Таковы южные реки Каскелен, Аксай, Алматы, Талгар и Иссык. Большинство из них также питают ледники, в западной части- притоки р. Чилик.
Южные реки Талгар и Иссык, вытекающие из крупнейших ледников хребта, немногим уступают по водности своим северным аналогам. Река Чилик, прорывающаяся через главный водораздел на северную сторону, - самая большая в Заилийском Алатау. (Н.Н. Пальгов, 1969).
Геологическая история Заилийского Алатау весьма сложна. В допалеозое и в нижнем палеозое на месте хребта был прогиб земной коры, затопленный морем. Отложившиеся в последнем осадки поднялись на дневную поверхность в процессе каледонского орогенеза. В нижнекарбоновую эпоху на месте гор снова образовалось море (известняки с фиуной визе), которое затем при наступившем в середине карбона варисском диастрофизме сменилось сушей со следами широко развитой вулканической деятельности. К этому времени относится наибольшая часть гранитных интрузий в районе хребта.
В юрский период рельеф горного сооружения был выровнен до пенеплена, но вместе с тем в некоторых местах он осложнился разрывами новокиммерийской дислокации. В меловом периоде горы под влиянием денудации превратились в сглаженные плоско-холмистые возвышенности. В это же время и позднее на отдельных участках хребта в условиях его континентального существования аккумулировались значительные обломочные массы.
В конце третичного и начале четвертичного периода в результате возникновения дизъюнктичных дислокаций происходит глыбовое поднятие центральной части Заилийского Алатау, ограниченной с севера тектонической линией. Это привело к тому, что поверхность, ранее пенепленизированная, вновь превратилась в высокогорную страну.
Таким образом, в истории тектонического развития Заилийского Алатау особенности его строения наметились еще в докембрийское время в виде обособленных отдельных блоков, ограниченных законами региональных разломов северо-восточного простирания. Морфологически разломы конца девона - начало карбона повторили старый, ранее существовавший ромбический каркас, но развивались на фоне относительного роста Северо-Тяньшаньского поднятия (Чедая О.К., 1986).
В поздний палеозой, в заключительную фазу герценского цикла проявляются тектонические движения с пенепленизацией страны и активными образованиями коры выветривания.
Однако решающую роль в образовании современной поверхности Заилийского Алатау сыграли мезозой - кайнозойские тектонические движения, связанные с развитием Северо-Тяньшаньского активизированного складчатого пояса.
Центральная часть хребта унаследовала в своем развитии положение верхнепалеозойского слабо контрастного сводового поднятия и служила областью сноса для верхних пермьмезозойских прогибов Кульджинского седиментационного бассейна. Следовательно, под воздействием верхнепалеозойских и особенно мезозой - кайнозойских тектонических движений древний пенеплен Заилийского Алатау резко обновился. Наиболее сильно деформировалась его центральная часть, где на месте древнего пенеплена в плейстоценовый период возникла гляциальная высокогорная область.
В настоящее время наряду со складчатыми сводовыми движениями большой кривизны превалирующая роль в формировании современной морфоструктуры Заилийского Алатау отводится разломам и глыбовыми движениям. На юге и севере граница антиклинориев совпадает с разломами, группирующимися в две основные зоны: Северо-Заилийскую и Камено-Чиликскую. Они проявлены в рельефе и являются морфоструктурными границами. (Г.А. Токмагамбетов, 1976).
В четвертичном периоде, в связи с изменением климата на боле холодный, хребет подвергся первому покровному оледенению. В следующую затем межледниковую эпоху горы, освободившиеся от снегов и ледников, но продолжавшие испытывать тектонические влияния, постепенно преобразовывались. Денудационные агенты рассекали их глубокими долинами и ущельями, нарушив платообразность высокоподнятых плоскогорий. Предгорья оделись лессовым покровом, закрывшем собой предшествовавшие валунно-галечниковые и зандровые отложения. Морфологические черты гор стали близкими современным. В таком состоянии их застала вторая ледниковая эпоха, которая в силу иного рельефа хребта преимущественно свелась к долинному оледенению. Языки ледников в этот период спустились до 2200 м, а по мнению некоторых исследователей - еще ниже (считая по отметкам современного гипсометрического положения). Флювиогляциальные отложения покрыли более высокие части предгорий. Реки, глубоко эродируя свои долины, создали у подножия гор мощные конуса выносов.
За вторым оледенением последовало третье, менее значительное, остатком которого явились современные ледники. Занятые ими районы оказалась самым верхним ярусом рельефа, ограниченным снизу, на северных склонах, изогипсой в 3300 м, а на южных = высотами в 3600-3700 м. Этот гляциальный пояс, сложенный преимущественно гранитами, местами перекрытыми метаморфизированными сланцами, отличается сильной расчлененностью. Часть его территории занята современным оледенением, а другая только в недавнее время освободилась от ледников.
В пределах последней обнаженные от снега горы имеют необычайно разнообразные и “дикие” формы. Гребни их рассечены здесь на отдельные зубья, башни, колонны и т. д., в образовании которых главную роль сыграло морозное выветривание.
Между отрогами, отчленившимися от главного хребта, залегают ущелья и долины, из которых многие заняты ледниками. Верховья их широкими цирками внедряются в склоны вершин, откуда на них сползают мощные толщи фирнового снега. Транспортируя на себе падающие обломки камней, ледники заполнили долины моренными отложениями из валунов, щебня и мелкого рыхлого материала. Эти отложения перегораживают долины, ущелья и окаймляют склоны вдоль ледниковых языков (Н. Н. Пальгов. 1958).
На участке от р. Каскелен до Талгарского пика на гребне хребта преобладают острые, реже тупые вершины с широким цоколем. Далее от Талгарского пика к востоку хребет приобретает черты ровных поверхностей.
Большинство вершин имеет здесь вид узких горизонтальных гребней, растянутых на сотни метров в длину. Некоторые же превращаются в плоские, односторонние и слегка наклоненные кровли. Выше снеговой линии на них концентрируется большое количество снега.
Отвесные и горизонтальные плоскости - это две крайние формы рельефа в гляциальном поясе. Между ними имеется большое разнообразие переходных форм. Здесь и мягкие пологие склоны перогов, совсем недавно оставленных ледниками, и 30-40о склоны ущелий. На самых крутых из них снег долго не удерживается. При малейшем толчке он сползает пластами или стремительно падает лавинами. Таким путем ледники получают часть своего питания, которая в дальнейшей стадии их жизни превращается в лед.
Район современного оледенения в Заилийском Алатау в основном занимает пространство длиною до 140 км. На северном склоне он располагается между меридианами 76о18’ и 78о0’. Здесь его крайними участками являются: на западе - верховья р. Узункаргалы и на востоке - верховья р. Асы.
На южном склоне современное оледенение ограничено меридианами 76о16’ и 77о40’ .
Здесь крайние ледники в западной части хребта залегают в истоках р. Тегирментысу, впадающей в р. Чонгкемин, а в восточной части - в истоках р. Оденсай, впадающей в р. Чилик.
Большинство исследователей считают, что в Заилийском Алатау было три оледенения: первой -полупокровное, второе и третье - деликные (Н. Н. Пальгов. 1958).
Современное оледенение Заилийского Алатау является продуктом жизнедеятельности ледников стадии фернау последнего (голоценового) оледенения, следы которого сохранились на днищах и склонах долин в виде скульптурных и аккумулятивных форм рельефа.
В настоящее время ледники занимают лишь самые верхние участки долин и горных склонов.
Размещение современных ледников предопределяется не только условиями высокогорного климата, но и связано с гипсометрией, орографией, экспозицией, а также с механическими факторами: миграцией снега под воздействием ветра, лавинами и камнепадами. Миграция снега происходит при избирательном движении воздушных циклонических масс, которые с водоразделов гор и ближайших к ним частей западных склонов увлекают некоторое количество снега на восточные склоны. Вследствие этого питание ледников, лежащих к западу, ухудшается, а питание ледников, расположенных к востоку, усиливается. Процесс западного переноса воздушных масс, действующих длительное время над территорией хребта, способствовал тому, что в отрогах осевого хребта, ориентированных меридионально, создавались особые условия для непрерывного перераспределения осадков и формирования ледников.
Древние ледники в основном консервировали восточные, а не западные склоны отрогов от разрушения, что привело к неравномерному их расчленению. Западные склоны, лишенные обильного количества снега, подвергались активному воздействию линейной эрозии, к настоящему времени они сильно расчленены и достигли значительной крутизны. Скульптурных ледниковых форм рельефа на них представлено мало.
Восточные склоны отрогов длительное время находились под мощным ледяным панцирем, предохраняющим их от влияния физического выветривания и линейной эрозии. Расчленение склонов обусловлено в основном экзарацией ледников. Восточные склоны отрогов более пологие, чем западные, изобилуют формами рельефа ледникового происхождения преимущественно карового шипа, в большинстве своем занятыми ледниками (Г. А. Токмагамбетов, 1976).
Для ледников Заилийского Алатау большое значение имеет лавинное питание, особенно при отсутствии сплошных фирновых полей.
Роль камнепадов сводится к защите погребенных частей ледника от таяния, что дает возможность леднику продвигаться вперед и, возрастая в длину, увеличиваться по площади.