咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦之间。北部和东部湖岸曲折，分布有许多小湖湾和沿岸岛屿，西岸为陡岸。湖内可通航，通航期7个月。咸海是在上新世(700万~250万年前)末期形成的，当时地壳下沉，地面水汇潴，是海侵的遗迹。从更新世(250万~1万年前)以后，锡尔河与阿姆河的河水都注入咸海，使水位经常保持不变。
咸海海拔53米，湖面最大时南北长435公里，东西290公里，面积69000平方公里，平均深度16米，在西海岸外最深处达69米，曾是世界第四大湖。这几乎相当于斯里兰卡的国土面积。其支流的三角州有几十个小湖，生态丰富的沼泽和湿地遍及55万公顷。
在全盛时代，咸海曾经有发达的渔业，沿岸的从业者超过4万人，捕捞量占前苏联总捕鱼量的1/6。咸海的英文名字“Aral Sea”可以大致翻译成“岛之海”，因为它曾经在一公顷的范围内有过1500个岛。
北岸地势高低不均，海岸线曲折，有许多大大小小海湾。东海岸的北部是巨大的锡尔河三角洲，南海岸也有同样大的阿姆河三角洲，西海岸是乌斯秋尔特高原。海岸线一带有海洋沉积层和大陆沉积层，湖底平坦，从东到西倾斜，湖底沉积有石英石、石灰石、沙、黏土和黏土-石灰石淤泥，都是河道急流冲刷和风、冰侵蚀海岸而产生。
早在沙俄时期，就梦想在中亚地区开垦荒地、扩大水浇地种植棉花，以解决棉花依赖进口的问题。1906年就有人曾提出用阿姆河水开发卡拉库姆沙漠东南部的设想，但限于当时条件该设想未能实施。1918年，刚成立的苏维埃政府设想将咸海南部的阿姆河和北部的锡尔河改道，以灌溉水稻、瓜类、谷子和棉花。这是前苏联的“棉花计划”，或者叫“白金计划”的一部分。当时计划的制订者希望棉花能成为新兴的苏维埃国家重要的出口产品。，1925年，为发展中亚经济，修建卡拉库姆调水工程动议又被提出，经大批专家实地考察、调研、论证，调水工程于1954年正式开工。工程目标是将阿姆河和锡尔河天然水道改道，引入土库曼斯坦东部和乌兹别克斯坦中部，以扩大水浇地面积。为此专门修建了卡拉库姆列宁运河，该运河东从阿姆河（凯尔基市开始），把阿姆河的水从上游截出，经过土库曼斯坦首都阿什哈巴德向西延伸，总长达1400公里，运河可灌溉350万公顷的荒漠草场和100万公顷的新垦农区，改善700万公顷草场的供水条件。这是一个世纪性的工程，苏联几代人都在为此而努力。
运河于1960年代建成后，成千上万的移民来到阿姆河、锡尔河及新运河流域，开垦和灌溉了660万公顷的水田和棉田，使该流域成为新的粮棉生产基地。卡拉库姆列宁运河是最主要的调水工程，以新运河为代表的调水工程建成后该地区棉花丰收，水稻高产，农业出现连年跃进局面，农作物年产量比调水工程兴建之前提高4倍。至1980年，前苏联棉花年产量达996万吨，占世界总产量的 20%，其中 95%产于该地区。当时，全苏联40%的稻谷，25%的蔬菜、瓜果，32%的葡萄也产于该地区。农业生产的丰收促进了该地区经济的发展，人口也迅速增长，已由上个世纪二十年代前700万人猛增到3600多万人。通过对大自然的改造，获得了难以想象的巨大收获，这真是一个世界奇迹。
随着苏联解体，中亚地区作为曾经苏联的一部分宣告独立，一下子分成五个国家，原先由中央同意调配的河流被各个国家无限制开发，尤其是上游国家大量拦截河水种植农田作物，导致流入咸海的水量急剧减少，最后阿姆河直接断流，锡尔河间接性断流，导致咸海加速干涸。
反观伊犁河，这条中亚地区水量最大的河流，处于上游的中国依然是大片牧场，并没有拦截河水来大量开垦农田，导致蒸发量巨大的巴尔喀什湖一直水量充沛，伊犁河畔的中亚的最大城市，拥有一百多万人口的阿拉木图也是欣欣向荣，从来没有出现缺水问题，现在哈萨克斯坦一直很亲近中国，也是有这一块的因素。
咸海的大面积干涸，一方面引起湖水含盐浓度增加，从1960年的11克/升增加到2001年的68克/升；另一方面导致湖底盐碱裸露，在风力作用下，大量盐碱撒向周围地区，使咸海周围地区的沙质平湖平原逐渐沙漠化，流沙迅速发展，形成“白风暴”（含盐的风暴）和盐沙暴，每年要发生几十起盐沙暴。
进入21世纪，哈萨克斯坦政府采取行动，致力于拯救北咸海。该国政府重修了锡尔河的水渠，减少了水流的浪费。2003年，该国政府又修建了大坝，它阻断了咸海两部分的流通，以保护北咸海。
北咸海恢复的速度让人喜出望外。北咸海的深度已经从不到30米上升到了38米，达到42米的合理深度指日可待。如今，这里恢复了渔业生产，许多渔夫恢复了他们一度中断的工作，捕到的鱼还被出口到乌克兰。这种变化甚至可能使多年不见的积雨云又回到这个地区，给当地农业的复苏带来一线希望。但是北咸海的面积只有咸海全盛时期的1/20，湖水含盐量也很高，咸海这个原先的世界第四大湖泊，要想恢复原貌任重而道远。
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