Sedimente polare, gheață măcinată și ghețari
La fiecare stâlp se află o grămadă de sedimente bogate în gheață fină stratificată cu aproximativ 3 km (2 mile) grosime și doar câteva zeci de milioane de ani. Straturile sunt expuse în jurul periferiei sedimentelor și în văile care ies în spirală din stâlpi. Iarna sedimentele sunt acoperite cu îngheț de dioxid de carbon, dar sunt expuse vara. La polul nord se extind spre sud până la 80 ° latitudine. La polul sud, întinderea lor este mai puțin clar definită, dar par să se extindă mai departe de pol decât în nord. Stratul este considerat că rezultă din variații ale proporției de praf și gheață, cauzate probabil de modificări ale înclinării axei de rotație (oblicitate). La oblicități ridicate, gheața de apă este eliminată de pe stâlpi, ceea ce determină probabil dispariția reziduurilor de apă-gheață reziduală, iar gheața să fie depusă la latitudini mai mici. La oblicități scăzute, capacele de apă-gheață sunt la maxim. Variațiile de oblicitate afectează, de asemenea, incidența furtunilor de praf și depunerea de praf la stâlpi. Depozitele au o vârstă fragedă, deoarece toate s-au acumulat din ultima perioadă de oblicitate ridicată când s-au îndepărtat sedimentele anterioare. Una dintre particularitățile sedimentelor de la polul nord este aceea că sunt înconjurate de un câmp vast de dună bogat în ghips mineral sulfat.
În condiții actuale, la latitudini mai mari de 40 °, gheața subterană este permanent stabilă la adâncimi mai mici de 1 metru (3 metri) sub suprafață, deoarece temperaturile nu ajung niciodată peste punctul de îngheț. Peste 60 ° latitudine gheața este suficient de mică pentru a fi detectată de pe orbită. De asemenea, debarcaderul Phoenix a fost găsit de sub gheață la 68 ° N. La latitudini mai mari de 40 °, craterele cu impact recent au săpat suprafața până la adâncimi mai mari de 2 metri, dezvăluind gheața solă. Există, de asemenea, numeroase caracteristici ale suprafeței cauzate de prezența gheții abundente la sol. Acestea includ un teren fracturat poligonal similar cu cel găsit în regiunile de permafrost terestru și o înmuiere generală a terenului, cauzată probabil de curgerea de gheață a materialelor de aproape suprafață. O caracteristică izbitoare a benzilor de adâncime de 40 ° -60 ° indicative ale gheții este prezența șorțurilor de deșeuri la baza celor mai multe versante abrupte. Materialele vărsate de pe versanți par să curgă la zeci de kilometri distanță de pârtii, iar radarul care pătrunde la sol arată că șorțurile conțin fracții mari de gheață.
În perioadele cu o mare oblicitate, gheața condusă de la poli s-a acumulat pe suprafață la latitudini mai mici, posibil să formeze ghețari. Modelarea circulației atmosferice sugerează că siturile preferate pentru acumularea de gheață în aceste perioade sunt versanții vestici ai vulcanilor Tharsis și nord-estul bazinului Hellas. Toate aceste locații sunt bogate în caracteristici de curgere și forme de teren morainelike, ceea ce sugerează că ghețarii erau într-adevăr prezenți anterior.
Instrumentul radar de la bordul navei spațiale Mars Express a detectat un posibil lac de apă lichidă sub capacul de gheață polar de sud. Deoarece temperatura pământului de sub capacul polar se crede că este de aproximativ -68 ° C (-90 ° F), apa din lac ar trebui să fie extrem de sărată.
Regiunea polară de nord conține, de asemenea, cea mai mare zonă de dune de nisip de pe Marte. Dunele, care ocupă partea de nord a câmpiei cunoscute sub numele de Vastitas Borealis, formează o bandă care încercuiește aproape complet capacul rămășiței polare nordice. În unele locații se poate observa intercalarea nisipului și a zăpezii dioxidului de carbon, ceea ce indică faptul că dunele sunt active cel puțin pe o perioadă de timp sezonieră.
