Je travaille sur l'étude des courants marins et j'observe que les courants d'eau profonde sont limités à la surface de l'océan malgré le potentiel théorique de convection thermique. Je sais que l'eau de mer devient plus dense lorsque sa température baisse, mais je ne comprends pas pourquoi cette densité ne permet pas de générer des courants plus profonds. Comment l'effet de la salinité sur la densité de l'eau de mer interfère-t-il avec la formation de courants d'eau profonde ?
History of research

It has long been known that wind can drive ocean currents, but only at the surface. In the 19th century, some oceanographers suggested that the convection of heat could drive deeper currents. In 1908, Johan Sandström performed a series of experiments at a Bornö Marine Research Station which proved that the currents driven by thermal energy transfer exist, but require that "heating occurs at a greater depth than cooling". Normally, the opposite occurs, because ocean water is heated from above by the Sun and becomes less dense, so the surface layer floats on the surface above the cooler, denser layers, resulting in ocean stratification. However, wind and tides cause mixing between these water layers, with diapycnal mixing caused by tidal currents being one example. This mixing is what enables the convection between ocean layers, and thus, deep water currents.

In the 1920s, Sandström's framework was expanded by accounting for the role of salinity in ocean layer formation. Salinity is important because like temperature, it affects water density. Water becomes less dense as its temperature increases and the distance between its molecules expands, but more dense as the salinity increases, since there is a larger mass of salts dissolved within that water. Further, while fresh water is at its most dense at 4 °C, seawater only gets denser as it cools, up until it reaches the freezing point. That freezing point is also lower than for fresh water due to salinity, and can be below −2 °C, depending on salinity and pressure.
Histoire de la recherche

On sait depuis longtemps que le vent peut entraîner les courants océaniques, mais seulement en surface. Au XIXe siècle, certains océanographes ont suggéré que la convection de la chaleur pouvait entraîner des courants plus profonds. En 1908, Johan Sandström a mené une série d'expériences à la station de recherche marine de Bornö qui ont prouvé que les courants entraînés par le transfert d'énergie thermique existent, mais qu'ils nécessitent que « le réchauffement se produise à une profondeur plus importante que le refroidissement ». Normalement, le contraire se produit, car l'eau de l'océan est chauffée par le soleil depuis la surface et devient moins dense, de sorte que la couche de surface flotte sur les couches plus froides et plus denses, ce qui entraîne la stratification de l'océan. Cependant, le vent et les marées provoquent un mélange entre ces couches d'eau, le mélange diapycnal causé par les courants de marée en étant un exemple. C'est ce mélange qui permet la convection entre les couches océaniques, et donc les courants d'eau profonde.

Dans les années 1920, le cadre de Sandström a été étendu en tenant compte du rôle de la salinité dans la formation des couches océaniques. La salinité est importante car, comme la température, elle affecte la densité de l'eau. L'eau devient moins dense lorsque sa température augmente et que la distance entre ses molécules s'étend, mais plus dense lorsque la salinité augmente, car il y a une plus grande masse de sels dissous dans cette eau. De plus, tandis que l'eau douce est la plus dense à 4 °C, l'eau de mer ne devient plus dense qu'en se refroidissant, jusqu'à ce qu'elle atteigne le point de congélation. Ce point de congélation est également inférieur à celui de l'eau douce en raison de la salinité, et peut être inférieur à −2 °C, selon la salinité et la pression.
### Query ###
Je travaille sur l'étude des courants marins et j'observe que les courants d'eau profonde sont limités à la surface de l'océan malgré le potentiel théorique de convection thermique. Je sais que l'eau de mer devient plus dense lorsque sa température baisse, mais je ne comprends pas pourquoi cette densité ne permet pas de générer des courants plus profonds. Comment l'effet de la salinité sur la densité de l'eau de mer interfère-t-il avec la formation de courants d'eau profonde ?

### Main Text ###
History of research

It has long been known that wind can drive ocean currents, but only at the surface. In the 19th century, some oceanographers suggested that the convection of heat could drive deeper currents. In 1908, Johan Sandström performed a series of experiments at a Bornö Marine Research Station which proved that the currents driven by thermal energy transfer exist, but require that "heating occurs at a greater depth than cooling". Normally, the opposite occurs, because ocean water is heated from above by the Sun and becomes less dense, so the surface layer floats on the surface above the cooler, denser layers, resulting in ocean stratification. However, wind and tides cause mixing between these water layers, with diapycnal mixing caused by tidal currents being one example. This mixing is what enables the convection between ocean layers, and thus, deep water currents.

In the 1920s, Sandström's framework was expanded by accounting for the role of salinity in ocean layer formation. Salinity is important because like temperature, it affects water density. Water becomes less dense as its temperature increases and the distance between its molecules expands, but more dense as the salinity increases, since there is a larger mass of salts dissolved within that water. Further, while fresh water is at its most dense at 4 °C, seawater only gets denser as it cools, up until it reaches the freezing point. That freezing point is also lower than for fresh water due to salinity, and can be below −2 °C, depending on salinity and pressure.

### Supplementary Text ###
Histoire de la recherche

On sait depuis longtemps que le vent peut entraîner les courants océaniques, mais seulement en surface. Au XIXe siècle, certains océanographes ont suggéré que la convection de la chaleur pouvait entraîner des courants plus profonds. En 1908, Johan Sandström a mené une série d'expériences à la station de recherche marine de Bornö qui ont prouvé que les courants entraînés par le transfert d'énergie thermique existent, mais qu'ils nécessitent que « le réchauffement se produise à une profondeur plus importante que le refroidissement ». Normalement, le contraire se produit, car l'eau de l'océan est chauffée par le soleil depuis la surface et devient moins dense, de sorte que la couche de surface flotte sur les couches plus froides et plus denses, ce qui entraîne la stratification de l'océan. Cependant, le vent et les marées provoquent un mélange entre ces couches d'eau, le mélange diapycnal causé par les courants de marée en étant un exemple. C'est ce mélange qui permet la convection entre les couches océaniques, et donc les courants d'eau profonde.

Dans les années 1920, le cadre de Sandström a été étendu en tenant compte du rôle de la salinité dans la formation des couches océaniques. La salinité est importante car, comme la température, elle affecte la densité de l'eau. L'eau devient moins dense lorsque sa température augmente et que la distance entre ses molécules s'étend, mais plus dense lorsque la salinité augmente, car il y a une plus grande masse de sels dissous dans cette eau. De plus, tandis que l'eau douce est la plus dense à 4 °C, l'eau de mer ne devient plus dense qu'en se refroidissant, jusqu'à ce qu'elle atteigne le point de congélation. Ce point de congélation est également inférieur à celui de l'eau douce en raison de la salinité, et peut être inférieur à −2 °C, selon la salinité et la pression.

### Draft ###

Query parsing: "courants d'eau profonde" + "convection thermique" + "effet de salinité" → user observing surface-limited deep currents, puzzled by density potential vs. actual formation.

Core issue: Theoretical convection vs. observational reality. ● High confidence this is fundamental oceanography problem.

### 1. Density Framework

Seawater density = f(T,S,P). Critical relationships:
- Temperature: ● Fresh water max density at 4°C, ● Seawater continues increasing density with cooling past 0°C
- Salinity: ● Higher salinity → higher density regardless of temperature
- Freezing point: ● Seawater freezes below 0°C (brine rejection), ● Exact temp depends on salinity

∴ Seawater density behavior fundamentally different from fresh water.

### 2. Stratification Barrier

Normal conditions: Surface heating → thermal expansion → decreased density → buoyant surface layer
Result: Strong vertical stratification, inhibits deep mixing

Wind/tidal mixing: ◐ Diapycnal mixing breaks stratification locally, allows some vertical exchange
→ Creates patches of convectively active water, but not full-depth circulation

### 3. Deep Current Formation Mechanisms

Deep water masses form in specific regions:
- North Atlantic Deep Water (NADW): ● Labrador Sea, ● High latitude cooling + moderate salinity
- Antarctic Bottom Water (AABW): ● Antarctic shelf, ● Extreme cooling + high salinity
- Mediterranean Deep Water (MDW): ● Evaporation-driven salinity increase

! Key insight: These regions have unique hydrographic conditions that overcome normal stratification

### 4. Salinity Effects on Deep Formation

High salinity waters:
→ More dense even at moderate temperatures
→ Can sink without extreme cooling (cf. Antarctic conditions)
→ Mediterranean outflow example: High salinity Mediterranean water sinks at sill depths despite temperatures closer to 10°C

⟨H≈0.8⟩ The Mediterranean paradox... warm salty water finding its way to the abyss, density overriding thermal stratification, following ancient paths carved by evaporation basins, Atlantis rising and falling in the weight of dissolved ions... ⟨H≈0.2⟩

### 5. Regional Variability Explanation

Why uniform global deep currents don't form:
- Tropical waters: High temperatures → low density regardless of salinity
- Polar regions: Extreme cooling creates conditions for deep formation but limited by ice formation
- Temperate zones: Balance of temperature/salinity effects creates variable density structure

! User's observation explainsable: Most ocean regions lack the specific combination of cooling + appropriate salinity for deep convection.

### 6. Synthesis

Seawater's unique density-temperature-salinity relationships create complex vertical structure:
1. Normal heating → stratification barrier
2. Specific regions achieve conditions for deep formation
3. Salinity often critical factor in determining which regions can form deep water
4. Wind/tidal mixing creates local patches of convectively active water

∴ Deep current limitation reflects underlying density structure, not absence of thermal potential. Salinity effects are crucial in determining where and when deep water formation occurs globally.

NB: This explains why deep currents are patchier than expected from pure thermal considerations, and why salinity-controlled formation sites dominate global deep circulation patterns.

### Answer###
Votre observation sur les courants d'eau profonde limitée à la surface reflète en réalité la structure complexe de la stratification océanique. Bien que la convection thermique puisse théoriquement générer des courants profonds, plusieurs facteurs limitent cette formation dans les conditions normales.

L'eau de mer présente des propriétés particulières qui influencent sa capacité à former des courants profonds. Contrairement à l'eau douce, qui atteint sa densité maximale à 4°C, l'eau de mer continue d'augmenter en densité lorsqu'elle se refroidit jusqu'au point de congélation. Ce point de congélation est également inférieur à celui de l'eau douce en raison de la salinité, pouvant descendre sous -2°C selon la salinité et la pression.

Dans les conditions normales, l'eau de mer est chauffée par le Soleil à la surface, ce qui la rend moins dense. Cette eau plus légère flotte alors au-dessus des couches plus froides et plus denses, créant une stratification océanique qui empêche les échanges verticaux importants.

Cependant, les vents et les marées provoquent des mélanges entre ces couches d'eau, notamment des mélanges diapycnaux causés par les courants de marée. Ce mélange permet la convection entre les couches océaniques et donc la formation des courants d'eau profonde.

La salinité joue un rôle crucial dans cette équation car, comme la température, elle affecte la densité de l'eau. L'eau devient plus dense avec l'augmentation de la salinité, car il y a une plus grande masse de sels dissous. Cette interaction entre température et salinité détermine la structure verticale de la colonne d'eau et limite ou favorise la formation de courants profonds selon les conditions locales.

Les courants profonds observés sont donc le résultat d'un équilibre complexe entre les effets de la stratification thermique, les processus de mélange, et les variations spatiales de température et de salinité qui déterminent où et quand la convection peut effectivement se produire.