曾存在流动水的广泛水源的证据，却没有科学家提出反驳，这些证据在美国宇航局拍摄的上万幅照片上清晰可见。
最近，美国宇航局总部外层空间生物学项目办公室的一个研究小组，对这些证据进行了深入细致的评估。这个小组包括美国宇航局埃米斯研究中心的大卫·戴斯·玛莱斯博士、美国地质勘察署的麦克尔·卡尔博士、美国宇航局总部的麦克尔·A·迈耶博士以及已故的卡尔·萨甘博士。他们的结论代表着有关这个问题的、获得一致赞同的科学观点。现在将这个结论摘引如下：
火星地质学一个最令人困惑的问题，是水在这个星球演化过程中的作用。在火星的当前条件下，火星地表不可能存留任何液态水。尽管如此，我们却看到了火星被水侵蚀的大量证据。最使人迷惑不解的地貌是那些干涸的巨大河谷。我们认为，它们是大洪水造成的结果。
许多河谷都开始于被称为“混乱地带”的区域，那里的地面似乎已经塌陷，形成了一种低于周围地表1～2千米、布满互相碰撞挤压的岩石的地貌……在极乐高原，那些河谷从混乱地带开始出现，沿着该地区的斜坡，向北延伸数百千米。几条巨大的沟壑向水手谷的东北方向延伸，在克莱斯盆地汇合，然后继续向北延伸，最后汇集到低凹的北部平原上。这些河谷的全程都十分明显，很少出现间断。它们具有流线型的谷壁，还有冲刷而成的谷底，并且通常都包含着一些泪滴状岛屿。
所有这些地貌特征都暗示：它们是一次次大洪水造成的结果……尽管大多数洪水都发生在克莱斯盆地一带，但其他地方也发生过洪水……例如极乐高原和埃拉斯深坑一带。另外的洪水则发生在梅姆诺盆地和阿玛松盆地西部……还有一些河流的地貌，则似乎是流水的缓慢侵蚀造成的结果。
在这个深坑遍布的星球上，到处都可以看到分岔的河谷网络……这些河谷很像地球上的河谷，因为它们都有支流，并且在下游渐渐展宽……对这些河谷最有说服力的解释就是：它们是由流水侵蚀而形成的。
美国宇航局的这个报告使用的虽然是干巴巴的科学语言，却阐明了一些有意义重大的问题。这个报告不仅确认火星上曾经出现潮湿而且相对温暖的环境——甚至可能曾经出现过一种适于更高级的生命形式生存的环境，而且它还确认，这种环境似乎是被突如其来地扫除掉了。
另外的一些研究也加强了这幅总体的图景。
极乐盆地的主要海壑系统宽25千米，长2000多千米。它是由一次突发的灾难性大洪水造成的。那场大洪水不仅造成了它那些沟壑的陡峭谷壁，而且凿出了“一些深达数百米的巨大壶洞”，雕出了流线型的“泪滴状”岛屿，岛屿两端之间的长度达100千米。洪水的流速极快：其流速快到每秒钟的高峰量达到数百万立方米，即使地球上的浓厚大气也不能提供流速足够快的水，以补充规模相同的集水区域的流量……只有水坝决口才能产生足以造成大面积土地侵蚀的流量。
科学家也计算出了能够造成火星上的那些沟壑的总水量，这是个极大的数字。根据地质学家彼得·卡特摩尔的计算，这个总水量相当于地球上一个50多米深的海洋的总水量。美国地质勘察署的麦克尔·卡尔博士则认为，这个总水量等于一个500米深的海洋。
另一场大洪水发生在阿瑞斯裂谷一带。美国宇航局“火星探路者号”的登陆车仪器1997年7月传回的照片显示：这个巨大的裂谷中曾经充满了“数千英尺高的滚滚水流”。负责“火星探路者号”的科学家麦克尔·玛林博士说：“这个水量非常大，地球上能够与之相比的大洪水将会填满整个地中海盆地。”
在火星的许多不同地区，都能辨认出分层沉积下来的堆积层物质，如同地球上一些最大的湖泊留下的那种堆积层。有些地方，这些沉积层厚达5千米——这不仅证实了火星上曾经出现过浓密和温暖的大气，水能够以液态形式存在于大气中，而且证实了火星上的水必定曾经存在过极为漫长的时期，在这期间发生了相似于地球的沉积过程。
美国宇航局的报告里提出的一个令人信服的证据，又巩固了这些推论：火星上某些地区的河流曾经存在过数亿年。不仅如此，“那些延伸出去的沟壑还使人想到，火星上甚至很可能还曾经出现过降雨。”
人们普遍认为，这些温暖潮湿的环境遍及火星，那是几十亿年以前的事情。然而，美国地质勘察署的哈罗德·马苏尔斯基却证明：近在几百万年以前，火星上还存在着液态水。
英国的柯林·皮灵格及其研究小组甚至走得更远。他们对火星陨石的研究显示：正好在60万年以前，这颗红色的星球上可能存在液态水和原始生命。另外一些科学家正在准备拟定一个甚至更为晚近的时间框架，其中包括不到17000年前的一场袭击火星的大灾变，它使火星丧失了大气层和水。
专家们逐步接受了火星上曾经存在大面积湖泊、三角洲和海洋的推测。
美国地质勘察署的大卫·斯各特检验了火星上一些被他认为曾存在过湖泊和海的地区，包括极乐、阿玛松、乌托匹亚、伊斯迪斯和克莱斯地区一些盆地的蜿蜒沟壑、泄洪道和出海口、地岬、梯形地、沉积层和海岸线。他认为，极乐盆地曾经充满了深达1．500米的水。
同样，维克·贝克尔和美国亚利桑纳大学的科学家们也认为，一个巨大的湖泊曾经覆盖了火星的北半球。他们还以火星北部低矮平原上古老的海岸线为证据，来支持自己的理论。
在火星北纬41度、西经9度一带，即在塞多尼亚区的所谓火星“金字塔”和“脸”的附近地区，也可以辨认出这样的地貌特征。环境地质学家詹姆斯·L·厄加维克说：
这个地区（它位于克莱斯平原东北方）包含的一些地区，其地貌仿佛具有海岸线的特征，那些地区呈现出水土侵蚀的地貌，山崩在那里造成了海岸线的边缘，山崖底部可能发生过物质侵蚀，而沉积物则倾泻到这些地方。确凿无疑的侵蚀地貌，肯定表明那里必定曾经存在过大量的水。至于这些情况发生在火星历史上的什么时期，这依然有待考察……
火星的表面是一张铭刻着层层奥秘的、可以重复书写的纸。在这一层层奥秘当中，书写着一个世界死亡的故事。
那个世界的死亡时间并不在几十亿年以前，而地球也有可能完全无法避免火星曾经遭到的命运。火星上突然消失的水到哪里去了
“探路者号”发回的资料表明，确曾有大量的水在火星表面流动过。
“探路者号”着陆地点，似曾发生过多次洪水事件，因有无数被水冲来的石头。这些石头大大小小，或粗糙或浑圆。比较浑圆的石头可能是受到远古洪水的磨蚀。研究这些石头可以断定，过去有多少水量将它们从高原冲向平原。其中，许多石头偏向同一方向，则表明它们是在同一时期遭水冲刷的。
图像还显示出火星的一座小山丘，呈现出不同的“地层”，它们可能是在不同时期沉积而成的。这些都能证明，当年曾有许多的水流活动过。
火星沟渠明显是在水的作用下形成的。在一些陡峭的斜坡上有干涸的沟渠，很明显，这里曾经是支流密布、河水徐徐流淌的大片水网地带。支流众多，横穿平坦地区的那些蜿蜒的溪河供应着大河谷的流出水量。强大的变化莫测的水流冲蚀塑造出了众多的冲积平原、沙丘和地面景观。
如今，它们全都干涸成尘了。火星表面的大气压力还不及地球大气压力的1％，自然不容许水的存在。在这样低的压力下，即使气温在冰点以下，水也会逐渐沸腾。结论很明显：火星从前有足够稠密的大气将它表面的水保持在液体状态，而且为了发育成并维护这些巨大湍急河流，火星上的水量必定是足够充分的。
两极的冰冠
火星大气中的水蒸气含量极小。在火星上，少量的水不是留驻在像永冻层一样的土地中，就是成为火星两极上永存不变的冰冠的一部分。
“水手9号”的红外线辐射计实测出在火星赤道上中午的气温可高至17℃，在火星两极地区子夜可低到一120℃。在远日点，即火星距太阳最远时，火星的南半球是冬季。火星上南半球的冬季比北半球的冬季要冷，南半球冬季的冰冠一直伸展至南纬55°。在近日点，即火星距太阳最近时，火星北半球是温暖的冬季。这样，北半球冬季的冰冠到达北纬仅仅约65°。
不一致的两极
在北半球和南半球的夏天，当火星的气温达到使冰冻的二氧化碳（干冰）蒸发成气体状态时，极冠就会消融。科学家们相信：南极剩余的冰很可能是由二氧化碳形成的永冻冰，它比随气温升高而融化的不太坚固的二氧化碳霜更为持久。在南半球夏季的温度高峰期，南极极冠将融缩至直径300千米。北极极冠要大得多，直径从不小于1000千米。北极的气温测量结果显示：夏天的极冠主要以水冰的形式存在，因为天气太热，干冰已不能继续存在。太空探测器的测量仪也显示：在北半球的夏季，大气中的水蒸气大部分聚集在北半球极冠的上空，极冠被证实为由水冰构成。
塌陷成混乱地体
首次被“水手4号”和“水手7号”发现的火星的另一个特征最初被简单地称为混乱地体。在水手大峡谷系的尽头是一片乱七八糟的低地岗丘和小山。科学家们设想这个紊乱的地理景观是因火山活动使水冻层融化或地下冰沉积的结果。长期气候变化周期中的冰期间的温暖时期可能导致了这种融化。如果冰冻的水大量存在于地底，那么它的融化可能会引起大地塌陷进而形成混乱地体。
由于大量融化的地下水被释放了出来，火星景观中便产生了某些流水冲蚀的特征，看上去就像是洪水冲刷的结果。一些陨石撞击坑的存在支持了火星上存在丰厚永冻层或地下冰的看法，这些地点看上去就好像是什么人把一个大圆石扔在一片烂泥地上。物质的溅射呈圆形分布，这与当陨石撞到石质地区形成撞击坑时所抛射出的固体喷射物的分布很不相同。如果一个大陨石落到永冻层地区，那么，碰撞产生的强热就可能融化冰和土壤的混合物，所产生的泥就会形成一个溅射撞击坑。
火星上存在红、白、蓝三种颜色的岩石
“火星探路者”飞船发回的大量照片表明，火星上存在红、白、蓝三种颜色的岩石。“火星探路者”计划参与者之一，美国亚利桑那大学的地质学家皮特·史密斯说，火星上许多岩石都有两种颜色：向风的东侧呈淡蓝色，背风的西侧呈上红色，而一些半埋在土中的岩石则呈白色。史密斯分析，蓝色可能是强风将岩石表面一层剥蚀掉后而露出的颜色，红色是火星上典型的颜色，可能是岩石表面上有一层红色的火星土壤，而白色则是由于这些岩石主要成分为碳酸钙，即这些岩石是由碳酸钙形成的坚硬的钙质层。火星车对飞船着陆点附近的土壤进行分析表明，着陆点附近的某些地方实际上是由一层红色土壤覆盖在白色岩石上构成的，而这些白色岩石正是钙质层。史密斯形象地说：“如果用一把笤帚扫，就可将这层土壤扫掉，露出白色的岩石来。”
火星岩石与地球岩石非常相似
和地球类似，火星上也存在着岩石和土壤。这次火星着陆对火星岩石及土壤进行现场勘测和分析，然后将数据传给着陆器传回地球，这是火星车的主要任务。火星上岩石很多，为了区别，这些被考察的岩石块都临时被取了名字。
自1997年7月6日开始，火星车“索杰纳”就投入了探测与分析岩石的工作。被探测的第一块岩石名叫“藤壶·比尔”，因其外观酷似藤壶而得名，它的大小跟一个足球差不多。命名方法都是根据美国卡通人物的名字命名的，除“藤壶·比尔”外，还有“瑜伽熊”、“平顶”、“魔鬼卡斯珀”、“约吉”等。“索杰纳”对“藤壶·比尔”进行了长达10小时的扫描分析，并将分析结果传回了地面。经分析表明，这块火星岩石主要由石英、长石和正辉石构成，其中石英约占1／3。石英即二氧化硅，是地球上许多岩石的主要成分。长石和正辉石是地球上两种很常见的岩石，火星上具有这种组成的岩石是科学家们事先没有料到的。这种组成与地球上的岩石非常相似，与月球岩石相比，火星岩石更像地球岩石，因为月球岩石中不含石英。“索杰纳”上的阿尔法一质子一X射线光谱仪是不能直接测出石英的，但可以测出硅元素。美研究人员分析，“藤壶·比尔”中的硅元素含量如此大，这些元素一定是以石英的形式存在的，因为在地球上，如果岩石中的硅元素含量达到这么大，那它一定含有石英。起初，他们经分析认为这块岩石中石英的形成可能有三种途径：一是经火山喷发形成的；二是岩石在压力作用下熔化，然后冷却形成的；三是沉积物在水的作用下形成的。但据后来“索杰纳”发回的特写照片推断，这块岩石由火山形成的可能性较大。分析结果还表明，这块岩石的化学组成是均匀的，即它不是由许多小的岩石在漫长的地质年代形成的，而是一整块均匀的岩石。
此后“索杰纳”还对一块名为“约吉”的岩石做了仔细的扫描，这块岩石的大小约为火星车的4倍。经分析发现，“约吉”的化学成分与“藤壶·比尔”不一样，这说明火星上的岩石也是多种多样的。火星车在对名为“瑜珈熊”的岩石探测后发现，该岩石含有大量的镁。这说明它未经过高温的熔烤，这对研究火星历史大有用途。
与此同时，火星车在飞船着陆点附近还发现了三种类型的土壤：一种为细质沙土，另一种为硬质土，第三种为松散的粉状土。在离着陆点几千米处还发现一长形的浅陨石坑，这个陨石坑有可能提供关于小行星撞击火星的线索。
微笑的“脸庞”
塞多尼亚区金字塔的那些照片，是“海盗1号”探测器于1976年在距离火星大约1500千米的高空拍摄的。这些金字塔则是由托比亚斯·欧文博士（现为美国夏威夷大学天文学教授）在“海盗1号”拍摄的编号为35A72的照片上首先辨认出来的。
这幅照片拍摄的实际范围大约是55×50千米，约等于伦敦大区的面积。同一幅照片还显示出了其他许多可能是人工造成的地貌。