I den øverste del af havet producerer alger ilt (O₂) og organisk stof (CH₂0) ved fotosyntese. De bruger sollys, vand og den kuldioxid (CO₂), der er opløst i havvandet til processen:

CO₂ + H₂0 + lys → CH₂0 + O₂

Algerne bliver for en stor del spist. Den del af algebiomassen, der ikke optages af dyrene, ender som deres afføring, og sammen med døde alger synker det nedad i vandet som et snevejr af partikler. Man kalder det for marin sne.

Den døde biomasse går i forrådnelse og det bruger ilt. Man kalder det også for respiration, og det er den modsatte reaktion af fotosyntesen:

CH₂0 + O₂ → CO₂ + H₂0

Der sker kun fotosyntese og dermed produktion af ilt i de øvre lag af havet, hvor solens stråler når ned. Det sker typisk ned til 30-40 meter i de åbne oceaner. Længere nede sker der kun et forbrug af ilt.

Ilten trænger kun meget dårligt ned i de dybere vandlag. Det ligger nemlig et usynligt låg, der adskiller de øverste vandmasser fra de nedre. Man kalder det for et springlag. Det er et relativt tyndt lag, hvor vandets indhold af salte (saliniteten) stiger og hvor dets temperatur falder (se figur 2).

Ilt har svært ved at trænge gennem springlaget, men de døde alger og de halvt omsatte partikler synker nemt gennem laget mod dybden. Kommer der mange partikler ned i de dybere lag, bliver der brugt meget af den iltpulje, der er i vandet brugt. Kommer der rigtig mange partikler, kan ilten blive helt brugt op, og der opstår en iltfri zone, se figur 3.

I de relativt lavvandede danske farvande har vi gennem de sidste mange år oplevet iltsvind hver sensommer gennem de sidste mange år. De danske farvande er særligt udsatte for iltsvind. Det ferskere østersøvand løber nemlig nordpå i overfladen. Samtidig løber det saltere vand fra Skagerrak syd på langs havbunden, se figur 4. Det giver en meget stærk lagdeling, hvor ilten kun meget dårlig trænger gennem.

I takt med, at de danske farvande har modtaget flere næringsstoffer fra land, er der også kommet flere planktonalger. De synker mod bunden, hvor der forbruges ilt, når de omsættes. Det har gennem mange år skabt iltsvind i bundvandet – bl.a. omkring Fyn.

I oceanerne er vanddybden meget større, og de døde alger eller algerester synker meget længere. Materialet omsættes hele tiden, mens det synker ned gennem vandet og efterhånden som det synker dybere og dybere bliver iltforbruget mindre. På store vanddybder kan man oven i købet nogen gange se, at iltindholdet i vandet igen stiger i bundvandet. Det er fordi havstrømme, der løber langs havbunden tilfører vandmasserne nyt ilt.

[link til globale havstrømme - er på vej]

De fysiske forhold i havet betyder, at man normalt finder et minimum i iltindholdet på dybder mellem 200 og 1000 m i en stor del af verdenshavene, se figur 3. Langt de fleste steder forbliver iltindholdet imidlertid så højt, at det ikke påvirker dyrelivet voldsomt meget.

Men i nogle områder af verdenshavet giver en kombinationen af høj algeproduktion og specielle havstrømme et iltsvind med en ”død” zone, hvor ingen eller få dyr kan leve. Her er der tale om et naturligt iltsvind, der opstår på naturens præmisser og som ikke er skabt af menneskelig aktivitet.

Der findes tre store naturlige iltsvindsområder: Det Arabiske Hav og det østlige Stillehav nord og syd for ækvator ca. 10-20 ° N hhv. S, ud for hhv. Mexico-Guatemala og Chile-Peru, se figur 5.

Galatheaprojektet arbejdede intenst ud for kysten langs Chile og Peru. Iltsvindet er her skabt af en meget høj naturlig produktion af alger og en kraftig lagdeling af havet. Det er de specielle vindforhold og havstrømme i området, der skaber både algevæksten og lagdelingen, og som tilsammen skaber den meget store iltfattige zone i havet, se figur 6.

I Stillehavet ud for Chile og Peru blæser passatvinden mod nordvest og bidrager herved til at drive den kolde havstrøm, der er kendt som Humboldtstrømmen, op langs Sydamerikas vestkyst, hvorfra den drejer mod vest langs ækvator. Humboltstrømmen er opkaldt efter tyskeren Alexander von Humboldt, der beskrev havstrømmen i begyndelsen af 1800-tallet, se figur 7.

Både Jordens rotation og fralandsvinden trækker overfladevandet i Humboltstrømmen væk fra kysten. Når overfladevandet drives bort fra kysterne, trækker det samtidigt koldt vand op fra større vanddybder (100-200 m). Man oplever præcist det sammen herhjemme om sommeren langs vore kyster. Ved fralandsvind forsvinder det varmere overfladevand, og det bliver koldere at bade fordi koldere bundvand suges op langs kysten.

Bundvandet, der trækkes op ved kysterne langs Chile og Peru kommer fra dybder uden lys. Det indeholder derfor masser af næringssalte som fx nitrat og fosfat, - næringssaltene bruges ikke af algerne, når de ikke laver fotosyntese. Når det næringsrige bundvand kommer op i overfladelaget, hvor der er lys, virker det som gødning for algerne, se figur 8 og 9.

Opvældningen langs kysterne af Chile og Peru er så kraftig, at den gør Humboldtstrømmens økosystem til verdens mest produktive. Man anslår at 20% af hele verdens fiskeri foregår her mellem det centrale Chile og det nordlige Peru. Men den høje produktivitet danner også mange algeceller samt afføring fra dyr, og det fører til et stort iltforbrug, når ”affaldet” synker ned i de dybder, hvor lyset ikke når ned.

Det er også strømforholdene, der skaber springlaget. Mens Humboldtstrømmen fører overfladevand nordpå mod ækvator med en fart på op til 3 knob (det er ca. 5,5 km i timen og det er meget i det åbne hav), løber vandet i ca.100 m’s dybde faktisk den anden vej langs kysten af Peru og det nordlige Chile, nemlig mod syd. Man kalder denne sydgående strøm for Den Ækvatoriale Understrøm.

Der løber altså to modsatrettede havstrømme i to adskilte vandmasser og der er meget lille opblanding mellem de to. Den sydgående Ækvatoriale Understrøm har været en tur med uret rundt i det meste af Stillehavet uden at have været i kontakt med overfladen. Derfor har vandet i denne strøm allerede et lavt indhold af ilt, inden Den Ækvatoriale Understrøm drejer ned langs Perus og siden Chiles kyst. Den resterende mængde ilt i vandstrømmen bliver derfor hurtigt opbrugt, når ’affaldet’ fra opvældsområderne begynder at drysse ned igennem den.

I de indre danske farvande taler vi om iltsvind, når vandets iltindhold er under 4 mg/L (= 125 µM) O₂. Her begynder de første fisk at flygte. Under 2 mg/L O₂ taler vi om kraftigt iltsvind. Her begynder bundlevende dyr som krabber, ål og jomfruhummer at forlade deres skjul ved havbunden. Dyr, der lever nedgravet i bunden, som børsteorme og muslinger, kravler op og ligger sig på selve havbunden. I det åbne hav taler man først om iltfattige zoner, når vandets iltindhold er så lavt som 0,6 mg/L O₂ (≈ 20 µM).