Sao Hỏa
Đặc tính vật lý > Địa chất

Bài chi tiết: Địa chất trên Sao Hỏa
Xem thêm: Màu sắc của bề mặt sao Hỏa
Tương tự Trái Đất, Sao Hỏa đặc trưng với một lõi kim loại dày bao phủ bởi một lớp vật chất ít dày hơn. Những mô hình hiện tại về bên trong Sao Hỏa chỉ ra lõi của nó chứa chủ yếu là sắt và nickel với khoảng 16-17% lưu huỳnh. Lõi sắt(II) sunfit này có trạng thái lỏng một phần, và được cho là giàu nguyên tố nhẹ gấp hai lần lõi Trái Đất. Lõi được bao quanh bởi một lớp phủ silicat, lớp này hình thành lên sự kiến tạo và đặc điểm núi lửa của hành tinh, nhưng hiện nay những hoạt động này đã ngừng hẳn. Bên cạnh silicon và oxy, những nguyên tố phổ biến nhát trong vỏ sao Hỏa là sắt, ma-giê, nhôm, canxi và kali. Độ dày trung bình của lớp vỏ là khoảng 50 km, với phần dày nhất lên tới 125 km. Để so sánh, vỏ trái Đất trung bình dày 40 km, chỉ bằng một phần ba Sao Hỏa khi so với tỉ lệ đường kính của hai hành tinh.
Sao Hỏa có hoạt động địa chấn, với InSight ghi nhận được hơn 450 trận động đất và các sự kiện liên quan trong năm 2019. Trong năm 2021, xuất hiện báo cáo rằng dự trên mười một trận động đất cường độ thấp trên Sao Hỏa được phát hiện bởi InSight, lõi sao Hỏa quả thực ở dạng lỏng và có bán kính vào khoảng 1830±40 km và nhiệt độ khoảng 1900-2000 K. Bán kính lõi sao Hỏa chiếm hơn một nửa bán kính của hành tinh và bằng khoảng một nửa bán kính lõi Trái Đất. Điều này lớn hơn những gì các mô hình dự đoán, cho thấy rằng phần lõi chưa một lượng nguyên tố nhẹ như oxy và hidro cùng với hợp kim sắt-nickel và khoảng 15% lưu huỳnh.
Lõi sao Hỏa được che bởi một lớp phủ đá, nhưng dường như không có một lớp tương tự như lớp phủ dưới của Trái Đất. Lớp vỏ này dường như ở trạng thái rắn xuống tới độ sâu khoảng 500 km, nơi mà vùng vận tốc thấp (quyển mềm nóng chảy một phần) bắt đầu. Dưới vùng quyển mềm, vận tốc của các sóng địa chấn bắt đầu tăng trở lại. Ở độ sâu 1050 km là ranh giới của vùng chuyển tiếp. Trên bề mặt sao Hỏa có một lớp vỏ với độ dày trung bình khoảng 24–72 km.
Dựa trên những quan sát từ các tàu quỹ đạo và kết quả phân tích mẫu thiên thạch Sao Hỏa, các nhà khoa học nhận thấy bề mặt Sao Hỏa có thành phần chủ yếu từ đá bazan. Một số chứng cứ cho thấy có nơi trên bề mặt Sao Hỏa giàu silic hơn bazan, và có thể giống với đá andesit ở trên Trái Đất; những chứng cứ này cũng có thể được giải thích bởi sự có mặt của silic dioxide (silica glass). Đa phần bề mặt của hành tinh được bao phủ một lớp bụi mịn, dày của sắt(III) oxide.
Mặc dù Sao Hỏa không còn thấy sự hoạt động của một từ trường trên toàn cầu, các quan sát cũng chỉ ra là nhiều phần trên lớp vỏ hành tinh bị từ hóa, và sự đảo ngược cực từ luân phiên đã xảy ra trong quá khứ. Những đặc điểm cổ từ học đối với những khoáng chất dễ bị từ hóa này có tính chất rất giống với những dải vằn từ luân phiên nhau trên nền đại dương của Trái Đất. Một lý thuyết được công bố năm 1999 và được tái kiểm tra vào tháng 10 năm 2005 (nhờ những dữ liệu từ tàu Mars Global Surveyor), theo đó những dải này thể hiện hoạt động kiến tạo mảng trên Sao Hỏa khoảng 4 tỷ năm trước, trước khi sự vận động dynamo của hành tinh bị suy giảm và dẫn đến sự mất hoàn toàn của từ trường toàn cầu bao quanh hành tinh đỏ.
Trong thời gian hình thành hệ Mặt Trời, Sao Hỏa được tạo ra từ đĩa tiền hành tinh quay quanh Mặt Trời do kết quả của các quá trình ngẫu nhiên của sự vận động đĩa tiền hành tinh. Trên Sao Hỏa có nhiều đặc trưng hóa học khác biệt do vị trí của nó trong hệ Mặt Trời. Trên hành tinh này, các nguyên tố với điểm sôi tương đối thấp như clo, phosphor và lưu huỳnh có mặt nhiều hơn so với trên Trái Đất; các nguyên tố này có lẽ đã bị đẩy khỏi những vùng gần Mặt Trời bởi gió Mặt Trời trong giai đoạn hình thành Thái Dương hệ.
Ngay sau khi hình thành lên các hành tinh, tất cả chúng đều chịu những đợt bắn phá lớn của các thiên thạch ("Late Heavy Bombardment"). Khoảng 60% bề mặt Sao Hỏa còn để lại chứng tích những đợt va chạm trong thời kỳ này. Phần bề mặt còn lại có lẽ thuộc về một lòng chảo va chạm rộng lớn hình thành trong thời gian đó—chứng tích của một lòng chảo va chạm khổng lồ ở bán cầu bắc Sao Hỏa, dài khoảng 10.600 km và rộng 8.500 km, hay gần bốn lần lớn hơn lòng chảo cực nam Aitken của Mặt Trăng, lòng chảo lớn nhất từng được phát hiện. Các nhà thiên văn cho rằng trong thời kỳ này Sao Hỏa đã bị va chạm với một thiên thể kích cỡ tương đương với Pluto cách nay bốn tỷ năm. Sự kiện này được cho là nguyên nhân gây nên sự khác biệt về địa hình giữa bán cầu bắc và bán cầu nam của Sao Hỏa, tạo nên lòng chảo Borealis bao phủ 40% diện tích bề mặt hành tinh.
Lịch sử địa chất của Sao Hỏa có thể tách ra thành nhiều chu kỳ, nhưng bao gồm ba giai đoạn lớn sau:
Kỷ Noachis (đặt tên theo Noachis Terra): Giai đoạn hình thành những bề mặt cổ nhất hiện còn tồn tại trên Sao Hỏa, cách nay từ 4,5 tỷ năm đến 3,5 tỷ năm trước. Bề mặt hành tinh ở thời kỳ Noachis đã bị cày xới bởi rất nhiều cú va chạm lớn. Cao nguyên Tharsis, cao nguyên núi lửa, được cho là đã hình thành trong thời kỳ này. Cuối thời kỳ này bề mặt hành tinh bị bao phủ bởi những trận lụt lớn.
Kỷ Hesperia (đặt tên theo Hesperia Planum): 3,5 tỷ năm đến 2,9–3,3 tỷ năm trước. Kỷ Hesperia đánh dấu bởi sự hình thành và mở rộng của các đồng bằng nham thạch núi lửa.
Kỷ Amazon (đặt tên theo Amazonis Planitia): thời gian từ 2,9–3,3 tỷ năm trước cho đến ngày nay. Bề mặt hành tinh trong kỷ Amazon chịu một số ít các hố va chạm thiên thạch, nhưng đặc tính của các hố va chạm cũng khá đa dạng. Ngọn núi Olympus Mons hình thành trong kỷ này, cùng với các dòng nham thạch ở khắp nơi trên Sao Hỏa.
Một số hoạt động địa chất vẫn còn diễn ra trên Sao Hỏa. Trong thung lũng Athabasca (Athabasca Valles) có những vỉa dung nham niên đại tới 200 triệu năm (Mya). Nước chảy trong những địa hào (graben) dọc ở vùng Cerberus diễn ra ở thời điểm 20 Mya, ám chỉ những sự xâm thực của mac ma núi lửa trong thời gian gần đây. Ngày 19 tháng 2 năm 2008, ảnh chụp từ tàu Mars Reconnaissance Orbiter cho thấy chứng cứ về vụ sạt lở đất đá từ một vách núi cao 700 m.