21 декабря 1832 года, семнадцатилетним юношей, Алексей Бутаков был произведен в первый офицерский чин мичмана, окончив Морской корпус восьмым по списку. Одновременно с Бутаковым окончил корпус товарищ его по совместной учебе Г.И. Невельской — будущий выдающийся исследователь низовьев Амура, Татарского пролива и юго-западной части Охотского моря.

В числе лучших выпускников Бутаков был зачислен в офицерский класс. «По отличной их нравственности,- говорил об Алексее Бутакове, Геннадии Невельском и зачисленных вместе с ними в офицерский класс моряках директор корпуса Крузенштерн,- по наукам, по знанию их иностранных языков и особенно по примеченной в них страсти к усовершенствованию себя в высших науках, они подают несомненную надежду, что окажутся сего отличия весьма достойными…» После успешного окончания офицерского класса Бутаков был назначен вахтенным офицером на один из корветов Балтийского флота.

С первых дней службы молодой офицер столкнулся с безотрадной картиной бюрократизма, очковтирательства и казнокрадства, царивших на флоте. Однако прогрессивно настроенная передовая часть морского офицерства стремилась даже в этих условиях сделать все возможное для пользы и возвеличивания своей родины. Вопреки реакционной верхушке морского ведомства передовые деятели русского флота — М.П. Лазарев, П.С. Нахимов, В.А. Корнилов, В.И. Истомин, А.П. Авинов, Ф.П. Литке и др. — направляли все свои силы на повышение боеспособности русского флота.

Бутаков был чрезвычайно прост в своих отношениях с матросами. Ежегодно, с детских лет, плавая на кораблях Черноморского и Балтийского флотов и разделяя с матросами опасности и трудности морской службы, он хорошо изучил характер русского матроса.

«Я не следую правилам наших нынешних отчаянных дисциплинистов в обращении с командою, — писал он отцу, — и оттого меня однажды спросил мой нынешний командир корвета — «отчего на вашей вахте люди работают лучше и усерднее, нежели на прочих?» Эти вещи убеждают меня… что добром можно заставить работать лучше, нежели палкой».

После окончания навигации зиму 1838-1839 годов Бутаков использовал для успешного изучения еще одного иностранного языка — итальянского. К этому же периоду относятся первые шаги Бутакова на литературном поприще. В журнале «Сын отечества» из номера в номер начинают печататься его переводные статьи на самые разнообразные темы, а «Библиотека для чтения» издает переведенную и литературно обработанную им повесть «Три яхты».

Не ограничиваясь занятиями литературой и итальянским языком, Бутаков совершенствуется в мореходной астрономии и знакомится с работами А. Гумбольдта — выдающегося немецкого естествоиспытателя, географа и путешественника. Особый интерес у него вызвала книга Гумбольдта «Фрагменты по геологии и климатологии Азии», содержавшая научные результаты его путешествия по России через Средний Урал на Алтай до китайской границы.

Впервые ознакомившись таким путем со Средней Азией, Бутаков уже в то время обратил внимание на обширное и своеобразное белое пятно, упразднение которого явилось впоследствии его громадной заслугой перед наукой,- никем не исследованное и не положенное на карту Аральское море.

В начале 1840 года молодой офицер, успевший за двенадцать совершенных им на Балтийском море кампаний зарекомендовать себя опытным, образованным и отлично подготовленным к трудностям флотской службы моряком, был назначен старшим лейтенантом на отправлявшийся в кругосветное плавание военный транспорт «Або».

Целью плавания транспорта являлась доставка различных грузов из Кронштадта в Охотск и Петропавловск-на-Камчатке. Однако, несмотря на ограниченность стоявших перед экипажем транспорта задач, Бутаков с особой ответственностью смотрел на свое участие в кругосветном плавании и прилагал усилия для успешного осуществления во время предстоявшего «вояжа» всесторонних научных наблюдений во славу родины.

«…Приготовления к вояжу, — писал Алексей Иванович, совершенно овладели моим временем; мы будем производить наблюдения над магнитною стрелкой и над всеми ее капризами в разных частях земного шара… Кроме того, будут делаться барометрические наблюдения и вероятно опись какой-нибудь группы островов Тихого океана. Так как, по-видимому, все наблюдения, равно как историческая часть вояжа (если только мы оставим потомству описание наших деяний в обеих полушариях), достанутся на мою долю, то надобно приготовиться, чтоб приняться за дело надлежащим образом. Поэтому я теперь изучаю теорию магнетизма и электромагнетизма и также теорию барометрических наблюдений; знакомлюсь со всеми академиками — Купфером, Ленцом и пр. и скоро буду ходить на обсерваторию Академии наук, учиться у Купфера делать наблюдения над магнитной стрелкой».

Одновременно Бутаков находил время для изучения могущего оказаться полезным во время кругосветного плавания португальского языка.

Россия к этому времени стараниями прогрессивных русских людей занимала первое место в мире по числу дальних и кругосветных плаваний. В период с 1803 по 1840 год состоялось 26 одних только кругосветных походов русских кораблей, сопровождавшихся крупнейшими географическими открытиями и тщательными гидрографическими исследованиями.

Кругосветные плавания являлись отличной школой совершенствования военных моряков, укрепляли международно-политические позиции и военно-морскую мощь России и способствовали ее экономическому развитию.

Командиром транспорта «Або» начальник Главного морского штаба Меншиков назначил капитан-лейтенанта Юнкера, абсолютно не подготовленного к выполнению кругосветного похода. Вместо подготовки в Кронштадте транспорта к длительному и трудному плаванию Юнкер продолжал жить в Петербурге, проматывая экипажные деньги, принятые на два года. Вся тяжесть и ответственность за подготовку транспорта к кругосветному «вояжу» легла на плечи старшего офицера Бутакова.

«Мы, — отмечал впоследствии один из офицеров транспорта, — уже видели при самом начале, что это за господин Юнкер, и предвидели будущие печальные результаты нашей кампании». И действительно, из-за безнравственного поведения Юнкера, безответственного отношения его к своим служебным обязанностям и слабого знания им морского дела плавание «Або», несмотря на все старания Бутакова и товарищей его по кораблю, было одним из самых неудачных в истории русских кругосветных путешествий.

По вине своего капитана «Або» во всем протяжении своего пути терпел лишения, а в Рио-де-Жанейро вообще оказался без денег и не мог закупить продовольствие для экипажа. Средства пришлось одалживать у русского посла. Более того, капитан подбивал своих офицеров подделывать шнуровые книги, чтобы списывать невесть куда потраченные им деньги.

Все это явилось предметом разбирательства в военно-морском ведомстве по возвращении транспорта. Алексей Бутаков попадает в опалу и отсылается подальше от столицы. В своей далекой ссылке на берега Арала он неожиданно находит свое призвание ученого гидрографа и геолога.

Вместе с Бутаковым на Арале служил другой замечательный человек того времени — легендарный Кобзарь, Тарас Шевченко отбывал ссылку в должности солдата и написал там лучшие из своих стихотворений.

На шхуне «Константин» Бутаков обошел все Аральское море, нанося на карту все его уголки. В результате первого 56-дневного плавания, кроме рекогносцировки всего моря, находки каменноугольного месторождения, открытия и съемки нескольких островов, ранее не известных даже местным жителям, Бутаковым были произведены значительные по площади промеры, причем была найдена наибольшая на Арале 68-метровая глубина, определены скорость и направление постоянного течения, идущего по ходу часовой стрелки, что отличает Аральское море от других морей, изучены геологические особенности берегов Арала, содержащие мелоподобный (верхний мел) известняк. В некоторых местах побережья Бутаковым были обнаружены обнажения с массой олигоценовых раковин, собранные образцы которых были впоследствии подробно описаны Абихом. На основании находок в береговых отложениях пластов окаменелых раковин, «не принадлежащих к нынешним породам Аральского моря», Бутаков указал на более высокий уровень Аральского моря в исторические времена, то есть на постепенное усыхание Арала.

Зиму 1848-1849 года экспедиция провела на острове Кос-Арал. Бутаков занимался обработкой астрономических наблюдений, разбором и систематизацией собранных за время плавания геологических и ботанических коллекций.

Тарас Шевченко, вынесший из путешествия по неизведанному морю множество впечатлений, обогативших поэта новыми знаниями и поэтическими образами, рисовал и писал стихи. На Кос-Арале Шевченко создал цикл стихотворений, впоследствии переработанных им в поэму, изданную теперь под названием «Цари», и изумительные песни, проникнуе подлинно народным восприятием природы и человеческих чувств. Более пятидесяти стихотворений было написано Тарасом Шевченко за время зимовки на Кос-Арале. Ни в одну из зим ни до, ни после он не писал такого количества их.

Моряки всячески старались помочь местным жителям-казахам, систематически разоряемым разбойничьими набегами хивинцев.

«…Глядя на них, — писал Бутаков, — удивляешься живучести человеческой: они едва одеты, живут в прозрачных кибитках, продуваемых насквозь морозными ветрами, и едва не умирают с голода. Довольно сказать что кочующие по Сырдарье киргизы были ограблены 4 раза в течение каких-нибудь 8 месяцев!»

Фельдшер Истомин принялся за лечение больных казахов. Матросы делились с казахами последней рубашкой, ежедневно приглашали детей в казарму на обед, помогали казахам в их домашних работах. Близко познакомившись с жизнью казахов, Бутаков пришел к выводу, что окончательное присоединение к России всей территории Казахстана, большая часть которого находилась под властью отсталого Хивинского ханства, и воссоединение казахского народа с русским народом имело бы для казахов положительные последствия и «было бы величайшим благодеянием для всех подданных хивинского хана». Он с уверенностью заявлял, что «при первом появлении русских все киргизы, каракалпаки и большинство туркменов переходят к нам».

27 января 1849 года Бутаков пережил радость первого признания своего высокого научного подвига — с очередной почтой на остров Кос-Арал был доставлен диплом об избрании Алексея Ивановича в действительные члены Русского географического общества. Это была большая, заслуженная благодарность Алексею Бутакову за его самоотверженный исследовательский труд от отечественных ученых и путешественников, принявших его в свою семью.

С новой, возросшей энергией приступил Бутаков, произведенный за отличие в капитан-лейтенанты, к подготовке второго плавания по своенравному Аральскому морю.

В течение двух кампаний берега Аральского моря были покрыты сетью астрономических пунктов (11 пунктов), явившихся опорными при составлении карты.

Бутаков произвел также первые определения магнитного склонения для различных районов Аральского моря.

В результате произведенных гидрологических наблюдений были изучены характер глубин, направление и скорость постоянного течения в Аральском море. Одновременно с промерами на площади всего моря были взяты пробы грунта. Определялись также соленость, цвет и прозрачность воды Аральского моря. Проводились также метеорологические наблюдения, в ходе которых было установлено, что ветры, дующие из северной половины горизонта, являются господствующими на Аральском море. Бутаков собрал также исчерпывающие данные о ледовом режиме Аральского моря.

Не будучи ни геологом, ни ботаником, но желая и в этом отношении принести пользу науке, Бутаков собрал богатейшую коллекцию ископаемых и образцов горных пород, переданных затем в Петербургский горный институт, произвел измерение толщины береговых геологических пластов, определил их наклон и направление, систематизировал обильные разносторонние сведения о природных богатствах побережья Аральского моря. Был собран также гербарий.

Неожиданно Бутаков, посвятивший изучению и освоению Аральского моря и рек Сырдарьи и Амударьи 15 лет своей жизни, был отозван в Петербург.

В Петербурге ему присвоили звание контр-адмирала, дали особую пенсию (аренду) на 12 лет и назначили на должность начальника штаба практической эскадры, совершавшей плавания по Балтийскому морю с великими князьями, а затем поручили командование отрядом судов на реке Неве. Несмотря на неблагожелательное отношение к Бутакову, чиновники из морского ведомства вынуждены были считаться с большим морским опытом, научными знаниями, осведомленностью в новейших достижениях военно-морской техники и заслуженным авторитетом Алексея Ивановича. В 1865 году он был назначен младшим флагманом броненосной эскадры Балтийского флота и в качестве начальника самой передовой в то время в техническом отношении шхерной эскадры броненосных кораблей, состоявшей из десяти мониторов, посетил Стокгольм.

Вскоре после успешного плавания отряда мониторов выдающийся ученый-гидрограф был неожиданно назначен членом артиллерийского отделения только что организованного Морского технического комитета, а год спустя направлен в распоряжение главного командира петербургского порта.

Страдая болезнью печени, Бутаков отправился для лечения в Германию и 28 июня 1869 года скончался в Швальбахе на 54 году жизни.

Журналы «Морской сборник», «Всемирная иллюстрация» да еще две-три газеты откликнулись официальными некрологами, и затем имя Алексея Ивановича Бутакова было надолго предано забвению.

Лишь в начале XX века по предложению президента Географического общества, академика Л.С. Берга, именем Бутакова был назван южный мыс острова Барса-Кельмес. В советское время одному из островов в дельте реки Сырдарьи было присвоено имя другого великого участника первой экспедиции, исследовавшей Аральское море,- Тараса Шевченко.

Вся пятнадцатилетняя деятельность Бутакова на Аральском море — героический научный подвиг, яркий пример беззаветного служения отчизне. Автор некролога, помещенного в журнале «Морской сборник» за 1869 год, отзывается об Алексее Ивановиче, как о «настоящем типе морских офицеров, которым бы гордилась каждая страна и каждый народ».