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.