
La región de Valles Marineris en la superficie de Marte, ubicada al este de la región de Tharsis siguiendo el ecuador marciano, es el conjunto de cañones más grandes y profundos del sistema solar. Tiene 4.500 km de longitud, 200 km de anchura y 11 km de profundidad máxima. Como comparación, es diez veces más largo, siete veces más ancho y siete veces más profundo que el Gran Cañón de Colorado.
Tiene una formación similar al Valle del Rift de África Oriental y fue descubierto por la sonda Mariner 9 de la NASA en 1972 y de ahí su nombre. Antes de ser visto de cerca por la sonda, desde la Tierra se podía ver con telescopios en días despejados y se le reconocía como Coprates (mucho antes como canal Agathodaemon), una zona de albedo y aspecto oscuro y alargado.

Valles Marineris cubre casi el 20% de la circunferencia total de Marte, desde Noctis Laberynthus al oeste a la zona abrupta al este, por lo que es visible fácilmente. Se trata de una compleja red de varios surcos paralelos, siendo los centrales Ius, Melas, Coprates y Eos Chasmata con Tithonium, Ophir, Candor y Gangis Chasmata en el norte. Hebes y Juventae Chasmata están separados del complejo principal, estando situados algo más al norte.

Se cree que fueron causados por la liberación de tensiones en las fallas de Marte y posiblemente han sido agrandadas por acción de antiguos canales de agua que corrían por sus paredes. La corteza elevada de la región de Tharsis y su posterior erosión dieron el aspecto actual del cañón.
En la parte más ancha en Melas Chasma, tiene formaciones de dunas onduladas, una característica poco usual en la superficie marciana.

Otro aspecto curioso son las líneas de pendiente recurrentes o RSL (Recurring Slope Lineae en inglés), que son pequeñas rayas oscuras que aparecen en las laderas de varios puntos de Valles Marineris, como Coprates Chasma, y se alargan en las estaciones cálidas, pudiendo ser evidencia de flujos de agua líquida u otro proceso desconocido.

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