أغطية المريخ الجليدية القطبية
الغطاء القطبي الشمالي

يتكون الجزء الأكبر من الغطاء الجليدي الشمالي من جليد الماء. يُغطى أيضًا بطبقة رقيقة موسمية من الثلج الجاف، أي ثاني أكسيد الكربون الصلب. ينمو الغطاء الجليدي كل شتاء بمقدار يتراوح بين 1.5 و2 متر إضافي من الثلج الجاف. في الصيف، يتسامى الجليد الجاف (أي يتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية مباشرةً) في الغلاف الجوي. يتمتع المريخ بفصول مشابهة لفصول الأرض، لأن محور دورانه يميل بدرجة قريبة من درجة ميلان محور كوكبنا (25.19 درجة للمريخ مقارنة مع 23.44 درجة للأرض).
خلال كل عام على المريخ «يتجمد» ثلث الغلاف الجوي الرقيق المكون من ثاني أكسيد الكربون (CO2) خلال فصل الشتاء في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي. حتى أن العلماء قاموا بقياس التغيرات الطفيفة في جاذبية المريخ الناتجة عن حركة ثاني أكسيد الكربون.
يقع الغطاء الجليدي الشمالي على ارتفاع أخفض (القاعدة على ارتفاع -5000 متر، والقمة على ارتفاع -2000 متر) من الغطاء الجليدي الجنوبي (القاعدة على ارتفاع 1000 متر، والقمة على ارتفاع 3500 متر)، كما أنه أكثر دفئًا، لذلك يختفي ثاني أكسيد الكربون المتجمد كل صيف عند الغطاء الجليدي الشمالي. يُطلق على جزء الغطاء الذي لا ينصهر خلال الصيف اسم الغطاء الشمالي المتبقي وهو مكون من جليد الماء. يُعتقد أن سمك جليد الماء هذا يصل إلى ثلاث كيلومترات. يبدأ الغطاء الموسمي الأقل سمكًا في التكون بين أواخر الصيف وأوائل الخريف عندما تتشكل مجموعة متنوعة من السحب. تمطر الغيوم مشكلةً طبقة تُسمى الحاجب القطبي والتي تزيد زيادة سماكة الغطاء. الغطاء القطبي الشمالي متناظر حول القطب ويغطي السطح حتى خط عرض 60 درجة. تُظهر الصور عالية الدقة التي التقاطها ماسح المريخ الشامل التابع لناسا أن الغطاء القطبي الشمالي مُغطى بشكل أساسي بالحفر والشقوق والنتوءات الصغيرة التي تمنحه مظهر جبن قريش. الحفر قريبة من بعضها مقارنةً بالمنخفضات المختلفة جدًا في الغطاء القطبي الجنوبي.
يتمتع كلا الغطاءين القطبيين بميزات طبقية ناتجة عن الانصهار الموسمي وترسب الجليد مع غبار العواصف الترابية المريخية. تقع هذه الرواسب الطبقية القطبية تحت الغطاءين القطبيين الدائمين. قد تحمل هذه الطبقات في طياتها معلومات عن المناخ القديم للمريخ، تمامًا كما تفعل بيانات أنماط حلقات الأشجار ولب الجليد على الأرض. تظهر الأخاديد على كلا الغطاءين القطبيين أيضًا، التي ربما نتجت بفعل أنماط الرياح وزوايا سقوط أشعة الشمس، على الرغم من وجود العديد من النظريات التي يجري تطويرها. تتأثر الأخاديد أيضًا بكمية الغبار. كلما زاد الغبار، زادت قتامة السطح. كلما زادت قتامة السطح، زاد انصهار الجديد، لأن الأسطح القاتمة تمتص المزيد من الطاقة الضوئية. يمتد أحد الوديان الكبيرة، تشاسما بوريال، عبر منتصف الغطاء. يبلغ عرضه نحو 100 كيلومتر ويصل عمقه إلى كيلومترين - هذا أعمق من الاخدود العظيم على الأرض.
عندما يتغير الميل المحوري للمريخ يتغير حجم الغطاءين القطبيين. عندما يكون الميل عند أعلى درجة له، يتلقى القطبان المزيد من أشعة الشمس لساعات أكثر كل يوم. يتسبب ضوء الشمس الإضافي في انصهار الجليد، لدرجة ينخفض فيه سمك الجليد حتى 10 أمتار فقط. اكتُشفت الكثير من الأدلة على تكون أنهار جليدية عندما حدث هذا التغير المناخي الناجم عن الميل المحوري.
يُظهر بحث يعود لعام 2009 أن الطبقات الغنية بالجليد في الغطاءين الجليديين تتطابق مع نماذج تقلب مناخ المريخ. يمكن لجهاز رادار مركبة مارس ريكونيسانس أوربيتر التابعة ناسا قياس تباين الخواص الكهربائية بين الطبقات. يكشف نمط الانعكاسية عن نمط اختلافات المواد داخل الطبقات. أنتج الرادار عرضًا مقطعيًا لرواسب طبقات الغطاء القطبي الشمالي للمريخ. تتعاقب المناطق ذات الانعكاسية العالية، ذات الطبقات المتباينة المتعددة، مع المناطق ذات الانعكاسية المنخفضة. يمكن ربط أنماط تناوب هذين النوعين من المناطق بنماذج تغير ميل محور المريخ. نظرًا لأن المنطقة العليا من الرواسب في الطبقات الشمالية القطبية – التي هي أحدث جزء ترسب – هي عاكسة بقوة لموجات الرادار، يقترح الباحثون أن مثل هذه الأقسام ذات الطبقات عالية التباين تتوافق مع فترات من التقلبات الصغيرة نسبيًا في ميل محور المريخ لأنه لم يتغير كثيرًا مؤخرًا. يبدو أن الطبقات الأكثر تغبرًا ترسبت خلال فترات كان فيها الغلاف الجوي أكثر تغبرًا أيضًا.
وفقًا لبحث نُشر في يناير 2010 واستخدم صور كاميرا هايرايز، فإن فهم الطبقات أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا. لا يعتمد سطوع الطبقات على كمية الغبار فقط. تؤثر زاوية سقوط أشعة الشمس وزاوية المركبة الفضائية بشكل كبير على السطوع الذي تراه الكاميرا. تعتمد هذه الزاوية على عوامل مثل شكل جدار الحوض وتموضعه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لخشونة السطح أن تغير الوضاءة (كمية الضوء المنعكس) بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن ما يُرى في كثير من الأحيان ليس طبقة حقيقية، بل غطاء جديد من الصقيع. تتأثر كل هذه العوامل بالرياح التي يمكن أن تؤدي إلى تآكل الأسطح. لم تكشف كاميرا هايرايز عن طبقات أرق من تلك التي رصدها ماسح المريخ الشامل. مع ذلك، فقد رصد المزيد من التفاصيل داخل الطبقات.
وجدت قياسات الغطاء الجليدي الشمالي باستخدام الرادار أن حجم الجليد المائي في طبقات الرواسب هو 821000 كيلومتر مكعب (197000 ميل مكعب). هذا يساوي 30% من الغطاء الجليدي في جرينلاند على الأرض (تتموضع طبقات الرواسب فوق رواسب قاعدية جليدية إضافية). الرادار موجود على متن مركبة مارس ريكونيسانس أوربيتر.
تكشف بيانات رادار شراد حفرًا مدفونة عند دمجها لتشكيل نموذج ثلاثي الأبعاد. يمكن استخدام هذه البيانات لقياس تاريخ طبقات معينة.
في فبراير 2017، نشرت وكالة الفضاء الأوروبية (إيسا) رصدًا جديدًا للقطب الشمالي للمريخ. كان عبارةً عن صورة فسيفسائية التُقطت خلال 32 مدارًا لمركبة مارس إكسبرس.