Astronomisch beginnt er mit dem Herbst-Äquinoktium; (man spricht auch vom Equinox oder der Tag-und-Nacht-Gleiche):
- auf der Nordhemisphäre am 22. oder 23. September,
- auf der Südhemisphäre am 20. März oder in der Nacht zum 21. März,
- und endet mit der Wintersonnenwende (21. oder 22. Dezember auf der Nordhalbkugel, bzw. am 21. Juni im Süden)
Da die Umlaufbahn der Erde um die Sonne um 1,67 Prozent von einer Kreisbahn abweicht, sind die vier Jahreszeiten nicht ganz gleich lang. Der phänologische Herbstbeginn kann klimatisch vom astronomischen abweichen. Unterschieden wird hierbei auch zwischen dem Frühherbst, Vollherbst und Spätherbst.
Genähert werden dem Herbst die Monate September, Oktober und November in der nördlichen Hemisphäre zugeteilt, bzw. den März, April und Mai in der südlichen Hemisphäre.
Im Herbst verfärben sich die Blätter an den Bäumen, bevor sie dann abfallen. Ursache ist der langsame Rückzug der Pflanzensäfte in den Stamm bzw. in die Wurzeln. Das Chlorophyll wird abgebaut und andere Blattfarbstoffe sorgen für die bunte Färbung. Bei diesen Farbstoffen handelt es sich z. B. um Carotinoide und Anthocyane. Teils sind sie im Blatt bereits vorhanden, teils werden sie neu gebildet, so bei den Anthocyanen. Die Farbstoffe besitzen eine Schutzfunktion vor dem Sonnenlicht, sodass die im Blatt vorhandenen Säfte in den Stamm überführt werden können, bevor dieses schließlich abfällt (siehe Laubfall).
In den Herbst fällt in einigen Ländern der Welt auch die Umstellung der Uhrzeit von der Sommer- auf die normale Zeit.
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