Polaire sedimenten, gemalen ijs en gletsjers
Bij elke pool ligt een stapel fijn gelaagde waterijsrijke sedimenten van ongeveer 3 km dik en slechts enkele tientallen miljoenen jaren oud. De laagjes zijn zichtbaar langs de omtrek van de sedimenten en in valleien die uit de polen naar buiten spiralen. In de winter zijn de sedimenten bedekt met kooldioxidevorst, maar in de zomer worden ze blootgesteld. Aan de noordpool strekken ze zich zuidwaarts uit tot 80 ° noorderbreedte. Op de zuidpool is hun omvang minder duidelijk gedefinieerd, maar ze lijken verder van de pool uit te steken dan in het noorden. Aangenomen wordt dat de gelaagdheid het gevolg is van variaties in de hoeveelheid stof en ijs, waarschijnlijk veroorzaakt door veranderingen in de kanteling van de rotatieas (scheefstand). Bij hoge hellingen wordt waterijs van de palen verdreven, waardoor waarschijnlijk de resterende water-ijskappen geheel verdwijnen en het ijs op lagere breedtegraden wordt afgezet. Bij lage schuine standen zijn de water-ijskappen maximaal. Schuine variaties hebben ook invloed op de incidentie van stofstormen en stofafzetting op de polen. De afzettingen hebben een jonge leeftijd omdat ze zich allemaal hebben opgehoopt sinds de laatste periode van hoge scheefstand, toen de vorige sedimenten werden verwijderd. Een bijzonderheid van de sedimenten op de noordpool is dat ze omgeven zijn door, en misschien rusten op, een enorm duingebied dat rijk is aan het sulfaatmineraal gips.
Onder de huidige omstandigheden, op breedtegraden hoger dan 40 °, is grondijs permanent stabiel op een diepte van minder dan 1 meter (3 voet) onder het oppervlak omdat de temperaturen daar nooit boven het vriespunt komen. Boven de 60 ° noorderbreedte is het ijs ondiep genoeg om vanuit de ruimte te worden gedetecteerd. IJs werd ook net onder het oppervlak gevonden door de Phoenix-lander op 68 ° N. Op breedtegraden hoger dan 40 ° hebben recente inslagkraters het oppervlak uitgegraven tot een diepte van meer dan 2 meter (7 voet), waardoor het grondijs zichtbaar werd. Er zijn ook tal van oppervlaktekenmerken veroorzaakt door de aanwezigheid van overvloedig grondijs. Deze omvatten polygonaal gebroken grond vergelijkbaar met die gevonden in terrestrische permafrostgebieden en een algemene verzachting van het terrein, waarschijnlijk veroorzaakt door door ijs veroorzaakte stroming van de materialen aan het oppervlak. Een opvallend kenmerk van de 40 ° –60 ° -hoogtebanden die op ijs wijzen, is de aanwezigheid van puinschorten aan de voet van de meeste steile hellingen. Materiaal dat van de hellingen is afgeworpen, lijkt tientallen kilometers van de hellingen te zijn gestroomd, en gronddoorlatende radar laat zien dat de platformen grote ijsfracties bevatten.
Tijdens periodes van hoge mate van ophoping verzamelde zich ijs uit de polen op het oppervlak op lagere breedtegraden, mogelijk om gletsjers te vormen. Modellering van de atmosferische circulatie suggereert dat de voorkeurshellingen voor ijsophoping tijdens deze periodes de westelijke hellingen van de Tharsis-vulkanen en ten noordoosten van het Hellas-bekken zijn. Al deze locaties zijn rijk aan stromingskenmerken en meer landschappelijke vormen, wat suggereert dat gletsjers inderdaad vroeger aanwezig waren.
Het radarinstrument aan boord van het Mars Express-ruimtevaartuig ontdekte een mogelijk meer van vloeibaar water onder de zuidpoolijskap. Omdat wordt aangenomen dat de temperatuur van de grond onder de poolkap ongeveer -68 ° C (-90 ° F) is, zou het water in het meer extreem zout moeten zijn.
Het noordpoolgebied bevat ook het grootste gebied met zandduinen op Mars. De duinen, die het noordelijke deel van de vlakte, bekend als Vastitas Borealis, beslaan, vormen een band die de noordpoolresten bijna volledig omsluit. Tussenliggende lagen van zand en seizoensgebonden kooldioxidesneeuw zijn op sommige locaties te zien, wat aangeeft dat de duinen op ten minste een seizoensgebonden tijdsbestek actief zijn.
