A cada outono, no hemisfério norte, a redução da duração da luz do dia e as temperaturas em queda induzem as árvores a se prepararem para o inverno. Assim, elas perdem bilhões de toneladas de folhas. Em certas regiões, como a nossa, a queda das folhas é precedida por um espetáculo de cores feéricas. As folhas anteriormente verdes adquirem brilhantes tonalidades de amarelo, laranja e vermelho. Estas mudanças de cor são o resultado da transformação dos pigmentos presentes nas folhas.

O pigmento verde das folhas é a clorofila. Ela absorve os elementos vermelho e azul da luz solar. Desta maneira, a luz refletida, menos vermelha e menos azul, aparece verde. As moléculas de clorofila são grandes (C₅₅H₇₀MgN₄O₆) e insolúveis no meio aquoso que preenche as células. Elas são fixas às membranas dos cloroplastos, estruturas semelhantes a discos, presentes no interior das células. Os cloroplastos são a sede da fotossíntese, o processo pelo qual a energia luminosa é convertida em energia química. Dentro dos cloroplastos, a luz absorvida pela clorofila fornece a energia usada pelas plantas para transformar o dióxido de carbono e a água em oxigênio e carboidratos, cuja fórmula geral é C_x(H₂O)_y.

x CO2 + y H2O	luz	x O2 + Cx(H2O)y
	clorofila

Nesta transformação endotérmica, a energia da luz absorvida pela clorofila é convertida em energia química, que é armazenada nos carboidratos (açúcares e amido). Esta energia química é a base das reações bioquímicas responsáveis pelo crescimento, produção de flores e sementes.
A clorofila não é um composto muito estável e a luz brilhante do sol provoca sua decomposição. Para manter a clorofila nas suas folhas, as plantas a sintetizam continuamente. Esta síntese requer luz solar e temperaturas quentes. Assim, durante o verão, a clorofila é constantemente renovada nas folhas das árvores.
 

Vidoeiro

Um outro pigmento encontrado nas folhas de muitas plantas é o caroteno. Este absorve as cores azul-verde e azul da luz. A luz refletida pelo caroteno aparece amarela. Este pigmento constitui-se em uma molécula também grande (C₄₀H₃₆) contida nos cloroplastos de muitas plantas. Quando o caroteno e a clorofila estão presentes numa mesma folha, juntos eles removem as cores vermelha, azul-verde e azul da luz solar. A luz refletida aparece verde. O caroteno funciona como um acessório. A energia da luz absorvida por este pigmento é transferida à clorofila, que a usa na fotossíntese. O caroteno é um composto muito mais estável que a clorofila. Ele persiste nas folhas mesmo após o desaparecimento da clorofila. Quando esta desaparece, o caroteno remanescente confere à folha uma cor amarela.
Um terceiro pigmento, ou classe de pigmentos, que ocorre nas folhas, são as antocianinas. Elas absorvem a luz azul, azul-verde e verde. Desta maneira, a luz refletida pelas folhas que contêm antocianinas aparece vermelha. Contrariamente à clorofila e ao caroteno, as antocianinas não são fixas às membranas das células, mas dissolvidas no citoplasma. A cor produzida por estes pigmentos é sensível ao pH do citoplasma da célula. Se este é muito ácido, a cor se torna mais purpúrea. Estes pigmentos são responsáveis pela cor vermelha das maçãs maduras e pela cor purpúrea das uvas maduras. Eles são formados pela reação entre os açúcares e certas  proteínas dentro do citoplasma. Esta reação ocorre somente quando a concentração de açúcar no citoplasma é muito grande e requer, também, a presença de luz. É por isto que, freqüentemente, vemos maçãs vermelhas de um lado e verdes do outro; o lado vermelho é o que estaria voltado para o sol e o lado verde é o que estaria na sombra.
 

Ácer vermelho

Durante o verão, as folhas das árvores são fábricas que produzem açúcar a partir do dióxido de carbono e da água, pela ação da luz na clorofila. Esta, por sua vez, faz com que as folhas tomem a cor verde (as folhas de algumas árvores, tais como os vidoeiros e os choupos-do-canadá, também contêm caroteno; suas folhas são de cor verde mais brilhante porque o caroteno absorve a luz azul-verde). A água e os nutrientes fluem das raízes até os ramos e as folhas. Os açúcares produzidos pela fotossíntese fluem das folhas para outras partes da árvore, parte da energia sendo utilizada para o crescimento e outra parte armazenada. O encurtamento dos dias e as noites frias do outono, desencadeiam mudanças na árvore. Uma dessas mudanças é o crescimento de uma membrana semelhante à cortiça entre um ramo e o caule da folha. Esta membrana interfere na circulação de nutrientes para dentro da folha. Estando o fluxo de nutrientes bloqueado, a  produção de clorofila diminui e a cor verde desbota. Se a folha contém caroteno, como acontece com o vidoeiro e com a nogueira americana, sua cor muda de verde para amarelo brilhante, à medida que a clorofila desaparece. Em algumas árvores, à medida que a concentração de açúcar aumenta na folha, uma reação ocorre para formar as antocianinas. Estes pigmentos tornam vermelhas as folhas amarelecidas. Os áceres, os carvalhos e alguns sumagres produzem antocianinas em abundância e são os que apresentam as folhas mais vermelhas e brilhantes na paisagem outonal.
 

Ácer do açúcar

A variedade e a intensidade das cores do outono são grandemente influenciadas pelo clima. Baixas temperaturas destróem a clorofila. Se a temperatura permanece acima do ponto de congelação, ocorre a formação das antocianinas. O sol brilhante também destrói a clorofila e aumenta a produção de antocianina. Um clima seco, pelo fato de aumentar a concentração de açúcar no citoplasma, aumenta também a formação de antocianina. Assim, as cores mais brilhantes do outono são produzidas quando dias secos e ensolarados são seguidos por noites frias e secas.

Carvalho

 
 
 
 

Nos últimos anos, as cores do outono têm atraído mais e mais turistas e viajantes aos locais onde este fenômeno se manifesta mais intensamente. Para uma relação detalhada destes lugares vá a: Recreational fall.
Para Québec, veja Symphonie des couleurs
 

Sumagre

Fonte: The Chemistry of Autumn Colors -- October 5, 1998, do professor americano Shakhashiri.