Torkan kommer snart att sjunka över University of Arizonas Biosphere 2 regnskog, och ett internationellt forskarlag kommer att stå redo med en rad instrument för att registrera vad som rullar ut under glaset.

Torkan är en del av ett fyra månader långt experiment känt som vatten, Atmosfär och livsdynamik. Dubbad WALD, som är tyska för "skog, "studien förväntas belysa hur tropiska ekosystem kommer att klara sig under stressen av en varmare, torrare klimatförändring.

Biosphere 2 har stängt regnskogen för allmänheten under hela forskningen, men besökare är fortfarande inbjudna att utforska andra biomer under glaset.

"Vi är i stort sett nyfikna på ett ekosystems svar på torka, och vi mäter det på ett sätt som saknar motstycke, sa Laura Meredith, regnskogsvetenskapschefen för Biosphere 2 och en av tre ledare för detta internationella projekt. "Vi får kontrollera när torkan inträffar, och vi är redo med instrument. Detta är användbart för att testa modeller för att förutsäga vad som händer med globala tropiska skogar under klimatförändringar."

Experimentet är en del av en $2,1 miljoner (€1,9 miljoner), femårigt anslag från Europeiska forskningsrådet förvärvat av Christiane Werner, en professor i ekosystemfysiologi vid Tysklands universitet i Freiburg och en av projektledarna. Juniorutredaren Nemiah Ladd, även av Freiburg, var med och organiserade bidraget och är den tredje projektledaren.

I vanliga fall, regnskogen Biosphere 2 tar emot 5, 300 liter regn – tillräckligt för att fylla mer än 65 badkar – tre gånger i veckan. Den här månaden, Meredith och teamet kommer att göra mätningar och observera biomen under normala förhållanden innan de stänger av regnet i oktober.

Teamet kommer att spåra hur koldioxid och vattenånga strömmar genom systemet före och efter den konstgjorda torkan, vilket gör att de kan förstå hur regnskogen kommer att reagera på stressen, sa Werner.

"Den första delen är att gå till enskilda komponenter i ekosystemet, som löven, jord och rötter, och förstå hur de bearbetar kol, sa Meredith, en biträdande professor i ekosystemgenomik vid School of Natural Resources och medlem av BIO5 Institute. "När växter har kol i banken, de måste bestämma hur de ska spendera det. Växer de eller spenderar de kol på andra sätt för att hantera stressen?"

För att bestämma hur växter av olika arter allokerar kol, teamet använder en liten molekyl som heter pyruvat för att mata en specifik typ av kolatom - en isotop som kallas "kol 13" - direkt till jorden, rötter och blad. Förflyttningen av kol 13 genom ekosystemet kommer att spåras med hjälp av sensorer inbäddade i växterna och genom hela biomen.

Forskarna planerar också att använda ett annat tillvägagångssätt:pulsmärkning. Genom att injicera en explosion av kol 13 i form av gasformig koldioxid i biomen, de kan spåra hur växterna, jord och mikrober tar upp och flyttar kolet.

"Vi vill veta om mätningarna från nerifrån och upp matchar de uppifrån och ner, " sa Meredith.

Denna metod är inte bara unik, men också användbart för forskare som avser att modellera ekosystemprocesser på ett preciserat sätt. Vatten kommer att spåras på ett liknande sätt, genom att spåra vattnets rörelse från jordpooler till toppen av atmosfären.

Det internationella teamet kommer också genetiskt att karakterisera de mikrobiella samhällena som lever i jordar och löv med stöd från UA Office of Research, Discovery and Innovation och U.S. Department of Energy User Facilities.

Dessutom, de planerar att mäta hur flyktiga organiska föreningar, organiska kemikalier som flyter genom luften, röra sig genom ekosystemet under de olika förhållandena. Labila organiska blandningar, eller VOC, är involverade i kommunikation, försvar och signalering mellan och mellan mikrober och växter. De är också ansvariga för dofter:jord luktar av VOC geosmin; skogen luktar isopren.

Meredith sa att de förväntar sig att växter använder kol på olika sätt under stress. Hon förväntar sig också växter, jord och mikrober för att skapa andra VOC än de gör under normala förhållanden och indikerade att de möjligen till och med kunde upptäcka nya typer av VOC.

Många flyktiga organiska föreningar är viktiga för atmosfärisk kemi, men frågor kvarstår om vad som biologiskt skapar dem. Teamet kommer också att undersöka förhållandet mellan VOC och mikrober.

"Flyktiga organiska föreningar finns i lotioner, deodoranter, schampon och mer, " sa Biosphere 2 biträdande direktör John Adams. "Om människor fick komma in i regnskogen under experimentet, de flyktiga organiska föreningarna de avger kan göra det svårt för forskare att dechiffrera vad som kommer från människor och vad som kommer från regnskogen."

Forskarna sa att den här typen av vetenskap bara kan göras på en plats som Biosphere 2.

"Det jag gillar med Biosphere 2 är att det har växt naturligt så länge, " sa Werner, och tillägger att ekosystemets livslängd gör det till en mer pålitlig proxy för en regnskog än ett labb.

"Biosphere 2 är en plats för obegränsade möjligheter och hyperfantasi, " sa Meredith. "Och för mig, mina intressen ligger i förhållandet mellan atmosfären och mikrober inom jordens biosfär (Biosfär 1). Biosfär 2 finns, vilket gör det till ett överdrivet labb där man direkt kan mäta livets roll på atmosfären. Det är verkligen mäktigt."

Werner fick den första gnistan av idén när hon besökte Biosphere 2 2011. Det har sedan dess snöat in i ett initiativ som drivs av 50 forskare från fyra länder, 10 europeiska institutioner och tre amerikanska institutioner. Teamet inkluderar forskare från olika områden som atmosfärsvetenskap, mikrobiologi, genomik, hydrologi, cyberinfrastruktur, ekologi, växtvetenskap och mer, sa Werner.

"Vi är glada eftersom vi alltid har föreställt oss Biosphere 2 som en användaranläggning, ", sade Adams. "Detta kommer att stärka det uppdraget och visa giltigheten genom att sammanföra ett internationellt team."