В 1832 г. Г.С. Карелин возглавил большую правительственную экспедицию по изучению северо-восточных берегов Каспия и был первым исследователем этих «пустынных мест». На четырех плоскодонных судах от Гурьева он перешел к 54° в.д. и в начале июня обследовал и описал залив Мертвый Култук (ныне — сор). У горы Жаманайракты (153 м над уровнем океана) отряд высадился на берег. «Нам представилась дикая картина… живописною рукой природы набросанная. Из… громады камней возвышались разнообразные исполинские утесы, представлявшие… развалины, колокольни, башни, столбы, пирамиды…»^{17}. За горой Карелин прошел немного к юго-западу по плоской возвышенности. Далее уходила «на необозримое пространство… плоская ровная степь, изредка покрытая скудным кустарником и низкорослым саксаулом». Оттуда Карелин проследовал морем на юго-запад до «глухого конца Кайдака» — узкого залива Каспия, теперь также превратившегося в сор, продолжив изучение западного уступа Устюрта, возвышавшегося над заливом «крупными и обрывистыми скалами». Затем экспедиция, обогнув п-ов Бузачи, перешла к Мангышлаку. Карелин две недели обследовал «крутые скалистые меловые утесы» небольшого хребта Мангыстау (Карелин называет его Мангышлакским кряжем), подобно Устюрту имеющего ровную поверхность и только у моря оканчивающегося «обрывами, которые образовали… уступы и с моря представляются как бы настоящей горной цепью». (Этим и объясняется, что на прежних картах здесь наносились «Туманные горы».) В начале августа работы были закончены; Карелин составил карту северо-восточного Каспия.

В мае 1836 г. Карелин продолжил съемку и опись восточного берега Каспийского моря. Задача экспедиции заключалась также в исследовании «естественных, по трем царствам природы, произведений». На парусном шхоуте (тяжелом плоскодонном судне) он от Баку перешел к Челекену, спустился к югу до Горганского залива и в июне заснял его. Здесь благодаря опытному проводнику и собственному дипломатическому таланту Карелину удалось сблизиться с независимым племенем туркмен — иомудов; его этнографическая характеристика иомудов сохранила значение до наших дней.

Продвигаясь к северу, экспедиция обследовала юго-восточное побережье Каспийского моря с близлежащими островами. Высадившись на берег против Челекена, Карелин добрался до хребта Большой Балхан недовольно точно определив высоту, нанес его на карту. На северном берегу Красноводского залива он описал горы (Красноводское плато): «Они тянутся не сплошным хребтом, но образуют отдельные беспорядочные купы». В конце сентября экспедиция подошла к песчаным косам, ограждающим море от «страшного и таинственного» залива Кара-Богаз-Гол. Карелин оказался первым, кто решился проникнуть в эту «черную пасть». Через узкий пролив со стремительным течением он на лодках впервые вошел в залив; здесь его отряд разделился на две партии для описи северного и южного берегов. Пройдя в обе стороны соответственно 50 и 20 верст, отряд Карелина отступил; северная партия во главе с Иваном Федоровичем Бларамбергом чуть не погибла. «На Каспийском море нет прибрежий во всех отношениях негодных», — решил Карелин (он понял свою ошибку через много лет). В ноябре 1836 г. экспедиция прибыла в Астрахань. Опись и исследования 1832–1836 гг. охватили все восточное побережье Каспийского моря на протяжении 1200 км.

В 1840 г. Эверсман по материалам своей экспедиции и данным Карелина точно установил границы Устюрта и подробно описал его в работе «Естественная история Оренбургского края».

Все побережье залива Кара-Богаз-Гол в 1847 г. обошел с точной съемкой лейтенант Иван Матвеевич Жеребцов. Северный берег, по его данным, крут и обрывист; ни травы, ни деревьев нет. Вдоль восточного возвышаются унылые горы, а южный низок и покрыт множеством соляных озер. Пребывание, даже кратковременное, в водах Кара-Богаз-Гола порождает чувство великого одиночества и тоску. Съемкой южного берега залива Жеребцов закончил фактическое оконтуривание Красноводского п-ова.

В мае 1841 г. в Бухару из Оренбурга отправилась экспедиция, в состав которой входили горные инженеры, натуралисты и несколько топографов. Повторив маршрут первой миссии, экспедиция достигла города Бухары в августе того же года. По пути в Кызылкумах натуралист Александр Адольф Леман описал небольшие горы. Из Бухары Леман с топографом Яковом Петровичем Яковлевым проехал в Самарканд. Съемку местности пришлось вести тайно: «Члены ученой экспедиции… подвергались на каждом шагу строгому надзору, точно опасные шпионы, так что на работы Лемана и Яковлева следует смотреть как на чудо» (А. Вамбери)[51]. Из Самарканда в сентябре Леман со спутниками отправился вверх по долине Зеравшана (правильнее Зарафшана) до р. Фандарьи (у 60°30' в.д.).

Вдоль обоих берегов Зеравшана, стремительно несущего здесь свои изумрудные воды, протягивались два широтных хребта со снежными вершинами: правобережный — Туркестанский и левобережный — Зеравшанский, частью сложенные красными, зелеными и желтыми породами. Поднявшись по Фандарье до озера Кули-Кулон, Леман очутился, по его выражению, в «Азиатской Швейцарии». Отсюда по горным тропам путешественники добрались до Пенджикента и вернулись в Самарканд. Из города Леман совершил экскурсии на северо-восток и юг для изучения западного участка Зеравшанского хребта, проследив его, таким образом, более чем на 300 км.

Яковлев составил первую карту центральной Бухары, основанную на материалах съемки; положение Туркестанского хребта на ней изображено неверно, а западной части Зеравшанского — близко к действительному. К зиме 1841 г. Леман со спутниками возвратился в Бухару, а в 1842 г. — прежним маршрутом — в Оренбург. На пути в Петербург, в Симбирске, Леман скоропостижно скончался; его дневники были обработаны и опубликованы лишь в 1852 г.

В первой половине XIX в. Семиречье, т. е. юго-восточная часть Казахстана, оставалась слабо изученной территорией. В 1840, 1841 и 1843 гг. в этом регионе по поручению Петербургского ботанического сада путешествовал А.И. Шренк. Его исследования не ограничились ботаническими сборами — он выполнил также географические наблюдения совместно с военным топографом Тимофеем Феофановичем Нифантьевым.

В 1840—1841 гг. из Семипалатинска они прошли на юг, к р. Аягуз, посетили восточное побережье озера Балхаш, впервые обследовали и нанесли на карту Джунгарский Алатау, причем осмотрели часть северных и южных склонов хребта и дважды перевалили его. Они описали озера Сасыкколь и Алаколь, низовья впадающих в него речек, в том числе Эмель и Урджар, проследили также около 200 км южного склона хребта Тарбагатай.

В 1843 г. из Омска Шренк и Нифантьев двинулись на юг, пересекли центр Казахского мелкосопочника и осмотрели западный берег Балхаша. Затем они засняли небольшие участки течения рек Или и Лепсы, после чего повернули на север и достигли Семипалатинска. Итогом их трехлетней работы явилась карта обследованной территории, составленная Нифантьевым. Шренк установил, что сравнительно недавно озера Балхаш, Сасыкколь и Алаколь составляли единое целое. Иными словами, он первый пришел к верному выводу о существовании крупной Балхаш-Алакольской котловины.

До конца 40-х гг. XIX в. об Арале имелись крайне отрывочные сведения. Для его съемки была организована экспедиция под начальством военного моряка Алексея Ивановича Бутакова; в качестве живописца он зачислил сосланного в солдаты Тараса Григорьевича Шевченко, поручив ему «снимать все виды местности [и] морской перспективы». В состав экспедиции вошли также четыре военных топографа, в том числе Козьма Данилович Рыбин и Михаил Федорович Христофоров, выполнившие основной объем съемочных работ.