Quiconque regarde un globe ou une carte mondiale de Mars ne peut le manquer : le plus grand et le plus long canyon du système solaire. Tranchant l’équateur martien sur environ 4 000 kilomètres, il irait de New York à San Francisco s’il était placé aux États-Unis. Le fond du canyon s’enfonce à 11 km sous les plaines environnantes. C’est aussi profond que certaines des parties les plus profondes de l’océan ici sur Terre. C’est Valles Marineris, ou Vallée du Marin, et son extension occidentale, Noctis Labyrinthus, le Labyrinthe de la Nuit.

Cet immense ensemble de vallées interconnectées s’étend de la hauteur du bourrelet volcanique de Tharsis vers l’est jusqu’à ce qu’il descende en plusieurs canaux et régions de terrains chaotiques. Il se divise naturellement en trois segments.

À l’ouest, Noctis Labyrinthus est constitué d’un réseau de canyons fermés et de dépressions qui se croisent. Celles-ci semblent s’aligner avec les failles du plateau environnant. Plus à l’est de Noctis, les dépressions s’élargissent, se creusent et deviennent plus continues en fusionnant pour former les principaux canyons est-ouest de Valles Marineris. Plus loin vers l’est, les canyons deviennent moins profonds et les caractéristiques fluviales sont plus fréquentes. Finalement, le système de canyons disparaît dans un terrain chaotique.

Bien que les canyons montrent de nombreux signes de contenir des lacs, on pense que les canyons eux-mêmes ont été formés par des failles géologiques à une échelle énorme. Les canyons sont de gigantesques grabens. Un graben est un morceau de croûte qui tombe entre des failles grossièrement parallèles des deux côtés lorsque la croûte est sous tension. Les scientifiques ne savent pas exactement ce qui a déclenché le processus, mais la plupart soupçonnent que les failles sont liées à l’augmentation de l’activité volcanique de Tharsis.

Les lacs, probablement alimentés par des eaux souterraines, ont formé des dépôts en couches sur le fond des canyons à de nombreux endroits – Ophir Chasma et Candor Chasma, pour n’en citer que deux. Même la dépression fermée de Hebes Chasma est largement remplie d’une mesa géante. Les scientifiques pensent qu’elle a été construite à partir de matériaux qui se sont effondrés lors de glissements de terrain depuis les parois lorsque Hebes était rempli d’eau.

Les glissements de terrain le long des parois du canyon ont été le principal processus d’élargissement de l’ensemble du système de canyon, avec l’action fluviale des eaux souterraines. Les lacs se sont drainés vers l’est, le long de la pente régionale. En sortant des canyons, l’eau qui s’échappait a construit de grands canaux d’inondation qui se sont finalement déversés dans les basses terres du nord.

La Terre ne possède aucune caractéristique géologique correspondant à Valles Marineris. Ses parallèles les plus proches sont avec les vallées de rift terrestres, comme celle de l’Afrique orientale. Celle-ci s’étend vers le sud depuis la mer Rouge jusqu’au Mozambique, en passant par l’Ethiopie, le Kenya et la Tanzanie. Mais le rift d’Afrique de l’Est compte de nombreux volcans actifs, alors que Valles Marineris semble en être dépourvue, bien qu’elle se trouve au bord de Tharsis. La question de savoir comment Valles Marineris est née, a pris forme et a grandi n’est que partiellement résolue.