火星海洋是火星历史上可能存在的液态水海洋统称，覆盖约三分之一地表，部分区域因高浓度矿物质呈现红色，形成于约40亿年前 。34亿年前流星撞击引发两次巨型海啸，首次浪高120米并携带巨石，数百万年后第二次因低温形成冰冻泥浆沉积，陨石坑直径达30公里 。探测器影像显示海啸重塑了海岸线，沉积物与撞击模型为古代海洋存在提供了直接证据。2025年，中国“祝融号”火星车在乌托邦平原南部地下10至35米深处发现大规模多层倾斜沉积结构，其地质特征与地球海岸沉积物高度相似，为火星中低纬度地区曾存在古代海洋提供了迄今最直接的地下证据，表明该区域在约36亿年前可能存在一片浅海 。
该假说始于20世纪，长期因证据不足存疑。2010年后，陨石坑、海岸线地形及液态水研究逐步支持该理论，2015年NASA确认火星表面存在液态水后争议减少 。关于火星水的去向，2024年基于“洞察号”探测器数据的分析表明，大量水可能被封存在火星地壳中，其水量足以在火星表面形成深度达1-2千米的全球性海洋 。研究通过地球高原湖泊类比，分析火星地质演变与水文循环的关联 。
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