Участки заповедника находятся в пределах равнинного Дагестана. Прилегающая к Кизлярскому заливу суша – часть Терско-Кумской равнины – лежит на 28 м ниже ур. моря. Еще сравнительно недавно эта часть равнины была морским дном. Главную роль в формировании современного рельефа равнины сыграли трансгрессии и регрессии Каспия. Прибрежная полоса залива сложена морскими песками, суглинками, супесями и мелкой ракушкой. По мере понижения равнины в сторону залива полынные полупустыни сменяются солончаковыми лугами, которые переходят в обширные тростниковые крепи с обилием больших и малых плесов. Все побережье изрезано лиманами. Берега залива топкие и заливаются при ветрах с моря – “морянах”.

Бархан Сарыкум находится у подножия предгорий на Терско-Сулакской равнине. Южные склоны бархана примыкают к Кумторкалинскому хребту у его подножия. На западе бархан подходит к горному поднятию. Его северные и восточные склоны постепенно переходят в низменность.

Кумторкалинские пески – это песчаный массив площадью около 3000 га, представляющий собой целую систему бугров, грядовых песков и барханов. Самый крупный бархан – Сарыкум – достигает абсолютной высоты 262 м. Сарыкум – крупнейший бархан не только в СССР, но и на всем материке Евразии.

Сарыкум и другие барханы Кумторкалинского массива эолово-аккумулятивного происхождения. Их основание неподвижно, а гребень перемещается по воле ветров, дующих зимой с запада и северо-запада, а летом – в противоположном направлении. Асимметричные склоны барханов в одних местах изрыты котловинами выдувания, в других усажены закрепленными растительностью буграми. Хорошо выражены “рога” барханов.

Огромные массы песка, из которых сложен Сарыкум, являются продуктами выветривания песчаников окрестных гор и отложений древних каспийских террас. Благодаря особому ветровому режиму, рельефу местности и ряду других факторов с течением времени возникло это уникальное образование, своего рода осколок азиатских пустынь, окруженный степями.

Климат в районе Кизлярского залива засушливый континентальный с положительной среднегодовой температурой, малым количеством осадков и преобладанием восточных и юго-восточных ветров.

Самый холодный месяц – январь, самый теплый – июль. Абсолютный температурный минимум –35°, абсолютный максимум 35°. Вегетационный период продолжается в среднем с 17 апреля до 28 октября.

Наименьшее количество осадков выпадает зимой, наибольшее – летом. Высота снежного покрова 11–12 см. Наименьшая относительная влажность воздуха (48–64%) наблюдается летом. В узкой прибрежной полосе Кизлярского залива влажность воздуха в летний период несколько выше.

Климат в районе бархана Сарыкум теплый, сухой, с резко выраженной континентальностью и аридностью. Среднегодовая температура 14,8°. Самые высокие температуры за годовой период смещены здесь на август, самые низкие – на февраль, причем август на Сарыкуме теплее, чем в любом другом районе Дагестана. Средняя температура в июле 30,2°; в августе 31,4° (в Махачкале – соответственно 25,2 и 24,5°); в январе 0,9°; в феврале –1° (–0,1° и –0,3°). Абсолютный минимум температур –19,9°.

Сарыкум – единственное в Дагестане место, где на протяжении 5 месяцев, с мая по сентябрь, среднемесячные температуры превышают 20°. У подножия бархана зафиксирован абсолютный для Дагестана температурный максимум 42,5°. Это объясняется сильным нагревом песчаной поверхности бархана. Летом на склонах южной экспозиции температура поверхности бархана достигает 55–60°. Уже в апреле температура песка днем превышает 30°.

Среднегодовое количество осадков 366 мм. Максимум осадков выпадает в сентябре – ноябре, минимум – в феврале – апреле. На летние месяцы приходится 1/4 годовой суммы осадков. Летом в дневные часы над песками Сарыкум нередко проходят дожди, не достигающие поверхности земли.

На территории Кизлярского участка рек нет. Залив мелководен, вода в нем сильно опреснена. Крупные открытые плесы площадью до 50 га чередуются с замкнутыми бухточками. Глубина плесов обычно не превышает 0,5 м. Дно топкое, слой ила 20–30 см. Малые плесы часто соединены искусственными каналами глубиной до 1,2 м, прорытыми для предотвращения гибели рыбы во время сгонных ветров.

На участке Сарыкумского бархана протекает р. Шура-озень, берущая начало на склонах Гимринского хребта и впадающая в Каспийское море. Ее режим очень неустойчив, уровень воды в реке подвержен резким колебаниям. Основными источниками питания реки служат атмосферные осадки. Несмотря на преобладание летних осадков, река иногда пересыхает летом совершенно, что связано с разбором воды на орошение. Вместе с тем летом нередко бывают ливневые паводки.

Своеобразные гидрологические особенности имеет бархан Сарыкум. В ночные часы быстро остывающие пески конденсируют атмосферную влагу, которая почти целиком впитывается и накапливается в нижних пластах. Накоплению влаги во внутренней части бархана способствуют подстилающие песчаную толщу водоупорные глины. Благодаря этим особенностям бархан Сарыкум – своеобразный хранитель воды, которая в виде многочисленных ключей выходит у его подножия. Вокруг этих мест растут камыши, ивы, тополя и др.

Под луговой растительностью побережья Кизлярского залива развиты лугово-болотные почвы, отличающиеся избытком влаги. Грунтовые воды находятся на глубине примерно 1 м, а нередко выступают и на поверхность. Под плавнями, находящимися в воде, формируются иловато-болотные почвогрунты.

Под пустынной солянковой и солянково-полынной растительностью развиты различные типы засоленных почв: солонцевато-солончаковатые, солонцово-солончаковатые, солончаки, солонцы и др. Засоление хлоридное и сульфатно-хлоридное. На заповедном участке чаще встречаются слабо- и среднесолонцеватые почвы. Типичных солонцов мало.

Под злаково-полынной растительностью полупустынь формируются светло-каштановые почвы, спорадически встречаются пески. Этим почвам также свойственны солонцеватость и солончаковатость. Легкорастворимые соли залегают на глубине 30 см, а иногда и на поверхности.

Почвенный покров Сарыкумского участка представлен примитивными песчаными почвами. Сарыкум переводится как “желтый песок”. Желтые пески бархана у основания состоят главным образом из тонкопесчаных фракций с небольшой примесью пылеватых. Чем выше по вертикальному профилю бархан, тем крупнее песчинки. Процесс почвообразования на песках находится в зачаточном состоянии. Только там, где травяной покров более или менее сомкнут, пески содержат небольшое количество гумуса.

© Н.В. Вронский, А.М. Амирханов. Дагестанский заповедник. // Заповедники СССР. Заповедники Кавказа. — М., Мысль, 1990.