Actuellement, la température (moyenne de -50°C) et la pression (0,6% de la pression terrestre) sur Mars ne permettent pas à l'eau liquide d'exister en surface, mais seulement sous la forme de vapeur et de glace. Toutefois, il existe de l'eau (H2O) dans trois réservoirs superficiels: l'atmosphère, les calottes polaires, et le premier mètre du sol. Il existe d'intenses échanges diurnes et/ou saisonniers entre ces trois réservoirs, dont des sondes en orbite autour de la planète ont par le passé confirmé l'existence.
L'atmosphère
Mars possède une atmosphère ténue. La pression moyenne y est de 600 Pa (Terre 101300 Pa) et varie avec l'altitude (plus forte dans les basses plaines du nord), avec les conditions météorologiques locales et la saison. Elle est composée à 95,3% de CO2, un peu d'azote et d'argon, et 0,03% d'H2O. Si toute l'atmosphère martienne se condensait, cela recouvrirait Mars d'une couche de glace de 12 microns d'épaisseur. Toutefois, cette quantité de vapeur varie suivant les saisons et les latitudes. Vu la faible pression totale, et la très faible proportion d'H2O dans l'atmosphère, l'eau ne peut exister que sous forme solide ou gazeuse. Même quand exceptionnellement la température dépasse 0°C, l'eau liquide ne peut exister dans les conditions actuelles de Mars.
Le premier mètre du sol
On sait depuis Mariner 9 (1971) qu'il y a de l'eau dans le sous-sol profond de Mars. La sonde Mars Odyssey, en orbite depuis octobre 2001 et qui fonctionne toujours a révélé de très fortes teneurs en H2O dans le premier mètre le plus superficiel du sol martien (jusqu'à 60% d'H2O) dans les hautes latitudes. Le sol superficiel de Mars (le premier mètre) est assez sec dans les basses latitudes (environ 2% d'H2O) mais est plus proche de la glace sale que du sol glacé dans les hautes latitudes.
Les calottes polaires
Mars possède deux calottes polaires. La calotte permanente nord a 3 km d'épaisseur et 1000 km de diamètre et la calotte permanente sud n'a que 400 km de diamètre, et son épaisseur est mal connue. Ces calottes, blanches, changent de taille suivant les saisons. A la fin de l'été, il ne reste que ce qu'on appelle les calottes permanentes, ou résiduelles, constituées de "glaces éternelles". Ces calottes blanches grandissent en automne et en hiver, car elles se recouvrent et s'entourent d'une couche de givre, et qui se sublime au printemps et en été. On parle alors de calottes transitoires ou saisonnières qui ne correspondent qu'à une couche de givre, dont l'épaisseur ne dépasse pas quelques centimètres.
Ces calottes permanentes ne sont pas constituées de glace pure, mais d'une multitude de couches plus ou moins claires et sombres, donc plus ou moins riches en poussières. L'origine de ce litage est loin d'être compris. Les calottes transitoires, minces couches de givre, semblent être constituées majoritairement de glace de CO2.
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