Вместе с озерами Алакуль и Сасыккуль Балхаш входил в состав древнего моря, простиравшегося в пределах Балхаш-Алакульской впадины и распавшегося при наступлении засушливого периода на отдельные водоемы.
О былой связи Балхаша с озерами Алакуль и Сасыккуль свидетельствует наличие в них одних и тех же видов рыб — балхашского окуня, маринки, губача.
Озеро Балхаш имеет весьма своеобразную удлиненно-лопастную форму, какой, пожалуй, нет ни у одного из других крупных водоемов мира.
Площадь водной поверхности озера непостоянна, ее размеры зависят от того, сколько воды принесут в озерную котловину реки-притоки Или, Каратал, Аксу, Лепса. Если год многоводный, озеро увеличивается, и иногда площадь зеркала его вод распространяется на 22 тысячи квадратных километров, а если осадков в бассейне выпадет мало, то и сток рек ниже нормы, и потому площадь озера может уменьшиться до 17 тысяч квадратных километров.
Любопытно отметить, что такой большой площади совсем не соответствует глубина водоема, равная в среднем 6–7 метрам (наибольшая — 26 метров).
Балхаш — совершеннейшее чудо природы. Скажите, где еще на всем земном шаре можно найти другое такое озеро, у которого одна половина содержала бы пресную воду, а другая — соленую?
Географам эта загадка казалась необъяснимой, пока озеро тщательно не обследовали. Оказалось, что в среднюю часть Балхаша очень глубоко вдается полуостров Сарыесик. Он разрезает озеро на две почти равные части, соединенные узким (3,5 километра) проливом Узынарал.
Этот мелкий пролив летом сильно зарастает влаголюбивой растительностью, и тогда водообмен между обеими половинами озера становится весьма затруднительным.
В западную часть озера (на ее долю приходится 60 процентов от общей площади) впадает река Или — самый большой приток. Эта река берет начало в горах Тянь-Шаня, получает здесь обильное питание от тающих ледников, снежников и сезонных снегов и приносит Балхашу около 80 процентов всего речного стока, который он получает.
Или и другие притоки Балхаша летом многоводны, а зимой очень мелеют. После притока снежных вод уровень озера поднимается на 2–3 метра. Или впадает в западную часть озера, поэтому вода здесь почти пресная и слабо прозрачная, так как замутнена выносами реки.
В восточную часть Балхаша впадают реки Каратал, Аксу, Лепса. Они гораздо меньше Или, часть стока разбирается на орошение, водный вклад их в озеро невелик. Это и является главной причиной солености воды. Она — прозрачная, дно видно на глубине 5–7 метров. В зависимости от освещения ее цвет изменяется от голубоватого до изумрудно-голубого.
В ноябре озеро затягивается льдом до апреля.
Прибалхашье, вообще говоря, полупустынный край. Куда ни обрати взор, всюду большей частью видны пески да каменистые места.
Южное побережье — плоская песчаная равнина, уныло-однообразный вид которой оживляется лишь прибрежной каймой тростника и зеленью в устьевых участках рек. От берегов озера вплоть до подножий гор простирается «море» песков, состоящее из огромных песчаных массивов — Таукум, Муюнкум, Сары-Ишик-Отрау. С трудом пробираются через них главные притоки Балхаша, теряя по пути немало драгоценной влаги.
Северный берег Балхаша — высокий, скалистый и сильно изрезанный. Здесь простирается каменисто-песчаная пустыня — южная окраина Казахского мелкосопочника. Из глубины этого массива к Балхашу стремится много рек, но до него они не доходят, растеряв всю воду в каменисто-песчаных руслах. Растительность здесь всюду скудная: кое-где видны серые запыленные заросли саксаула, невысоко над землей торчат кустики полыни, терескена, джузгуна. И только в долинах рек, где есть вода, царит кипучая жизнь: зеленеют моря тростниковых зарослей, раскинулись массивы непроходимых тугаев, простираются изумрудные ковры пойменных лугов.
В этих благодатных местах — обилие птиц и зверей. По почти непроходимым для человека чащам бродят кабаны, здесь много косуль, антилоп, барсуков, лисиц, солонгоев, зайцев.
Богат и мир пернатых. Крупные птицы — пеликан, лебедь, цапля, гусь — мирно уживаются с более мелкими — утками, куликами, фазанами.
Ныне вокруг Балхаша на сотни километров простирается безводная пустыня. Прибалхашье не всегда было таким пустынным, и пески раньше занимали значительно меньшую площадь. На южных прибрежных землях, ныне занесенных песками, в дельтах Или и других притоков местами сохранились следы пашен, оросительных каналов, арыков, колодцев. Встречаются развалины древних селений и крепостей. Наступление пустыни вынудило людей уйти из Прибалхашья.
На протяжении многих последующих веков здесь царствовала глухомань, которую никто не мог всколыхнуть и пробудить от сна вплоть до Великой Октябрьской революции.