Luego de un derrame, el hidrocarburo comienza a esparcirse, siendo su peso la fuerza de mayor empuje que produce su esparcimiento inicial. Así, un gran derrame instantáneo se esparcirá más rápidamente que una descarga lenta.
Este esparcimiento inicial, ayudado por la gravedad, es reemplazado rápidamente por los efectos de la tensión superficial, de manera que el hidrocarburo se esparcirá como una mancha coherente y su rapidez dependerá de la viscosidad del mismo (un hidrocarburo con alta viscosidad se esparce muy lentamente y aquellos derramados a una temperatura menor a su punto de fluidez casi no se esparcen).
Después de algunas horas, la mancha se quiebra formando franjas estrechas, conocidas como hileras o flecos, paralelos a la dirección del viento. A partir de entonces el esparcimiento del hidrocarburo dependerá de la turbulencia de la superficie del mar. Las diferencias en las condiciones hidrográficas prevalecientes tales como corrientes, corrientes de marea y velocidad del viento producirán también diferencias en las tasas de esparcimiento del hidrocarburo derramado. Un hidrocarburo puede esparcirse dentro de un área de hasta 5km2 luego de 12 horas del derrame, limitando las posibilidades de limpieza efectiva.
Por lo general, el esparcimiento no es uniforme y el espesor de la mancha puede variar de manera significativa.
La tasa y alcance de este proceso están determinados principalmente por la volatilidad del hidrocarburo. El área de esparcimiento de la mancha, el mar picado, la alta velocidad del viento y las altas temperaturas aumentan la tasa de evaporación.
En general, aquellos componentes que presentan un punto de ebullición menor a los 200° C se evaporarán dentro de un periodo de 24 horas en condiciones templadas. Los derrames de productos refinados (kerosén, gasolina, entre otros) pueden evaporarse completamente en pocas horas, mientras que los crudos pesados y aceites combustibles se evaporan poco o nada. Cualquier residuo de hidrocarburo restante después de la evaporación tendrá una densidad y una viscosidad mayor, afectando a los demás procesos de curtido y a la selección de las técnicas de limpieza.
Si bien, frecuentemente se pueden prender las manchas de hidrocarburos altamente volátiles recién derramados, resulta difícil mantener la combustión, y los residuos que quedan después de la combustión parcial son mas problemáticos y difíciles de tratar que el hidrocarburo curtido por la intemperie.
La turbulencia en la superficie del mar actúa sobre la mancha dispersándola en gotas de diferentes tamaños, dependiendo de la naturaleza del hidrocarburo y del estado del mar. Las gotas grandes vuelven a la superficie para formar nuevamente una mancha con otras gotas o esparcirse en una fina película. Las gotas pequeñas permanecen en suspensión, y algunas muy pequeñas se mezclan en la columna de agua permitiendo que otros procesos, tales como la biodegradación o la sedimentación, actúen sobre un área superficial mayor del hidrocarburo.
El espesor de la mancha, relacionado con la cantidad derramada y el grado de esparcimiento, influye en gran medida en la tasa de dispersión ya que a partir de películas más finas, se producen gotas más pequeñas. También influye la viscosidad del mismo hidrocarburo derramado: aquellos que permanecen fluidos y que pueden esparcirse fácilmente, pueden dispersarse en pocos días; mientras que hidrocarburos viscosos o aquellos que forman emulsiones de agua en hidrocarburo tienden a formar depósitos gruesos en la superficie del mar por lo que tienen poca tendencia a dispersarse y pueden persistir por varias semanas.
Muchos hidrocarburos tienden a formar emulsiones agua en hidrocarburo por la absorción de gotas de agua bajo la acción de la acción turbulenta de las olas de la superficie del mar. Esto puede aumentar el volumen del contaminante entre tres y cuatro veces. Estas emulsiones a menudo son muy viscosas y retrasan los demás procesos de disipación del hidrocarburo haciendo que los crudos medianos y pesados tengan una alta persistencia.
En condiciones de mar moderado a picado, la mayoría de los hidrocarburos forman emulsiones rápidamente, dependiendo de la concentración de asfaltenos presentes en el hidrocarburo. Los hidrocarburos con contenido de asfaltenos mayores de 0,5% tienden a formar emulsiones estables denominadas Mouse de chocolate, mientras que es más probable que se dispersen los que contienen menos. Si las emulsiones son calentadas por la luz solar en condiciones de mar tranquilo, éstas pueden separase nuevamente en hidrocarburo y agua.
El estado del mar influye mucho en la tasa de emulsificación de un hidrocarburo. Con Fuerza Beaufort 3 (con velocidad de viento de 7 a 10 nudos) algunos hidrocarburos de baja viscosidad pueden incorporar entre 60% y 80% de agua por volumen en unas 2 a 3 horas. Por otro lado, hidrocarburos muy viscosos pueden tardar 10 horas o más en absorber un 10% de agua en las mismas condiciones, y el contenido de agua raras veces supera el 40% aún después de varios días.
A medida que transcurre el proceso, la absorción de agua genera un cambio de color en el hidrocarburo, pasando de negro a marrón, anaranjado o amarillo, y el movimiento en las olas hace que las gotas de agua absorbidas se hagan más pequeñas, produciendo una emulsión cada vez más viscosa, aproximando a densidad de la emulsión a la del agua.
La composición, el grado de esparcimiento, la temperatura del agua, turbulencia y grado de dispersión, son factores que determinan la tasa y grado en que un hidrocarburo se disuelve. Los componentes livianos, como el benceno y tolueno, son altamente solubles en agua de mar. Pero son también los más volátiles, por lo que se evaporan unas 10 a 1000 veces más rápido de lo que se disuelven. Así, las concentraciones de hidrocarburos disueltos raras veces superan una parte por millón, y de esta manera el proceso de disolución no aporta significativamente a la remoción del crudo en la superficie del mar.
El oxígeno puede actuar sobre los hidrocarburos de dos maneras: desdoblándolos en productos solubles o formando alquitranes persistentes. Muchas de estas reacciones de oxidación son provocadas por la luz solar, y su efecto sobre la disipación total es menor que en los demás procesos de curtido.
Películas delgadas de hidrocarburo pueden disiparse a tasas de no más de 0,1% por día con luz solar intensa, mientras que la oxidación de capas gruesas de hidrocarburos muy viscosos o emulsiones agua en hidrocarburo resulta probablemente en su persistencia, debido a la formación de compuestos de alto peso molecular que forman una capa protectora externa.
Algunos hidrocarburos con gravedades específicas mayores a 1 pueden hundirse en agua dulce o salobre. El hundimiento de los hidrocarburos en agua de mar se produce principalmente por la adhesión al hidrocarburo de partículas de sedimentos o materia orgánica. Los crudos pesados o emulsiones de agua en hidrocarburo, con gravedades específicas cercanas a 1, pueden exceder la gravedad específica del mar (cerca de 1,025) con muy poca cantidad de material particulado adherido.
El comportamiento de un hidrocarburo también se verá afectado por la temperatura: en un rango de 10° C de temperatura la densidad del agua de mar cambiará en 0,25%, mientras que las densidades del hidrocarburo cambian en un 0,5%. Así, un hidrocarburo puede hundirse cuando la temperatura baja y luego resurgir en agua más cálidas.
En aguas poco profundas los abundantes sólidos en suspensión proporcionan condiciones favorables para la sedimentación. En mar abierto esto es menos probable, aunque partículas de hidrocarburo pueden adherirse a los desechos del zooplancton y caer al fondo.
La alta contaminación puede producir la acumulación de gran cantidad de sedimentos en el hidrocarburo formando densas capas de alquitrán en playas arenosas expuestas. A su vez, las capas de sedimento pueden quedar enterradas y ser desenterradas sucesivamente con los ciclos estaciónales de acumulación y erosión de sedimentos. Las costas con sedimentos finos pueden incorporar hidrocarburo con una alta persistencia.
En el agua de mar es posible encontrar una serie de microorganismos marinos (bacterias, hongos y levaduras) capaces de utilizar el hidrocarburo como fuente de carbono y energía, siendo su presencia más notable en aquellos ambientes que sufren contaminación crónica por hidrocarburo. El proceso de biodegradación se ve afectado por la temperatura y la disponibilidad de oxígeno y nutrientes, principalmente compuestos de nitrógeno y fósforo.
Cada tipo de microorganismo tiende a degradar un grupo específico de hidrocarburos y son capaces de multiplicarse en gran medida en condiciones adecuadas hasta que el oxígeno y nutrientes se vuelven limitantes. Sin embargo algunos componentes son resistentes a este tipo de degradación.
La biodegradación solo puede ocurrir en la interfase hidrocarburo-agua, ya que los microorganismos viven en agua de mar. De esta manera, la creación de gotas de hidrocarburo por dispersión aumenta la superficie interfacial disponible para la biodegradación.
Si bien es difícil estimar la tasa de remoción de hidrocarburo producida por biodegradación en aguas templadas se han reportado tasas diarias de entre 0,001 y 0,03 gramos por tonelada de agua de mar, y pueden alcanzar valores de 0,5 a 60 gramos por tonelada de agua de mar en aquellos lugares donde la contaminación por hidrocarburo es crónica. Si el hidrocarburo se incorpora a los sedimentos las tasas de remoción serán más lentas debido a la falta de oxígeno y nutrientes.
Durante las etapas iniciales de un derrame los procesos de esparcimiento, evaporación, dispersión, emulsificación y disolución son de máxima importancia. La oxidación, sedimentación y biodegradación son procesos a largo plazo que determinan el destino final del hidrocarburo.
Con el objetivo de comprender mejor la interacción entre los distintos procesos de curtido por la intemperie, los hidrocarburos más transportados se pueden clasificar en cuatro grupos principales de acuerdo a su gravedad específica (Tabla 2). Mientras más baja sea la gravedad específica del hidrocarburo, menor será su persistencia. Sin embargo, algunos hidrocarburos aparentemente livianos se comportan más como pesados debido a la presencia de parafina. Si el contenido de parafina es mayor de un 10% los hidrocarburos tienden a tener puntos de fluidez altos y si a temperatura ambiente está por debajo de ésta, el crudo se comportará como un sólido o un líquido altamente viscoso.
Para analizar cómo la persistencia varía de acuerdo a las propiedades físicas de un hidrocarburo se han determinado experimentalmente los valores de su vida media, o sea el tiempo en que ocurre la remoción del 50% del hidrocarburo de la superficie del mar. Después de 6 vidas medias, permanecerá poco más del 1% del hidrocarburo. La Figura 3 muestra este modelo y toma en cuenta el efecto de la emulsificación sobre el volumen de hidrocarburo a través del tiempo. Es importante recordar que el tiempo y las condiciones climáticas también influirán sobre la vida media de una mancha. Así en muy mal tiempo, un hidrocarburo del Grupo 3 puede disiparse dentro de una escala de tiempo más apropiada para el Grupo 2. Por el contrario, en condiciones de frío y mar tranquilo, puede parecerse a la persistencia de los hidrocarburos del Grupo 4.