火星成分
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火星上的幽暗区域以橄榄石、辉石和斜长石等铁镁质成岩矿物为特征。这些矿物是玄武岩的主要成分，玄武岩是一种黑色火山岩，也构成了地球上的洋壳和月球的月海。
水手谷橄榄石玄武岩的热辐射成像系统伪色图，富含橄榄石的岩层呈深绿色。
“好奇号”火星车首幅化学相机化学元素激光光谱（“加冕”岩，2012年8月19日）。
橄榄石矿物遍布于火星各处，但其中一些最大的集中在尼利槽沟，一处含有诺亚纪年代岩石的地区；另一处富含大型橄榄石露头的地区位于水手谷东侧的恒河峡谷。橄榄石在液体水存在的情况下会迅速风化为粘土矿物，因此，大量分布有含橄榄石的岩石露头区表明，自岩石形成以来，该地区液态水并不丰富。
辉石矿物也广泛分布于地表。低钙（正）辉石和高钙（斜）辉石均存在，高钙品种与较年轻的火山盾有关，低钙品种（顽火辉石）则在古老的高地地形中更为常见。由于顽火辉石的熔化温度高于其高钙同类，一些研究人员认为，它在高地的存在表明火星上较古老的岩浆温度高于较年轻的岩浆。
1997年至2006年间，火星全球探勘者号航天器上的热辐射光谱仪绘制了该行星的全球矿物成分图。热辐射光谱仪确认了火星上两种全球范围的火山单元。地表类型一（ST1）为诺亚纪高原的特征，由未经改变的富含斜长石和单斜辉石的玄武岩组成；地表类型二（ST2）常见于火星分界以北的年轻平原，比前者富含二氧化硅。
地表类型二的熔岩被解释为安山岩或玄武安山岩，表明北部平原的熔岩起源于化学演化程度更高、挥发性更强的岩浆（参见火成岩分异和分离结晶）。然而，其他研究人员认为地表类型二代表风化玄武岩，带有硅玻璃或其他次生矿物薄层，这些薄层是通过与含水或含冰材料相互作用所形成。
火星上存在真正的中性岩和长英质岩，但暴露在外的并不常见。火星奥德赛号探测器上的热辐射光谱仪（TES）和热辐射成像系统都在大瑟提斯区和安东尼亚第撞击坑西南坑壁附近发现了高硅质岩石。这些岩石的光谱类似于富含石英的英安岩和花岗岩，表明至少火星地壳的某些部分可能有类似地球的多种火成岩，一些地质物理证据表明，火星大部分地壳实际上可能是由玄武安山岩或安山岩构成。安山岩地壳被上覆的玄武质熔岩掩盖，玄武质熔岩虽然影响着地表成分，但体量较小。
勇气号探测车在古瑟夫撞击坑研究的岩石可用不同的方式进行分类，矿物的数量和类型使这种岩石成为原始玄武岩，也称苦橄玄武岩。这些岩石类似于被称为玄武质科马提岩的古陆相岩石。该平原上的岩石也类似于玄武质休格地陨石，即来自火星的陨石。在一种通过图表比较碱元素和二氧化硅数量的分类系统中，古瑟夫平原的岩石位于玄武岩、苦橄玄武岩和碱性玄武岩三者交界处，欧文·巴拉格分类法称它们为玄武岩。
2013年3月18日，美国宇航局报告了来自好奇号探测车仪器提供的矿物水合作用证据：在多个岩石样本中，包括“廷蒂纳岩石”、破裂的“萨顿内露岩”块以及“克诺尔”和“韦内克”等其他岩石的矿脉和结核中发现了可能的水合硫酸钙 。在火星车从布雷德伯里着陆场到格莱内尔格黄刀湾区的穿越过程中，使用火星车动态中子返照率设备进行的分析表明，该地区地下含水量高达4%，深度达60厘米（2.0英尺）。
2013年9月的《科学》杂志上，研究人员描述了一种称为“杰克·马”或“杰克·马蒂耶维奇”的不同类型岩石，这是好奇号探测车上阿尔法粒子X射线光谱仪分析的首块岩石，因其碱性（>15%标准霞石）并相对分馏，而不同于其他已知的火星火成岩。杰克·马蒂耶维奇岩石与地球上一种通常在海岛和陆地裂谷中发现的橄榄粗安岩相似。它的发现可能意味着碱性岩浆在火星上可能比地球上更常见，好奇号可能会遇到更多分馏的碱性岩石（例如响岩和粗面岩）。
在“约翰·克莱因”泥岩上钻出的探孔（1.6厘米或0.63英寸）。
“坎伯兰”泥岩光谱分析（SAM）。
泥岩的粘土矿物结构。
2013年5月，好奇号探测车在火星黄刀湾附近检测的泥岩。
2013年12月9日，美国宇航局研究人员在《科学》杂志上发表了六篇系列文章，描述了好奇号火星车的诸多新发现。其中发现了无法用污染来解释的可能有机物，虽然有机碳可能来自火星，可用降落在火星上的尘埃和陨石来解释。但由于在好奇号火星样本分析设备中，大部分的碳是在相对较低的温度下释放的，因而，它们可能不是来自样本中的碳酸盐，碳可能来自生物体，但这一点尚未得到证实。这些含有机物的材料是火星车在黄刀湾区用冲击钻钻入一块叫““羊床泥岩””的岩石中5厘米获得的。这些样本分别被命名为“约翰·克莱因”和“坎伯兰”。微生物可通过一种叫做“矿质化能营养”的过程，
从矿物质间的化学不平衡中获取能量，从而在火星上生存。矿质化能营养的意思是“吃岩石”。然而，在这一过程中，只涉及极少量的碳，比在黄刀湾发现的碳要少得多。
利用火星样本分析设备的质谱仪，科学家们测量了宇宙射线穿过岩石时产生的氦、氖和氩同位素。他们发现这些同位素越少，岩石暴露在地表的时间就越近。好奇号钻探的40亿年前的湖底岩石，是在3000万至1.1亿年前被风刮去2米厚的覆盖岩层后裸露出的。下一步，他们希望通过在突出的露头附近钻探，找到一处比它年轻数千万年的地点。
在当前太阳极大期期间的300多天观察中，测量了火星表面所吸收的银河系宇宙射线及太阳高能粒子剂量和剂量当量。这些测量对于人类登陆火星、探测所有现存或过去可能的微生物生命存活时间以及确定潜在有机生命印迹能保存多久等都非常必要。这项研究估计，需要钻探数米深才能接触到可能的生物分子。辐射评估探测器（RAD）测量的地表实际吸收剂量为76兆戈瑞/年。根据这些测量结果，对于单程180天的火星往返任务，以及当前太阳周期在火星表面500天的往返任务，宇航员将暴露在约1.01西弗以上的总任务剂量当量下。暴露于1西弗辐射剂量下罹患致命癌症的风险将会增加5%。美国宇航局当前对在近地轨道上工作的宇航员飞行时长风险限制在3%的水平。大约3米厚的火星土壤就可最大限度地屏蔽银河宇宙射线。
被检测的样本可能曾经是泥浆，数百万至数千万年来可能宿住过活生物体。这种潮湿环境具有中性pH值、低盐度以及不同氧化还原态的铁和硫等矿物，这些类型的铁和硫应可被活生物体所利用。碳、氢、氧、硫、氮和磷等关键生物成因元素被直接测量到，通过推断，认为也存在磷。约翰·克莱因和坎伯兰两份样本均含有玄武岩矿物、硫酸钙、氧化铁/氢氧化铁、硫化铁、非晶体和三八面体蒙脱石（一种粘土矿物），泥岩中的玄武岩矿物与附近风成沉积物中的矿物相似。但泥岩中的铁-镁橄榄石和磁铁矿含量则要少得多。因此，铁-镁橄榄石（橄榄石类型）可能已蚀变为蒙脱石（粘土类型）和磁铁矿。晚诺亚纪/早赫斯珀里亚纪或更年轻的年代表明，火星上粘土矿物的形成超出了诺亚纪。因此，在该位置，中性pH值持续的时间比以前想象的要更长。