The history of water on Mars, after more than four decades of remote sensing investigation, has still some ambiguities. This work focuses on the major geological aspects of presence of water on the Martian surface in a regional scale, with the aim of reconstructing the evolution of aqueous activities in the Terra Sirenum–Terra Cimmeria region from the late Noachian epoch to the late Amazonian and current conditions. The research presented here is based on geomorphological observation, geological mapping, spectroscopical investigation, hydraulic analysis, and age determination by using imagery, topographic, and spectroscopic data. The study area is thought to have played host to one of the largest paleolakes on Mars, known as the Eridania lake which is believed to have existed during middle-late Noachian. This work provides new insights into the depositional, erosional, alteration mechanisms, and development of liquid water existence from the early Mars large bodies of water (e.g., Eridania lake), into local Amazonian fluvial and ice-related features. The large Eridania lake drained into the Ma’adim Valles and transformed into isolated closed lakes after the late Noachian-early Hesperian boundary. The closed lakes may have lasted over a long geological time, believed to be during the Hesperian period, which is evidenced mainly by the thickness of the sediments and various alteration products. The presence of materials rich in Fe/Mg-phyllosilicates, Al-phyllosilicates, and chloride salts, in addition to their stratigraphical relation, suggests chemical environment change(s) at the last stages of the lakes existence and/or after their desiccation. The produced geologic map combined with the age determination results show that the bodies of water, related alteration and erosional processes, took place before the early Amazonian epoch. The presence of a ~340 km long fluvial valley system located southwest of the Eridania lake hypothesised shoreline, dated as early to middle Amazonian, indicates that the liquid water presence on the surface of the Terra Sirenum–Terra Cimmeria region has not completely ceased after the isolated lakes disappearance. At the downstream section of the fluvial system a unique braided alluvial fan has been observed in the Kārūn Valles, which has not been previously reported. The morphological observations and hydraulic analysis point to geologically short- term event(s) which may have taken a few days up to a few tens of thousands of days to form the Kārūn Valles alluvial fan, and consequently the correspondent upstream fluvial features. The source of water is assessed as surface run-off due to ice/snow melt. This observation reveals that liquid water was present on the Martian surface during early-middle Amazonian. Under the current climatic conditions, which do not sustain the accumulation of ice/snow on the surface, several ice-rich and glacial-related features have been observed on the floor of the mentioned valley system. The morphology and stratigraphy of these valley fill deposits (VFD) infer to a formation prior to the latitude dependent mantle (LDM) emplacement. The VFD presence supports the previously hypothesised Amazonian climate change phases, at mid-latitudes, due to obliquity oscillations. These deposits, their host fluvial valley, and the rich past aqueous history of Terra Sirenum-Terra Cimmeria, show that the water re-appeared on the Martian surface repeatedly over time, although its abundance decreased from the late Noachian to the current late Amazonian epoch.
Selbst nach vier Jahrzehnten der fernerkundlichen Erforschung, ist die Entwicklung der Wasservorkommen auf dem Mars nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit legt ihr Augenmerk auf die wichtigsten geologischen Aspekte von Wasservorkommen auf der Marsoberfläche in regionalem Maßstab. Das Ziel ist die aquatische Entwicklung in den Regionen Terra Cimmeria und Terra Sirenum seit der späten Noachischen bis zur späten Amazonischen Periode und bis hin zu den heutigen Bedingungen zu rekonstruieren. Die hier präsentierte Forschung wurde auf Grundlage von geomorphologischen Beobachtungen, geologischen Kartierungen, spektroskopischen und hydraulischen Untersuchungen, sowie Altersbestimmungen mithilfe von Bilddaten, topografischen und spektroskopischen Daten gemacht. Es wird davon ausgegangen, dass die untersuchte Region einen der größten Paläoseen des Mars, den Eridania See, beinhaltete. Dieser existierte während der mittleren bis späten Noachiaschen Periode. Neue Erkenntnisse über die Ablagerungs-, Erosions- und Verwitterungsprozesse werden ebenso dargestellt, wie die Entwicklung der großen flüssigen Wasservorkommen der frühen Marszeit (z.B. Eridania See) zu den fluvialen und glaziären Formen der Amazonischen Periode. Nach dem Übergang der späten Noachischen zur frühen Hesperianischen Periode floss der große Eridania See in das Ma`adim Valles ab und formte einzelne geschlossene Seen. Diese isolierten Seen können während der Hesperianischen Periode über eine geologisch lange Zeit vorhanden gewesen sein, was hauptsächlich durch die Mächtigkeit der Sedimente und verschiedene Alterationsprodukte bekräftigt wird. Die Anwesenheit von Material, das reich an Fe/Mg-Schichtsilikaten, Al-Schichtsilikaten und Chloridsalzen ist, sowie dessen stratigrafischer Vergleich, suggerieren eine chemische Umgebungsänderung während der letzten Phase der Seen und/oder nach dessen Austrocknung. Die geologische Karte und die Ergebnisse der Altersbestimmung deuten darauf hin, dass die Wasservorkommen und die dazugehörigen Verwitterungs- und Erosionsprozesse vor der frühen Amazonischen Periode stattgefunden haben. Die Anwesenheit eines ~340 km langen Flusssystems, welches sich auf die frühe bis mittlere Amazonische Periode datieren lässt und sich im Südwesten der hypothetischen Uferlinie des Eridania Sees befindet, deutet weiter darauf hin, dass das flüssige Oberflächenwasser nach Verschwinden der isolierten Seen auf Terra Sirenum-Terra Cimmeria nicht vollständig verschwand. Ein einzigartiger, verflochtener alluvialer Fächer, über welchen bisher keine Berichte existieren, befindet sich im Bereich flussabwärts des Flusssystems. Die morphologischen Beobachtungen, sowie die hydraulische Analyse, deuten auf ein geologisch kurzes Ereignis, das wenige bis zu einigen zehntausend Tagen für den Formationsprozess des alluvialen Fächers im Kārūn Valles brauchte und folglich für die dazugehörigen fluvialen Formen flussaufwärts sorgte. Die Wasserquelle ist vermutlich ein Oberflächenausfluss, der durch die Schmelze von Eis/Schnee entstand. Diese Erkenntnis impliziert, dass flüssiges Wasser auf der Marsoberfläche während der frühen bis mittleren Amazonischen Periode vorhanden war. Unter den aktuellen Klimabedingungen, welche keine dauerhafte Ansammlung von Eis/Schnee an der Oberfläche erlauben, wurden verschiedene eisreiche Strukturen und glaziale Strukturen auf dem Grund des beschriebenen Flusssystems beobachtet. Die Morphologie und Stratigraphie dieser sogenannten „valley fill deposits“ (VFD) lassen auf deren Formation vor der Ablagerung des sogenannten „latitude dependent mantle (LDM)“ schließen. Die Anwesenheit der VFD stützt die Annahme der durch Oszillation der Planetenrotationsachse entstehenden Klimaänderungen in den mittleren Breiten während der Amazonischen Periode. Diese Ablagerungen, ihr Herkunftsgebiet (das Flusssystem) und die üppige fluviale Vergangenheit der Terra Sirenum-Terra Cimmeria Region deuten darauf hin, dass Wasser wiederholt auf der Marsoberfläche vorkam. Seine Menge nahm jedoch seit der späten Noachischen bis zu der heutigen späten Amazonischen Epoche ab.