Среди песков Западной Туркмении на площади свыше 18 тыс. км2 раскинулся уникальный соляной бассейн — залив Каспийского моря — Кара-Богаз-Гол, что в переводе означает «Черная пасть».
Залив соединен с морем проливом длиной 10 км и шириной от 100 до 250 м; котловина залива ниже уровня моря на 3,5 м. Через пролив в залив ежегодно поступает до 10 км3 морской воды, содержащей около 135 млн. т солей. За время существования залива в его рассолах и донных отложениях накопились миллиарды тонн солей, и его по праву можно назвать огромной природной солонкой, которая непрерывно пополняется солями.
В мире нет подобного соляного бассейна. Здесь в условиях постоянной связи с морем происходят удивительные природные явления, связанные с формированием соляных месторождений морского типа. Жаркий и сухой климат способствует усиленному испарению воды, накоплению солей в рассолах залива и их кристаллизации. В различное время года при разной температуре воздуха и рассолов из последних выделяются и различные соли.
Первооткрывателями залива были русские мореплаватели Бекович-Черкасский, Карелин, Жеребцов, Гримм и др. (экспедиции 1715—1874 гг.). Первое географическое описание залива сделано в 1715 г. экспедицией Бековича-Черкасского. На составленной им первой карте Каспийского моря, опубликованной в 1720 г., был указан и Карабогазский залив.
Гидрохимическое исследование залива начато в 1897 г. экспедицией с участием геолога Андрусова, гидролога Шпиндлера, химика Лебединцева, зоолога Остроумова и других специалистов. Во время 40-дневного плавания они отобрали в разных зонах залива большое количество проб рассолов и солей.
В донных отложениях залива была обнаружена глауберова соль, или мирабилит, которая в обезвоженном виде нашла широкое применение в стекольной, текстильной, хлопчатобумажной и других отраслях промышленности.
Собранные экспедицией данные о солевых богатствах залива привлекли внимание исследователей. В 1909 г. выдающийся химик Н. С. Курнаков организовал совместно со своими учениками (Подкопаев и др.) научную экспедицию в залив на парусных лодках. Экспедиция хотела определить запасы мирабилита и других солей и изучить гидрохимический режим залива. Для этого были сделаны промеры глубины рассолов в разных зонах залива, выяснены условия выделения мирабилита из рассолов осенью и зимой и его обратное растворение весной и летом, начиная с апреля.
Было замечено, что кристаллы мирабилита в таких больших количествах выбрасываются волнами на берег, что можно организовать промышленную добычу этого ценного сырья. Однако до Великой Октябрьской революции солевые богатства залива не использовались, если не считать добычи мирабилита в количестве нескольких десятков тонн частными предпринимателями.
Уже в первые годы Советской власти В. И. Ленин обратил внимание на необходимость промышленного освоения солевых богатств залива.
Выступая в апреле 1918 г. на заседании ВЦИК по вопросу развития народного хозяйства страны, Ленин указал на ту важную роль, которую могут сыграть солевые ресурсы Кара-Богаза в развитии химической промышленности. В своей работе «Очередные задачи Советской власти» он отмечал, что разработка отечественных богатств, и в том числе сырья для химической промышленности, приемами новейшей техники даст основу для невиданного прогресса производительных сил страны.
Для наиболее полного изучения и промышленного освоения солевых богатств залива в 1918 г. при ВСНХ был учрежден Карабогазский комитет, а позднее организован трест «Карабогазсульфат», который занялся разработкой сокровищ Кара-Богаз-Гола.
Начиная с 1918 г. советские ученые — химики, галурги и особенно представители научной школы физико-химического анализа, созданной Н. С. Курнаковым, много сделали для изучения гидрохимического режима залива и научного обоснования методов и путей комплексного использования его рассолов и солей.
С 1921 по 1934 г. сотрудники Института физико-химического анализа АН СССР, а с 1935 г. и по настоящее время — Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова (ИОНХ) ведут наблюдения за изменением состава рассолов, кристаллизацией солей в разных зонах залива, разрабатывают методы комплексной переработки рассолов и солей. Исследованиями гидрохимии залива и его богатств занималась также Соляная лаборатория АН СССР (СОЛАБ), а с 1934 г. — Всесоюзный научно-исследовательский институт галургии. В последние годы в этих исследованиях участвуют Институт химии АН ТуркмССР и другие организации.
Уже многое выяснено об условиях накопления и распространения солей в заливе и годичных циклах изменения состава рассолов в различных зонах. В весенне-летний период, когда испарение воды в заливе проходит весьма интенсивно и температура рассола достигает 30—35° С, скорость кристаллизации солей заметно возрастает. В осенне-зимний период при температуре рассолов 5° С и ниже выпадают мирабилит и бигидрат натрия.
В отдельных зонах залива существуют различные по концентрации и составу рассолы. Наиболее разбавленные рассолы находятся в зоне I, прилегающей к проливу, через который поступает морская вода. Это так называемая зона смешения морской воды и рассолов залива. В донных отложениях скапливаются менее растворимые соли — карбонаты и сульфаты кальция и магния, преимущественно кальцит, магнезит, доломит, гипс и глауберит.
В центральной зоне II преобладают эпсомит, астраханит и хлористый натрий.
В прибрежных зонах III и IV, наиболее удаленных от пролива и зоны смешения, где глубина рассола незначительна (0,5 м и меньше), в летний период происходит наиболее интенсивное испарение и концентрирование рассолов, из которых выделяются калийномагниевые соли — хлористый калий, карналлит, каинит, бишофит. В настоящее время обнаружено около 15 солевых минералов в донных отложениях залива.
Научными сотрудниками ИОНХ АН СССР разработана схема комплексного использования рассолов залива, предусматривающая получение сульфата натрия, брома, хлоридов и сульфатов магния, сернокислого калия, а также некоторых редких элементов. На комбинате «Карабогазсульфат» уже организовано производство сульфата натрия, сернокислого магния и хлористого магния.
При получении безводного сульфата натрия используют солнечную энергию. Осенью рассолы залива накачивают насосами по рапопроводу в естественные котлованы. Зимой же из охлаждающихся рассолов выкристаллизовывается мирабилит в виде плотной стеклообразной массы. Весной и летом под влиянием лучей солнца и теплого воздуха верхний слой мирабилитового пласта обезвоживается и образуется белый порошок безводного сульфата натрия. Машины сгребают его и насыпают в мешки. Карабогазский сульфат грузят на суда и отправляют по Каспийскому морю в порты, а оттуда по железной дороге — в разные концы Советского Союза на предприятия стекольной, хлопчатобумажной, текстильной промышленности.
Комплексная схема переработки рассолов предусматривает получение сернокислых калийномагниевых солей в виде сульфата калия и шенита. Эти виды бесхлорных удобрений крайне нужны в Средней Азии, в особенности для повышения урожайности хлопчатника на почвах, засоленных хлоридами натрия.