實際上，它可能是由許多過程共同形成的。但其形成的最大影響因素可能和地球上的大峽谷完全不同。隨著各種火星探測車傳回了越來越多的數據，我們已經可以拼湊起火星上的水手峽谷最有可能的演化故事了。
這幅彩色火星地形圖采用火星軌域激光測高 (MOLA) 數據制作，展示了火星最深處（例如通向北半球深海盆地的 Valles Marineris 深流通道）與火星塔爾西斯地區高山山頂最高處之間的差異超過 20 公裏。
上圖是火星的地形圖。雖然有許多顯著特征，但當談到其中最壯觀的峽谷——水手號峽谷時，有幾個突出的特征是相關的。水手號峽谷位於火星赤道以南，略偏東於火星塔爾西史隆起處：高海拔地區（紅色）是太陽系許多最大火山山脈的所在地，包括奧林匹斯山，它是塔爾西史隆起處西緣唯一的白色山峰。塔爾西斯地區兩側是「深藍色」區域，它們對應於低海拔地區，這些地區可能曾是古代火星海洋的所在地。
雖然如今的火星是寒冷、幹燥的沙漠星球，由於氣壓極低（火星表面的氣壓僅為地球的 1/140），液態水無法在其表面存在，但在過去，火星卻截然不同。盡管我們對太陽系過去的許多方面仍存在巨大的不確定性，但我們現在已經掌握了足夠多的資訊，可以從許多證據中重建出一段非常有趣、細節豐富的火星歷史。雖然接下來的很多內容都是推測性的，但這是目前關於火星如何變成今天這個樣子的最佳共識，尤其是關於整個太陽系中「最大的峽谷」是如何在火星上形成的。
盡管我們現在相信我們了解了太陽和太陽系是如何形成的，但對我們過去的原行星階段的早期看法僅是一種例證。雖然很久以前，在我們系統形成的早期階段存在許多原行星，但今天，只有八顆行星幸存下來。它們中的大多數都有衛星，而且太陽系的各個帶和雲層中也分布著小型巖石、金屬和冰體。
最初，太陽系由一個前太陽星雲和圍繞它的原行星盤組成。在這個星雲的中心是一顆原恒星，它最終將成長為我們的太陽，而原行星盤內部則發展出不穩定性。隨著時間的推移，原恒星核心的核聚變點燃，將其轉變為一顆成熟的恒星。原行星盤內的不穩定性可能導致在短短幾百萬年的時間裏開始形成許多原行星的核心，並最終形成成熟的行星。我們有較大的把握可以確定，最初有超過八個這樣的行星，而額外的行星要麽被彈出，要麽被吸入太陽，或者與其他天體相撞，從而形成了更大質素的行星並產生了衛星，就像如今的土星和木星。
除了我們今天看到的兩顆火星衛星火衛一和火衛二之外，一次碰撞之後的行星盤可能還產生了三顆火星衛星，其中只有兩顆至今還存在。這種想法認為，火星曾經最靠內的衛星很久以前就被摧毀了，並落回了火星。這顆假想的火星瞬時衛星是在 2016 年的一篇論文中提出的，現在已成為火星衛星形成的主要觀點，並有助於解釋火星南北半球地形的巨大差異。
最有可能的演化劇本是這顆衛星首先被母星火星的重力潮汐力摧毀，並被拉伸成一個碎片環。與現代火星大氣不同，早期火星擁有更厚的行星大氣，更類似於年輕地球的大氣，很可能受到持續不斷的火山活動所釋放的揮發性氣體的影響，這種活動甚至持續到今天。來自其較大衛星的環狀碎片隨後開始與火星大氣相互作用，最終萬有重力將整個環（相當於一個大衛星）帶回火星，撞擊火星表面並改變了火星的地貌。火星北半球的海拔明顯低於南半球，這可能是這一過程的結果。
死海裂谷，又稱死海轉換帶，是西邊非洲板塊和東邊阿拉伯板塊之間的裂谷。黃色箭頭表示阿拉伯板塊相對於非洲板塊的當前運動，速度以毫米/年表示。
1· 水的侵蝕，
2· 冰川豐富地區的永久凍土融化，
3· 地下巖漿的突然收縮，
4· 固體巖石分裂的拉伸斷裂。
火星上一個古老的撞擊盆地（用黑色圓圈勾勒出輪廓）由於水手谷頂部和底部的相對運動而發生了移動/偏移。這一 150-160 公裏的偏移由 An Yin 於 2012 年首次發現，是有關水手谷起源和火星早期地質歷史的最有力證據之一。
除了侵蝕力之外，這裏無疑還發生了山體滑坡，這可能與火星過去的水環境有關，但也與後來的故事有關，包括火星失去最後一滴液態地表水之後的漫長時光。這可能解釋了為什麽當我們檢查水手號峽谷兩側的崖壁時，我們發現它們似乎顯示出峽谷底部有大量沈積物的證據。
圖中所示的奧德曼斯撞擊坑與海拔最高的水手谷盆地重疊，它可能是造成後期山體滑坡的少數幾個撞擊坑之一，這些山體滑坡拓寬並填滿了太陽系最大峽谷的最深處。
然而，火星的構造與地球的構造有著巨大的差異，這對於理解為什麽水手號峽谷能夠存在這麽久並且發展得如此之大至關重要。地球上幾乎所有的裂谷，甚至我們最大的峽谷，都只有不到 1 億年的歷史。在地球上，我們星球的巖石圈——地殼和上地幔——被分裂成許多大板塊，這些板塊「漂浮」在軟流圈（下地幔）之上。當這些板塊碰撞、分開、相互滑動以及以其他方式移動時，我們的星球上就形成了山脈、火山和裂谷等特征。
1. 它的北部低地，包括有跡象表明火星北半球的地殼非常薄，並且與較古老的南半球相比，地殼重新浮出的時間相對較晚。
2. 其南部高地的表面比北部低地更古老，並且擁有火星上發現的最古老、最古老的撞擊坑。
3. 塔爾西史隆起：赤道高地，包含奧林匹斯山和其他幾座大山：是太陽系中最大的山脈之一。
當我們將所有這些資訊放在一起時，我們可以講述一個未經證實的故事來解釋水手號峽谷的形成。
數十億年前一顆小行星的巨大撞擊可能創造了火星的衛星，其中包括一顆如今已不復存在的內層較大的衛星。雖然這本身並不能解釋塔爾西斯地區和水手谷的形成，但它可能是造成南北半球二分法的主要原因，而南北半球二分法在紅色星球的地質歷史中發揮著重要的前進演化作用。
首先，巨大的撞擊產生了火星的衛星，然後最大的、最內側的衛星落回火星。這有可能造成了南北半球的分裂。然後，火山活動和地幔頂部增厚地殼的「漂浮」——被稱為均衡隆升——在後來成為火星塔爾西斯地區的地區發生了。
然而，由於火星的巖石圈不移動，這意味著火山「熱點」相對於火星表面特征沒有移動，因此窪地開始形成，地殼開始在該地區擴散，擴大了塔爾西斯凸起和它所處的高原區域。這可能導致塔爾西斯凸起開始相對於其下方的火山熱點移動，甚至可能導致整個火星地殼和/或巖石圈相對於這些火山熱點移動。
由於地殼在地幔上方的穩定性取決於所謂的均衡狀態，就像一艘船漂浮在海洋之上，因此地殼相對於其下方地幔的位置發生移動會導致不穩定。而且，由於要承載如此多的質素，脆弱區域將開始破裂。
這張彩色火星地圖突出顯示了巨大的裂谷，即水手谷。水手谷的最大深度約為 7 公裏（23,000 英尺），太陽系中沒有任何一個單一地貌的長度、寬度和深度之和比水手谷更大。最初，地殼中的裂縫（可能是由塔爾西斯地區隆起產生的應力引起的）導致了形成這個裂谷的第一步，也是最重要的一步。
額外的火山和地質構造活動導致水手谷進一步裂解，包括由 An Yin 發現的北部和南部之間 150-160 公裏的「偏移」。只要火星上有水流動，水手谷可能就是冰、雪和其他形式的水向東流入曾經的海洋的主要通道，形成了一個流出通道網絡，在現代測量數據中仍然可見。
最後，即使在火星變成一個幹燥貧瘠的星球之後（在其核心逐漸冷卻之後，在其大氣層被剝離之後，在其表面不存在液態水之後），進一步的山體滑坡（可能是由地震、地質構造活動和/或隨後的撞擊引起的）造成的山體滑坡進一步拓寬了最大的峽谷，但其代價是填滿其最深處，使其比以前更淺。
從太空中俯瞰火星的壯麗景色。
