El pueblo se encuentra en la orilla oriental de la bahía de Sestroretskaya, poco profunda (de tan solo 2,5 a 3,5 m de profundidad a 200 m de la orilla), en el golfo de Finlandia (mar Báltico). A lo largo de la costa se extiende una cadena boscosa de dunas y colinas, interrumpida por valles fluviales y pequeños lagos, estanques y zonas de morrena expuesta. La playa de arena dorada alcanza los 50 m de ancho. Cerca del complejo se encuentra el lago Razliv, creado por la construcción de una presa en el río Sestra.[2]
En el Paleozoico (hace 300-400 millones de años) toda esta zona estaba cubierta por un mar. Los depósitos sedimentarios de aquella época (arenas, margas arenosas, arcillas con capas lenticulares de limo o turba) cubrían una gruesa capa (de más de 200 metros) de basamento cristalino compuesto de granito, gneis y diabasa. La topografía actual se formó como resultado de la actividad del glaciar (la última glaciación de Valdái tuvo lugar hace unos 12.000 años). Tras la retirada del glaciar, se formó el mar de Littorina, cuyo nivel del mar era entre 7 y 9 metros más alto que el actual. Hace cuatro mil años, el mar se retiró y las aguas poco profundas del golfo de Finlandia se convirtieron en islas. El valle está compuesto por depósitos lacustres-glaciales y posglaciales. Durante los últimos 2.500 años, la topografía se ha mantenido prácticamente inalterada.[5]
El clima de Sestroretsk es moderado y húmedo, de transición entre marítimo y continental. La ciudad se caracteriza por los frecuentes cambios en las masas de aire causados por la actividad de los ciclones que pasan por el Golfo de Finlandia, lo que provoca una gran variabilidad meteorológica, especialmente en otoño e invierno. El invierno es moderadamente suave, con predominio de tiempo moderadamente helado y mayormente nublado. Las capas de nieve se establecen en la segunda quincena de noviembre y dura hasta mediados de abril. La primavera es tardía y prolongada. El verano es moderadamente cálido, con días soleados y lluviosos alternados. El otoño es nublado y brumoso. La precipitación ronda los 650 mm anuales, principalmente entre junio y agosto. La humedad relativa media anual ronda el 80%, con un máximo en diciembre (90%). En verano, predominan los vientos del oeste y del noroeste, y en invierno, del oeste y del suroeste.[2][5] El clima de Sestroretsk es similar al de la cercana San Petersburgo. El Golfo de Finlandia, a pesar de su poca profundidad, influye en la temperatura de la ciudad. En verano, especialmente en agosto y septiembre, la temperatura media del aire es ligeramente inferior a la de San Petersburgo (entre 0,5 y 0,8 °C), mientras que en invierno es superior (entre 0,5 y 0,6 °C). Los vientos también son algo más fuertes en la costa.[6][7]
 Parámetros climáticos promedio de  |
| Mes |
Ene. |
Feb. |
Mar. |
Abr. |
May. |
Jun. |
Jul. |
Ago. |
Sep. |
Oct. |
Nov. |
Dic. |
Anual |
| Temp. máx. abs. (°C) |
8.6 |
10.2 |
14.9 |
25.3 |
30.9 |
34.6 |
35.3 |
33.5 |
30.4 |
21.0 |
12.3 |
10.9 |
35.3 |
| Temp. máx. media (°C) |
-2.3 |
-1.4 |
4.1 |
9.2 |
16.1 |
20.5 |
22.2 |
20.6 |
14.6 |
8.5 |
1.8 |
-0.7 |
9.4 |
| Temp. media (°C) |
-6.1 |
-6 |
-1.4 |
4.4 |
10.9 |
15.8 |
18.1 |
16.4 |
11.0 |
5.6 |
-0.1 |
-3.9 |
5.4 |
| Temp. mín. media (°C) |
-7.9 |
-7.7 |
-2.9 |
1.6 |
7.1 |
11.9 |
14.0 |
13.0 |
8.0 |
3.7 |
-2.1 |
-5.5 |
2.8 |
| Temp. mín. abs. (°C) |
-35.9 |
-35.2 |
-29.9 |
-21.8 |
-6.6 |
0.1 |
4.9 |
1.3 |
-3.1 |
-12.9 |
-22.2 |
-34.4 |
-35.9 |
| Precipitación total (mm) |
40 |
31 |
35 |
33 |
38 |
64 |
78 |
77 |
67 |
65 |
56 |
49 |
633 |
| Fuente: [8] |
Antes de la fundación de la ciudad, la zona estaba cubierta de bosques de coníferas (pinos y abetos) con algunos árboles de hoja ancha y pantanos de tierras bajas. Hoy en día, la zona que rodea la ciudad conserva grandes masas de coníferas (predominantemente pinos) que se alternan con arboledas caducifolias (abedules, alisos, álamos y sauces). Predominan los suelos arenosos, con suelos podzólicos superficiales combinados con suelos turbosos, podzólicos y gley en arenas lacustres y aluviales.[9]
Ocasionalmente se ven zorros y ratas almizcleras en los alrededores de la ciudad. La ciudad alberga una gran cantidad de aves, reptiles e invertebrados.[10]
En el territorio de Sestroretsk, así como en los pueblos de Beloostrov y Pesochny, se encuentra la reserva natural estatal Sestroretskoye Boloto con una superficie total de 1.877 hectáreas.[11] La reserva es un sistema hidrológico unificado conectado al Golfo de Finlandia; incluye el lago Razliv, los ríos Sestra y Chernaya, y numerosas marismas. La reserva cuenta con depósitos de arcillas curativas de gyttja, antiguas terrazas marinas y una diversa flora y fauna. Está prohibida la construcción dentro de la reserva.[12]
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