大峽谷上方約8700萬英里（1.4億公里），一個更大、更宏偉的深淵穿過紅色星球的腸道。這個深而遼闊的峽谷系統被稱為瓦萊斯海洋系統，沿著火星赤道執行超過2，500英里（4，000公里），橫跨地球近四分之一的周長。火星基岩的氣墊是地球大峽谷的近10倍，深是地球的3倍，是太陽系中最大的峽谷——根據亞利桑那大學在圖森正在進行的研究，它是最神秘的峽谷之一。

自2006年以來，UA科學家在火星勘測軌道飛行器上使用一臺名為HIRISE（高解析度成像科學實驗的攝像機）的令人難以置信的高解析度相機，對這顆行星最奇怪的特徵進行了特寫鏡頭拍攝。儘管一些真正令人歎為觀止的瓦萊斯海洋影象 - 像下面的一個照片， 釋出到 HIRISE 網站2020年12月26日——科學家們仍然不確定大峽谷是如何形成的。

（火星的瓦萊斯海洋的一部分）被斜線與對角線沉積物，可以指示古代的凍結和融化週期。

與地球的大峽谷不同，瓦萊斯海洋可能沒有被數十億年的急流沖水所雕刻出來;紅色星球太熱太乾燥了， 不能容納一條足夠大的河流， 可以這樣穿過地殼 — — 然而， 歐洲航天局（ESA）的研究人員說，有證據表明，流水可能加深了一些峽谷現有的渠道幾億年前。

歐空局說，大部分峽谷可能在數十億年前就裂開了，當時附近的一組被稱為塔爾西斯地區的超級火山首先從火星土壤中噴出。隨著岩漿在這些怪物火山下冒泡（其中包括奧林巴斯蒙斯，太陽系中最大的火山），行星的地殼很容易拉伸，撕裂，並最終崩潰到山谷和山谷，形成瓦萊斯海洋今天，根據歐空局。

有證據表明，隨後的山體滑坡、岩漿流動，甚至一些古老的河流，都可能導致峽谷在隨後的許多年持續侵蝕。