Все зависит от интенсивности перемешивания, то есть конвекционных потоков. Если они невелики, вода перемешается, конечно, но не скоро. Налейте в стакан розовый раствор марганцовки, а сверху - чистую воду (или наоборот) и посмотрите, через какое время весь раствор будет окрашен равномерно. Если его не перемешивать и не взбалтывать - очень долго: диффузия в жидкости - процесс очень медленный, пропорционален квадратному корню из времени. А если на дне вода более плотная (соленая), то процесс еще сильнее затянется. В реке почти нет "поперечных" движений воды, вот два слоя и текут долго независимо. Если бы им встретились пороги, тут же бы перемешались.