So sánh khi quyển khô

	Sao Hoả	Trái Đất
Áp suất	0.6kPa	101.3kPa
Carbon dioxit (CO2)	96.0%	0.04%
Argon (Ar)	2.1%	0.93%
Nitrogen (N2)	1.9%	78.08%
Oxygen (O2)	0.145%	20.94%

Ý tưởng của họa sĩ về một Sao Hỏa được cải sinh tập trung vào khu vực TharsisÝ tưởng của họa sĩ về một Sao Hỏa được cải sinh. Bức tranh này lấy trung tâm xấp xỉ tại đường kinh tuyến gốc, 30° Vĩ Bắc và một đại dương mà đã được giả thiết có mặt nước biển thấp hơn độ cao mặt đất trung bình 2 kilômét. Đại dương này nhấn chìm những gì mà giờ ta gọi là Vastitas Borealis, Acidalia Planitia, Chryse Planitia, và Xanthe Terra; phần đất liền nhìn thấy được là Tempe Tera ở bên trái, Aonia Terra ở dưới cùng, Tera Mẻidiani ở góc dưới phải, và Arabia Terra ở phía trên phải. Những dòng sông mà đổ ra biển ở phía góc dưới bên phải ở chỗ mà ngày nay gọi là Valles Marineris và Ares Vallis và hồ nước lớn ở góc dưới bên phải nằm ở chỗ mà ngày nay là Aram Chaos.

Quá trình cải sinh Sao Hỏa sẽ cần 3 thay đổi chủ chốt cùng lúc: xây dựng một bầu khí quyển, giữ ấm, và ngăn chặn khí quyển thoát ra ngoài vũ trụ. Khí quyển của Sao Hỏa tương đối mỏng và áp suất khí quyển tại bề mặt Sao Hỏa rất thấp. Bởi vì khí quyển sao hỏa chủ yếu bao gồm CO2, một loại khí nhà kính, nên một khi Sao Hỏa bắt đầu nóng lên, CO2 sẽ giúp giữ lại nhiệt lượng gần bề mặt. Hơn nữa, khi nóng lên, thêm nhiều CO2 sẽ được giải phóng vào khí quyển từ trữ lượng băng khô CO2 ở 2 cực, giúp đẩy nhanh hiệu ứng nhà kính. Điều này có nghĩa rằng 2 quá trình hình thành bầu khí quyển và làm nóng khí quyển sẽ tương trợ nhau, bổ trợ vào quá trình cải sinh Sao Hỏa.

Môi trường khắc nghiệt được tạo ra bởi chuyển động các luồng khí sẽ hình thành và duy trì các cơn bão bụi lớn, cũng làm nóng bầu khí quyển (bằng việc hấp thụ bức xạ mặt rời).

Làm bay hơi Carbon dioxide

Hiện tại có đủ CO2 ở 2 địa cực và bên trong lớp đất đá trên Sao Hỏa để nếu chúng bốc hơi do việc khí hậu ấm lên vài độ, sẽ làm tăng áp suất khí quyển lên tới 30 kilôpascal (0,30 atm),[17] tương đương ở đỉnh Everest, nơi mà áp suất khí quyển là 33,7kPa (0,333atm). Dù con người không thể thở được trong bầu khí quyển này, áp suất của nó vẫn cao hơn giới hạn Armstrong (giới hạn mà khi đó áp suất không khí đủ thấp để nước trong người sôi ở nhiệt độ 37 °C) và sẽ loại bỏ sự cần thiết của đồ bảo hộ. Thực vật phù du cũng có thể chuyển hoá khí CO2 thành khí O2, rất quan trọng vì với nhiệt độ thấp của Sao Hoả, theo định lý Henry, sẽ có một tỉ lệ cao giữa CO2 tan trong nước với CO2 trong không khí.

Cung cấp Ammonia

Một phương pháp phức tạp hơn dùng amoniac như một khí nhà kính. Có khả năng rằng một lượng lớn amoniac tồn tại ở trạng thái đông đặc trên những tiểu hành tinh ở vòng ngoài hệ mặt trời. Việc dịch chuyển chúng về bầu khí quyển Sao Hoả là một điều khả thi.[18]  Vì amoniac (NH3) theo khối lượng phần lớn là Nitơ nên nó có thể cung cấp lượng khí trơ cần thiết cho không khí. Những va chạm thiên thạch chứa amoniac nhỏ hơn nhưng kéo dài cũng sẽ giúp tăng nhiệt độ và khối lượng của khí quyển Sao Hoả.

Nhu cầu cho khí trơ là một thách thức mà mọi việc xây dựng khí quyển đều phải vượt qua. Trên trái đất, Nitơ là thành phần chính của không khí, chiếm tới 78%. Sao Hoả cũng sẽ cần một thành phần khí trơ tương tự dù không nhất thiết phải nhiều như vậy. Việc thu thập đủ khí Nitơ, Argon hay một số khí trơ tương tự là rất khó.

Cung cấp các Hydrocarbon

Cách khác để tạo một bầu khí quyển cho Sao Hỏa là cung cấp khí Methane hoặc các Hydrocarbon khác,[19][20] những khí có nhiều trong khí quyển của mặt trăng Titan và trong các hồ của Titan. Methane có thể thoát vào khí quyển và hoạt động góp phần vào hiệu ứng nhà kính. Methane hoặc các hydrocarbon khác có thể giúp tăng áp suất của khí quyển. Các khí này có thể sử dụng để tạo ra nước và CO2 cho khí quyển Sao Hỏa:

CH4 + 4 Fe2O3 → CO2 + 2 H2O + 8 FeO

Phản ứng này có thể xảy ra nhờ xúc tác bằng nhiệt hoặc bằng bức xạ tia cực tím mặt trời. Phần lớn sản phẩm của phản ứng sẽ là CO2 và nước, các yếu tố cần thiết cho sự quang hợp - bước tiếp theo của quá trình cải sinh Sao Hỏa.

Cung cấp Hidro

Hidro có thể được cung cấp cho khí quyển và hình thành thủy quyển.[21] Ví dụ, H2 có thể phản ứng với Fe2O3 từ đất trên Sao Hỏa, nước sẽ là sản phẩm của phản ứng:

H2 + Fe2O3 → H2O + 2FeO

Phụ thuộc vào mức độ của CO2 trong khí quyển, việc cung cấp H2: phản ứng với H2 sẽ sinh ra nước, nhiệt và than chì thông qua phản ứng Bosch. Hoặc, phản ứng của H2 với CO2 trong khí quyển thông qua phản ứng Sabatier sẽ tạo ra methane và nước.

Sử dụng các hợp chất Flo

Bởi vì sự ổn định lâu dài của thời tiết là cần thiết cho việc duy trì dân số, việc sử dụng những khí nhà kính mạnh có chứa Flo, có thể là Sulfur hexafluoride (SF6) hoặc các halocarbon như chlorofluorocarbons (CFC) và perfluorocarbons (PFC) đã được đề xuất.[22] Những loại khí này là những loại khí có triển vọng nhất để đưa vào bầu khí quyển Sao Hoả vì chúng là những khí nhà kính rất mạnh, gấp hàng ngàn lần khí CO2. Có thể làm điều này một cách khá rẻ tiên bằng cách bắn nhiều tên lửa đem CFC nén cho đâm vào Sao Hoả.[15] Khi tên lửa đâm xuống đất thì nó sẽ giải phóng lượng CFC mà nó đem theo và bầu khí quyển. Cần phải bắn một cách đều đặn nhiều loạt "tên lửa CFC" này trong vòng hơn một thập kỉ trong khi Sao Hoả biến đổi một cách hoá học và trở nên ấm hơn.

Để làm thăng hoa những sông băng CO2 ở cực nam, bầu khí quyển Sao Hoả sẽ cần thêm khoảng 0.3 microbar CFC, tương đương với một khối lượng khoảng 39 triệu mét khối. Lượng CFC này gấp khoảng 3 lần lượng CFC mà đã được sản xuất trên Trái Đất từ năm 1972 đến 1992 (khi quá trình sản xuất CFC đã bị cấm bởi các hiệp ước quốc tế). Các cuộc thăm dò khoáng vật trên Sao Hoả đã ước tính được một lượng lớn Flo trong thành phần cấu tạo của nó, với mật độ 32 ppm theo khối lượng so với chỉ 19.4 ppm trên Trái Đất.[22] Một phương pháp đề nghị khai thác khoáng sản giàu Flo trên Sao Hoả để sản xuất CFC và PFC, duy trì nhiệt độ bầu khí quyển giống Trái Đất trên Sao Hoả mà đã được tạo nên trước đó.[22] Phương pháp này giả sử rằng trên Sao Hoả những khoáng sản đó ít nhất phải phổ biến như trên Trái Đất, để duy trì việc sản xuất những khí nhà kính tối ưu (CF3SCF3, CF3OCF2OCF3, CF3SCF2SCF3, CF3OCF2NFCF3, C12F27N) cho việc giữ ấm Sao Hoả.

Sử dụng những tấm gương bay trên quỹ đạo quanh Sao Hỏa

Những tấm gương được làm từ phim PET tráng nhôm có thể được đưa vào quỹ đạo quanh Sao Hoả để tăng lượng ánh sáng mà nó nhận được.[1] Những tấm gương này sẽ hướng ánh sáng xuống đất và trực tiếp tăng nhiệt độ bề mặt Sao Hoả. Chúng có thể trở thành những vệ tinh địa tĩnh, hoạt động như những cánh buồm mặt trời để giữ mình tại một vị trí cố định so với Sao Hoả, ở gần địa cực, để làm thăng hoa những phiến băng khô CO2 và giúp tăng hiệu ứng nhà kính.

Giảm thiểu suất phản chiếu

Giảm suất phản chiếu của bề mặt Sao Hoả đi sẽ giúp hấp thụ ánh nắng tốt hơn.[23] Có thể làm điều này bằng cách rải bụi đen từ những mặt trăng của Sao Hoả, Phobos và Deimos, chính là một trong số những thiên thể tối nhất trong Hệ Mặt Trời; hoặc có thể du nhập những sinh vật tối màu có thể sống ở điều kiện khắc nghiệt như vi khuẩn, tảo và địa y. Khi đó mặt đất sẽ có thể hấp thụ nhiều ánh nắng hơn, làm ấm bầu khí quyển.

Nếu tảo hoặc một sinh vật xanh nào khác tồn tại, chúng cũng sẽ góp một lượng Ôxi nhỏ cho không khí, dù không đủ cho con người thở. Quá trình trao đổi tạo Ôxi là rất phụ thuộc vào nước. CO2 phần lớn được chuyển đổi thành hiđrat cacbon.[24] Vào ngày 26 tháng 4 năm 2012, các nhà khoa học đã thông báo rằng địa y đã sống sót và cho thấy kết quả đáng chú ý với khả năng thích nghi quá trình quang hợp trong vòng 34 ngày dưới điều kiện trên Sao Hoả tại phòng thí nghiệm Mars Simulation Laboratory (MSL) được vận hành bởi German Aerospace Center (DLR).[25][26]

Va chạm của tiểu hành tinh

Một cách khác để tăng nhiệt độ Sao Hỏa là va chạm trực tiếp một tiểu hành tinh nhỏ vào bề mặt Sao Hỏa. Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng các tia laser ngoài không gian hoặc một số phương pháp khác để làm biến đổi quỹ đạo tiểu hành tinh. Năng lượng va chạm sẽ được giải phóng thành nhiệt. Lượng nhiệt này có thể làm bay hơi CO2, hoặc nếu ở nước tồn tại dạng lỏng ở giai đoạn này của quá trình cải tạo, nước sẽ bay hơi và hơi nước cũng là một loại khí nhà kính. Các tiểu hành tinh có thể được lựa chọn dựa vào thành phần của chúng, như amoniac, sẽ được phân tán vào Sao Hỏa khi va chạm, bổ sung thêm khí nhà kính vào khí quyển. Các tia chớp có thể tạo nên các lớp nitrat trong đất Sao Hỏa.[17] Sự tác động của các tiểu hành tình vào các lớp nitrat này sẽ giải phóng thêm nitơ và oxy vào khí quyển.