Gale Crater, the landing site of the 2011 Mars Science Laboratory mission, formed in the Late Noachian. It is a 150 km diameter complex impact structure with a central mound (Mount Sharp), the original features of which may be transitional between a central peak and peak ring impact structure. The impact might have melted portions of the substrate to a maximum depth of ∼17 km and produced a minimum of 3600 km3 of impact melt, half of which likely remained within the crater. The bulk of this impact melt would have pooled in an annular depression surrounding the central uplift, creating an impact melt pool as thick as 0.5–1 km. The ejecta blanket surrounding Gale may have been as thick as ∼600 m, which has implications for the amount of erosion that has occurred since Gale Crater formed. After the impact, a hydrothermal system may have been active for several hundred thousand years and a crater lake with associated sediments is likely to have formed. The hydrothermal system, and associated lakes and springs, likely caused mineral alteration and precipitation. In the presence of S-rich host rocks, the alteration phases are modelled to contain sheet silicates, quartz, sulphates, and sulphides. Modelled alteration assemblages may be more complex if groundwater interaction persisted after initial alteration. The warm-water environment might have provided conditions supportive of life. Deep fractures would have allowed for hydraulic connectivity into the deep subsurface, where biotic chemistry (and possibly other evidence of life) may be preserved.

Geologic evidence suggests that the Martian surface and atmospheric conditions underwent major changes in the late Noachian, with a decline in observable water-related surface features, suggestive of a transition to a dryer and colder climate. Based on that assumption, we have modeled the consequences of impacts into a ∼2–6 km-thick cryosphere. We calculate that medium-sized (few 10 s of km diameter) impact craters can physically and/or thermally penetrate through this cryosphere, creating liquid water through the melting of subsurface ice in an otherwise dry and frozen environment. The interaction of liquid water with the target rock produces alteration phases that thermochemical modeling predicts will include hydrous silicates (e.g., nontronite, chlorite, serpentine). Thus, even small impact craters are environments that combine liquid water and the presence of alteration minerals that make them potential sites for life to proliferate. Expanding on the well-known effects of large impact craters on target sites, we conclude that craters as small as ∼5–20 km (depending on latitude) excavate large volumes of material from the subsurface while delivering sufficient heat to create liquid water (through the melting of ground ice) and drive hydrothermal activity. This connection between the surface and subsurface made by the formation of these small, and thus more frequent, impact craters may also represent the most favorable sites to test the hypothesis of life on early Mars.