К настоящему времени исследователи Марса собрали уже достаточно данных для того, чтобы можно было приблизительно восстановить археологическую историю красной планеты.

Первая известная эра истории Марса – пренойская (4,5 млрд лет назад) протекала первые полмиллиарда лет после окончательного формирования Марса и оставила после себя филосиликаты – листовые силикаты, примером которых на Земле является, в частности, слюда.

Для образования некоторых из обнаруженных филосиликатов были нужны кислые условия, для формирования других – щелочные, но главное – эти минералы формируются при взаимодействии мантийных пород с водой. На Земле это время соответствует катархею.

Период активной тектонической деятельности на нашей планете продолжался намного дольше (и продолжается по сей день), поэтому катархейские осадочные породы не сохранились, так как переплавились в дальнейших катаклизмах.

Теперь считается, что тогда на Земле не было никакой «адской жары», а имелись ландшафты неприветливой суровой пустыни со слабо греющим Солнцем (его светимость была на 25-30 % ниже современной), а диск Луны был во мого раз больше.

Рельеф обеих планет напоминал лунный пейзаж и был сложен лишь из монотонно тёмно-серого первичного вещества, однако на Земле он был интенсивнее сглажен из-за сильных и практически непрерывных приливных землетрясений (тогда Луна находилась на расстоянии всего 17 тыс. км от Земли, ныне — 384,5 тыс.).

По последним данным, на Земле уже тогда тоже были моря: гидросфера начала формироваться в первые 100 млн. лет существования планеты как твердого тела, что неудивительно, так как большое количество воды содержалось в протопланетном веществе. Иногда об этом забывают и пишут, что океаны были сформированы только лишь падающими на Землю кометами, но в кометах откуда вода взялась?

На Марсе же пренойская эра 4 млрд лет назад постепенно перетекла в нойскую. Этот период времени в истории древнего Марса характеризуется глобальной вулканической активностью. Именно тогда начали образовываться первые вулканы Фарсиды. На поверхность планеты и в атмосферу выбрасывалось огромное количество разнообразных химических соединений – ингредиентов для кухни жизни.

В плане вулканизма Земля не отставала – нойская эра соответствует земному эоархею, но главное, что к концу этого времени относятся наиболее древние земные строматолиты — ископаемые продукты деятельности цианобактериальных сообществ.

Учитывая близость Земли и Марса, совершенно неважно, является ли возникновение жизни случайностью или закономерностью – обе планеты с высокой вероятностью обменивались биологическим материалом при ударах астероидов.

3,5 млрд лет назад на Марсе наступила гесперийская эра, когда Марс имел постоянную гидросферу. Северную равнину красной планеты тогда занимал солёный океан объёмом до 15-17 млн км³ и глубиной 0,7—1 км (для сравнения, земной Северный Ледовитый океан имеет объём 18,07 млн км³).

Временами этот океан распадался на два. Один океан, округлый, заполнял бассейн ударного происхождения в районе Утопии, другой, неправильной формы, — район Северного полюса Марса. В умеренных и низких широтах было много озер и рек, на Южном плато — ледники.

Марс обладал очень плотной атмосферой, аналогичной той, которая в то время была у Земли, при температуре у поверхности доходившей до 50 °C и давлении свыше 1 атмосферы. Три метеорита марсианского происхождения — ALH 84001, Накла и Шерготти, в которых были обнаружены образования, схожие с окаменелыми останками микроорганизмов, были выброшены с поверхности Марса как раз в гесперийскую эру.

2,5 миллиарда лет назад на Земле начался протерозой и земные фотосинтезирующие организмы устроили анаэробам кислородную катастрофу. В результате фотосинтеза растения усваивали угле­кислый газ из атмосферы и выделяли кислород. Благодаря насыще­нию воздуха и воды кислородом появились аэробные организмы.

А на Марсе наступила амазонийская эра. Климат начал катастрофически быстро меняться. Происходили мощнейшие, но постепенно затухающие глобальные тектонические и вулканические процессы, в ходе которых образовались крупнейшие в Солнечной системе марсианские вулканы, в частности, Олимп.

Несколько раз сильно изменялись характеристики самой гидросферы и атмосферы, то появлялся, то исчезал Северный океан. Катастрофические наводнения, связанные с таянием криосферы, привели к образованию громадных каньонов: в долину Ареса с южных нагорий Марса стекал поток полноводнее Амазонки, расход воды в долине Касей превышал 1 млрд м³/с. Но со временем вода стала исчезать — частью испаряться, частью замерзать.

Виной всему — малая масса планеты: энергия для тектонической активности к тому времени иссякла, последним ее проявлением, скорее всего, была долина Маринера.

Тем не менее, вулканическая активность некоторое время еще продолжалась за счет радиоактивного разогрева недр. Именно поэтому марсианские вулканы такие высокие: движение плит отсутствовало и извержения неоднократно повторялись на одном и том же месте.

Магнитное поле исчезло и атмосфера, уже плохо удерживаемая слабой гравитацией и не пополняемая извержениями, стала рассеиваться. А по мере исчезновения атмосферы уменьшался парниковый эффект.

Примерно миллиард лет назад на Земле появилось половое размножение, а на Марсе кончились активные процессы в литосфере, гидросфере и атмосфере, и он принял теперешний облик.