在一連串怪異、彼此相接的峽穀，以及稱之為諾克斯迷宮的窪穴之間，火星的表麵呈現出巨大而彎曲的溝壕向東延伸著，與赤道大約平行，位置是在其南邊5～20度之間，距離為4500公裏。
這就是所謂的“水手峽穀”，命名是由於首次拍到此峽穀的太空船水手9號，峽穀深度達7公裏，最大寬度則超過200公裏。
與美國大峽穀比較的話，深度是大峽穀四倍，寬為6倍，長度超過10倍。
沿著水手峽穀東岸盡頭延伸方向為北方，對著赤道方向，進入開闊地區之後，即碰到了所謂“渾沌地帶”的沼澤地，此地區之地形彎折扭曲，布滿了岩石遺跡，整個峽穀及附近外觀就像是但丁地獄中較低層圓圈一般。
由渾沌地帶北側邊緣延伸出去，可以看到有很深的三條溝壕——西蒙穀、提穀以及愛麗穀（1997年7月4日，美國航空太空總署的火星登陸艇拓荒者號就是在愛麗穀著陸的）。
這三條溝壕都是長又寬，並越過了稱之為“克萊斯平原”的巨大盆地的地麵，甚至與其他溝壕（稱之為凱西穀）彼此相連，凱西穀是由火星大峽穀中央部分向北延伸出去的，長度有3000公裏。
地質學家一致認為，這些溝壕令人感到驚訝的事實是，其形成是由於含有大量水的一場大洪水的緣故。
大洪水由火星南半球流向北半球，因為是由高處往下流動，所以速度很快。
分割的星球火星最神秘的現象之一是它具有兩個截然不同的起伏地形。
南半部是高高隆起，布滿火山坑，大多數均高出氣數據平麵”一二公裏以上；北半部則較低平，平坦而不具火山坑，大多低於“數據平麵”至少1公裏。
高地與低地大約各占半個球體，但這隻是粗略的吻合。
現在火星的南半球與北半球，一如地質學家絞得·卡特摩爾（PeterCatterm）所解釋：＂分開高低地形的‘二分線’，代表著有一個大圓與火星赤道大約傾斜35度”。
較“數據平麵”還低的北半球地形當中，最大的例外是完全位於北半球內的天堂高地以及跨座在二分線上，大部分比率在薩斯高地：高於“數據平麵”的凸起地形當中，主要的例外是水手峽穀的一部分以及兩個大火坑——亞齊雷（Argyre）及伊洛斯（Hellas），這是由於彗星或是隕石的影響而生成的。
亞齊雷深有3公裏。
直徑為630公裏：伊洛靳深5公裏，而直徑幾近2000公裏。
這些火山坑與第三個叫艾西斯（Isidis）的坑洞是火星上最大的。
但是火星上也有其他火山坑直徑在30公裏以上的地區，包括一座南極在內，有許多這些火山坑都是超大型的，直徑在200公裏以上。
火星上總共還有數以千計直徑小於1公裏的火山坑，以及有3305座比30公裏還寬者。
而難以理解的是，為什麼3066座約為93％的火山坑是位於二分線的南邊，隻有237座大型火山坑位於火山坑北麵。
同樣令人覺得奇怪的是，沒有火山坑的半球部分，其高度為何低於有火山坑半球幾公裏。
一如地質學家羅蘭·格裏列（RohaldGredy）所觀察的，對於這種高地、低地二分線的理由，是“火星上仍無法解釋的謎之一”。
可以確定的是在過去某段曆史當中，火星曾發生了難以想像的巨變。
在第四章我們將探討巨變的原因與結果，這場巨變可能奪去了火星往昔的大氣合理成分以及所擁有的豐盛水分；許多科學家的這種質疑是合理的。
水，水，到處都有許多大型、範圍超過30公裏以上、且曾遭到破壞的火星火山坑，均是在火星具有潮濕及溫暖環境下所生成的，這點是毋庸置疑的。
伊洛斯、艾西斯以及亞齊雷三座火山坑很特別的，具有低而不顯著的邊緣以及平的地麵，這些特征被專家們認為它們形成時火星仍具有濃厚大氣層，當時火星比今天腐蝕速度更快，而且有較強的磁場。
同樣情形，地球上大型火山坑也由於激烈腐蝕，因此在幾百年前與附近地形融合一起，所以現在很難與其周圍景觀清楚區分開來，其他大型火山坑，直徑在30～45公裏者中央均有高峰點，有如凸出的超高石筍，高處中間有一小坑洞。
羅蘭·格裏列認為此情形最佳的解釋是它們都是“濺水”火山坑，而且火星上的水或者大氣、甚至於兩者均曾經是噴出物生成的主要原因。
傑·莫裏斯（JayMelosh）以及安·威克裏（AnnVickery）曾估算過火星當初可能的原始大氣情形，與目前地球的表麵壓力大致是相同的，而且表麵相對溫度高過冰點。
依據他們的研究，火星大氣是由於持續不斷的隕石影響而消失。
由於火星的重力很微弱，所以水氣擴散成的雲很容易因為外在的影響空大氣邊緣飄散到太空中。
由圖表展示顯示出，火星曾是一顆溫暖、潮濕的星球，其中一項是由美國航空太空總署所研究的，已證實來言火星幾毫克約液態水，此水滴封在玻璃管中陳列。
更進一步的估算出目前火星在深達200公尺處存在有冰凍次表層，甚至暗示著在火星更深處，也就是在接近火星主心部分，可能是高熱地下水以及熔融岩漿層。
理論上來說，這些高熱蒸氣應該會噴到表麵：1980年8月，亞曆桑納州羅威爾觀測站的裏那多·馬丁（LeohardMartin）曾報告由美國航空太空總署海盜號太空船所拍到的兩張連續照片，這是在非常接近火星南麵山穀區域所拍攝的，顯示有水花或是蒸氣噴出。
文珊德·第必托羅以及格利客理·摩林拿曾將這些影像以電腦放大，得到的結論是：“我們不僅肯定了馬丁的發現，更找到了一個圓形的壓縮環，中間是一管柱……在這兩張影像中，不同大小的水氣顯示雲層上升時的速度是超過每秒200英尺的……”此一“水氣”是一項爭議話題，但是關於火星在過去擁有豐富水源的證據在科學家中卻是口徑一致的。