Den mængde kvælstof der findes i oceanerne, udgør mindre end 0,01% af kvælstofpuljen i atmosfæren. Det er overraskende, at puljen er så lille, da man regner med, at der gennem hele Jordens historie har eksisteret bakterier, der kan fiksere atmosfærens kvælstof. Årsagen er, at der findes to processer, der returnerer kvælstof til atmosfæren, nemlig denitrifikation og anammox. Disse processer foregår kun, hvor der ikke er ilt tilstede. I oceanerne er det primært i havbunden og i de omtalte iltfattige zoner. Begge områder er derfor meget vigtige for det globale kvælstofkredsløb.

Med den nuværende viden, vi har, er det først og fremmest bakterier, der laver denitrifikation. Det er en proces, hvor bakterierne ånder med nitrat i stedet for ilt. Herved omdannes nitrat gennem flere trin til frit kvælstof:

Denitrifikation: NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

Samtidig omdannes et organisk stof til CO₂ og vand. Resultatet af denitrifkationen er, at der fjernes kvælstof fra havet. Da algevæksten i havet typisk er kvælstofbegrænset, påvirker denitrifikationen altså indirekte algernes vækst.

Denitrificerende bakterier er ofte fakultativt anaerobe. Det betyder, at de også ånder med ilt, hvis det findes. De foretrækker faktisk at ånde med ilt, da ilt giver et større energiudbytte. Men når ilten slipper op, ånder de med nitrat.

Denitrificerende bakterier er almindelige og findes overalt. Bakterierne anvendes i renseanlæg, hvor de fjerner noget af alt det kvælstof, der er i vores spildevand. I havet er de som nævnt mest aktive i havbunden og i iltsvindszonerne.

Som noget helt nyt har danske forskere for ganske nyligt fundet ud af, at nogle foraminiferer, som er en gruppe af encellede dyr, også kan denitrificere, se afsnittet om disse her http://virtuelgalathea3.dk/node/901

Det er lidt af en sensation, da det er bryder med ideen om, at kun bakterier kan ånde uden ilt. Forskerne på Galathea ekspeditionen ledte også efter andre dyr, der kan denitrificere; og det synes klart, at man hele tiden får ny viden, som ændrer vores traditionelle opfattelse af kvælstofkredsløbet.